一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机

1.本实用新型涉及一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机。


背景技术：

2.随着高性能永磁材料、现代电力电子技术的高速发展，各种类型的永磁电机得以进一步研究和广泛应用。开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高等特点，永磁同步、永磁直流等永磁电机具有功率密度高、损耗小、效率高等特点。开关磁链电机结合了开关磁阻电机和永磁电机的优点。
3.永磁开关磁链电机具有双凸极结构。电机包括定子铁心、转子铁心、绕组、永磁体、隔磁衬套等。电机定子构造为，12块永磁体置于12块u型定子铁心之间，永磁体切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。转子上无任何形式的绕组及永磁体等。
4.现有的永磁开关磁链电机由于双凸极结构及永磁体的影响，电机运行时会产生转矩脉动。永磁开关磁链电机的齿槽转矩是永磁体和转子铁心之间相互作用产生的转矩，齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现运行性能波动，不能平稳输出，在低速运行时尤其严重。谐波转矩是电流谐波、反电势谐波等谐波相互作用产生的转矩，也是造成电机转矩波动的重要原因。所以，永磁开关磁链电机的设计中，减小转矩脉动是要考虑的重要问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机，以改善气隙磁场的分布，优化极弧系数，改善反电势波形，减少电流谐波分量，从而实现减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机启动能力，提高电机的运行性能。
6.本实用新型的目的是这样实现的：
7.一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机，包括定子、转子和永磁体，定子由12块u型定子铁心拼接而成，相邻定子铁心中间夹嵌永磁体后构成一个定子齿，定子齿上缠有绕组，即绕组节距为1。
8.进一步的，永磁体均为切向充磁，材料为钕铁硼，相邻永磁体极性相反，即永磁体相同面n极、s极交替
9.进一步的，所述定子、转子组件均由0.5mm硅钢片叠压而成。
10.进一步的，所述定子齿数为12，转子齿数为10。
11.进一步的，所述转子齿呈阶梯状，即有2个尺寸的气隙大小，第一气隙高度为0.5mm，宽度为1/2齿宽，第二气隙高度为0.8mm，宽度为1/2齿宽，并可根据电机性能要求进行调整。
12.进一步的，所述隔磁衬套厚5-8mm，采用铝合金6061或其它隔磁材料。
13.进一步的，定子铁心组件与隔磁衬套之间可适当涂抹导热胶，定子铁心组件与隔磁衬套之间可通过自攻螺丝紧固或过盈配合。
14.本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
15.1.通过改变永磁开关磁链电机的转子齿部形状，可以使该电机具有齿槽转矩小、转矩脉动小的优点，电机气隙径向磁密正弦度得到改善，降低了运行时电流的谐波含量，电机噪声和振动可以得到改善，能电机的启动能力得到改善。
16.2.通过定子分块组合的形式形成定子铁心，可以使电机装配模块化，优化生产流程和工艺。
17.3.通过增加隔磁衬套可以保证定子外圆的圆度，避免定子铁心组件与电机机壳安装过程中，铁心组件外圆不光滑带来的安装困难及安装误差，避免永磁体与电机壳体接触导致的漏磁，同时提高了电机安装与维护的可操作性，便于拆装壳体及定子铁心组件。
附图说明
18.图1是普通气隙开关磁链电机和一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机的有限元仿真额定转矩曲线图，图中
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为普通气隙开关磁链电机，——为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机；
19.图2是普通气隙开关磁链电机的有限元仿真空载转矩脉动曲线图；
20.图3是一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机的有限元仿真空载转矩脉动曲线图；
21.图4为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机剖面图；
22.图5为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机转子铁心及局部放大图；
23.图6为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机定子铁心组件；
24.图7为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机的隔磁衬套示意图；
25.图8为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机的定子铁心一个单元的示意图；
26.图9为一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机的三维图(无隔磁衬套)。
27.附图标记说明：1-转子铁心，2-绕组，3-永磁体，4-隔磁衬套，5-定子铁心
具体实施方式
28.下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
29.本例实施的一种新型的阶梯气隙永磁开关磁链电机，如图3所示，包括转子铁心1、绕组2、永磁体3、隔磁衬套4、定子铁心5。其中，定子铁心1的结构如图5所示，由若干周向布置的u形定子铁心拼合而成，相邻两个定子铁心侧壁构成定子齿，每个定子齿上均嵌设有永磁体3，定子齿通过三相集中电枢绕组构成整体结构，即绕组节距为1，所述转子铁心1和定子铁心5均由硅钢片叠压而成，定子铁心5与隔磁衬套4之间可适当涂抹导热胶，定子铁心组件与隔磁衬套之间可通过自攻螺丝紧固或过盈配合，本实施例所述定子齿数为12，转子齿数为10。
30.一般的，转子铁心含绕组或永磁体，本实施例中，将电枢绕组和永磁体都设置在定子铁心上，易于冷却散热，提高电机功率密度；本实施例中的转子齿部设计为阶梯状，即有2个尺寸的气隙大小，第一气隙高度为0.5mm，宽度为1/2齿宽，第二气隙高度为0.8mm，宽度为1/2齿宽。改善了电机气隙磁场的分布，优化了极弧系数，改善反电势波形，减少电流谐波分量，从而实现减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机的运行性能。
31.本实施例中的定子铁心分块拼合而成。设计5-8mm的6061铝合金隔磁衬套有效防
止了漏磁和电磁干扰，永磁体和定子齿的连接部无刚性连接，设计隔磁衬套可以保证定子铁心外圆的圆度，起到紧固定子铁心的作用，方便加工，同时减小定子铁心在装配、测试和使用过程中的变形。
32.较佳的，作为一种可实施方式，所述阶梯气隙可以采用多级。本实施例采用的2级气隙，第一气隙高度为0.5mm，宽度为1/2齿宽，第二气隙高度为0.8mm，宽度为1/2齿宽。
33.较佳的，作为一种可实施方式，所述永磁体为钕铁硼或等稀土永磁材料。
34.最后，需要说明的是，在本专利文件中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何关系或者顺序。而且，在本专利文件中，术语
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包括
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包含
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或者其任何其他变体，其意在涵盖而非排他性包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备，不仅包括这些要素，而且还包括没有明确列出而本领域技术人员能够知晓的其他要素，或者还包括为这些过程、方法、物品或者设备所公知的必不可少的要素。
35.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。