一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机

本发明涉及磁力电机，特别是一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机。

背景技术：

1、随着电动汽车、多电/全电飞机、风力发电以及航天航空等迅猛发展，对电机性能提出了更高的要求，比如体积小、重量轻、功率密度大、效率高、调速范围宽、散热性能好、可靠性及可控性强等。传统的转子永磁无刷电机虽然可以实现高效、高功率密度运行，但其本质上是“双边磁场”电机，即励磁磁场和电枢磁场分别位于气隙两侧。这种结构导致位于转子侧的永磁体冷却困难，高温失磁风险制约了功率密度进一步提高。此外，还存在转子机械强度弱、可靠性低；故障状态下的带载能力差、转矩脉动大；永磁磁场难以调控，调速能力弱等问题。

2、与转子永磁型电机相比，作为定子永磁型电机，磁通切换永磁电机的永磁体位于定子铁芯中便于电机的散热，同时由于存在聚磁效应，电机有着很高的转矩密度。并且其转子为凸极结构，简单可靠，便于应用于高速运行场合。磁通切换永磁电机作为一种新型的双凸极永磁电机，有高转矩、高效率、抗去磁能力强等优点。自1997年，法国学者e.hong首次提出磁通切换永磁电机结构以来，双转子式，双定子式，轴向式，混合励磁式，直线式，多齿容错式等各种不同的拓扑结构相继问世且不断深入的研究。但是对于特有的双凸极结构的磁通切换永磁电机，导致其齿槽转矩的脉动比一般转子永磁型电机的要大，从而引起电机的转矩脉动过大，电机运行时产生较大的振动和噪声。因此为了获得更好电磁性能的磁通切换永磁电机还需进一步努力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，通过提高永磁体利用率的同时，提升该电机的转矩密度且大幅度降低该电机的转矩脉动，提高电机工作时的稳定性以及降低电机运行的振动与噪音。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，包括转子及套设于转子外侧的定子，所述转子的外侧面设有转子齿，定子的内侧面设有定子齿，在转子齿与定子齿之间设有第一气隙，在相邻的定子齿之间设有绕线槽，在绕线槽内设有绕线；

3、在定子齿上设有安装槽，安装槽内设置有切向充磁永磁体。

4、优选的，所述切向充磁永磁体未完全插入到安装槽的底部，在切向充磁永磁体与安装槽的底部之间形成第二气隙，在第二气隙的两侧设有径向充磁永磁体。

5、优选的，所述安装槽的开口处为圆角结构。

6、优选的，所述定子齿两侧的绕线槽内分别设有绕组，且定子齿两侧绕组通过导线连接。

7、优选的，一相绕组的线圈个数 nc、相数 m，定子齿数 ps、转子极数 pr之间应满足如下关系：ps=mnc、pr=ps±2。

8、优选的，所述定子齿设有12个，转子齿设有10个。

9、本发明提供一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，具有以下有益效果:

10、1、本发明所提供的一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角结构的磁通切换永磁电机，在传统的径向充磁磁通切换永磁电机的基础上，引入了左右两端的两个切向充磁的永磁体，使得磁通能从定子上部的磁桥流通，从而有效减少定子轭部的漏磁，同时增加绕组中匝链的永磁磁链，从而提高了该电机转矩密度。

11、2、本发明所提供的一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，切向充磁的永磁体采用了短永磁体结构，即靠近径向充磁的永磁体的两端长度有所缩短，齿槽转矩的脉动会随着永磁体的不断收缩而减少，但是会不可避免的损失一定输出转矩以及造成空载反电动势的畸变，因此使用workbench软件对电机的永磁体的关键参数进行参数化扫描得到最优电机性能的参数，结果表明和传统磁通切换永磁电机相比，本发明提供的新型磁通切换永磁电机在提高了永磁体的利用率的基础上，有效降低了齿槽转矩的脉动。

12、3、本发明所提供的一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，定子铁轭（永磁体侧）采用了圆角的削角结构，能够有效降低齿槽转矩脉动的同时，也能减小铁轭的用量，进而减轻该电机的质量。

技术特征：

1.一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：包括转子(1)及套设于转子(1)外侧的定子(2)，所述转子(1)的外侧面设有转子齿(3)，定子(2)的内侧面设有定子齿(4)，在转子齿(3)与定子齿(4)之间设有第一气隙(5)，在相邻的定子齿(4)之间设有绕线槽(6)，在绕线槽(6)内设有绕线(7)；

2.根据权利要求1所述一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述切向充磁永磁体(9)未完全插入到安装槽(8)的底部，在切向充磁永磁体(9)与安装槽(8)的底部之间形成第二气隙(10)，在第二气隙(10)的两侧设有径向充磁永磁体(11)。

3.根据权利要求1或2所述一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述安装槽(8)的开口处为圆角结构(12)。

4.根据权利要求1所述一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述定子齿(4)两侧的绕线槽(6)内分别设有绕组(7)，且定子齿(4)两侧绕组(7)通过导线连接。

5.根据权利要求1所述种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：一相绕组的线圈个数nc、相数m，定子齿数ps、转子极数pr之间应满足如下关系：ps＝mnc、pr＝ps±2。

6.根据权利要求1所述种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述定子齿(4)设有12个，转子齿(3)设有10个。

技术总结
一种内嵌有径向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，包括转子及套设于转子外侧的定子，所述转子的外侧面设有转子齿，定子的内侧面设有定子齿，在转子齿与定子齿之间设有第一气隙，在相邻的定子齿之间设有绕线槽，在绕线槽内设有绕线；在定子齿上设有安装槽，安装槽内设置有切向充磁永磁体。本发明所要解决的技术问题是提供一种内嵌有切向充磁永磁体和定子齿削角的磁通切换永磁电机，通过提高永磁体利用率的同时，提升该电机的转矩密度且大幅度降低该电机的转矩脉动，提高电机工作时的稳定性以及降低电机运行的振动与噪音。

技术研发人员：井立兵,闵泽宇,蒉张涛,王有中,杨坤,苏展
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12