[发明专利]一种低齿槽转矩磁通切换永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电机，特别涉及一种转矩磁通切换永磁电机。

背景技术

随着全球变暖、化石燃料紧缺以及环境污染问题，如何更高效地利用能源成为人类发展过程中所必须面对的问题。永磁同步电机具有体积小、高功率密度、高效率、高输出转矩和运行可靠等优点，已经在许多领域内得到了广泛的应用，尤其是在汽车工业领域，永磁同步电机在新能源汽车的发展中发挥着重要的作用。

磁通切换永磁电机属于一种永磁同步电机。其基本结构类似一台开关磁阻电机，为双凸极结构，但是在每个定子齿内嵌有径向充磁的永磁体。永磁体产生的磁通路径随着转子位置的改变而发生变化，使得定子绕组匝链的磁通发生交变，这与定子轭部内嵌永磁体的双凸极永磁电机在本质上是不同的。双凸极永磁电机中磁通随转子位置仅发生幅值变化而无极性变化，因此双凸极永磁电机是单极性电机。磁通切换永磁电机中磁通随转子位置交变，即幅值和极性均发生变化，因此磁通切换永磁电机是一种双极性电机。

磁通切换永磁电机的主要结构特点是：(1)采用永磁材料，并将永磁体置于定子上；(2)定子电枢绕组为集中式绕组，端部较短，减小了用铜量和铜耗；(3)转子铁心由导磁材料制成，转子上既无永磁体也无电枢绕组，故电机有结构简单、坚固耐用，适合宽转速范围运行。因此，磁通切换永磁电机具有广泛的工业应用前景，适合于工作温度较高、对电机体积和质量有严格要求，又要有较大出力的应用场合。

磁通切换永磁电机的转子采用双凸极结构。研究表明，和其它永磁电机相比磁通切换永磁电机一个明显缺点是齿槽转矩偏大，这是影响电机的转矩脉动的一个主要因素。一般采用转子虚槽、转子凸缘等方法来降低磁通切换永磁电机齿槽转矩，但会降低电机的感应电势并增加电机的加工难度。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提供一种低齿槽转矩磁通切换永磁电机，该电机具有双凸极磁通切换电机高正弦度每相感应电势、较大功率密度和较高转矩密度优点的同时，能够大大降低电机的齿槽转矩，减小磁通切换永磁电机运行时的转矩脉动。

技术方案：一种低齿槽转矩磁通切换永磁电机，包括凸极结构定子、嵌入式结构转子；所述定子上设置有6n个U形定子导磁铁心，两个相邻U形定子导磁铁心的相邻侧边形成一个定子齿，定子齿中内嵌有永磁体，所述永磁体切向充磁且两相邻永磁体的充磁方向相反，定子导磁铁心上绕有集中式电枢线圈，同相集中式电枢线圈串联或并联连接，形成三相电枢绕组；所述嵌入式结构转子包括5n个嵌入式U形转子导磁铁心、由非导磁材料制备的转子块和转子轴，嵌入式U形转子导磁铁心嵌在转子块上，两个相邻的嵌入式U形转子导磁铁心的相邻侧边形成一个转子极，其中n为正整数。

作为本发明的改进，所述嵌入式U形转子导磁铁心底部设有燕尾，转子铝块上开有用于固定所述嵌入式U形转子导磁铁心的燕尾槽。

作为本发明对进一步改进，所述转子极极宽为U形定子导磁铁心侧边宽的2～3倍。

有益效果：与现有技术相比，采用以上技术方案本发明具有以下优点：

(1)两个相邻的嵌入式U形转子导磁铁心的相邻侧边形成一个转子极，在保证感应电势幅值和高正弦度的同时，转子有较大极宽，由于两个相邻的嵌入式U形转子导磁铁心接触部分高度饱和，使得转子有效导磁极宽和凸极结构转子相比几乎不变，经过优化设计选择最优的转子极宽，即转子极极宽为U形定子导磁铁心(22)侧边宽的2～3倍时，可有效降低电机的齿槽转矩。

(2)低齿槽转矩磁通切换永磁电机由于采用嵌入式结构转子，转子磁通被强制通过转子铁心U形路径，因此磁通具有较短的路径，相比凸极结构转子磁通切换永磁电机提供相同输出平均转矩，可节省硅钢材料的用量。

(3)低齿槽转矩磁通切换永磁电机定子和转子都是使用部件组装而成，定子由U形定子导磁铁心和永磁体组装而成，转子由嵌入式U形转子导磁铁心、转子块和转子轴组装而成，制造简单，坚固耐用。

附图说明

图1为6/5极低齿槽转矩磁通切换永磁电机示意图；

图2为6/5极低齿槽转矩磁通切换永磁电机嵌入式U形转子导磁铁心的结构示意图；

图3为12/10极低齿槽转矩磁通切换永磁电机示意图；

图中有：嵌入式转子1、定子2、永磁体21、U形定子导磁铁心22、集中式电枢线圈23、嵌入式U形转子导磁铁心11、转子铝块燕尾槽12、转子块13、转子轴14。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步具体说明。