[发明专利]一种内置式切向励磁游标永磁电机

说明书

本发明公开了一种内置式切向励磁游标永磁电机，其包括定子铁心，定子绕组，转子铁心以及永磁体。其中，定、转子铁心均呈圆筒状，定子铁心内表面开有开口槽，槽内放置定子绕组；转子铁心外表面开有槽，槽内放置切向励磁的永磁体，相邻永磁体励磁方向相反，永磁体之间为铁心构成的磁极，相邻磁极的极性相反，磁极极对数为定子齿数与定子绕组极对数的和或差。在某一极性的所有磁极铁轭下均布置有连接桥，通过连接桥与转子轭将该极性的磁极相连。相比现有的表贴式游标永磁电机，本发明具有转矩密度高、功率因数高的优点，适用于需要低速大转矩的风力发电等领域。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种内置式切向励磁游标永磁电机。

背景技术

在风力发电、船舶推进以及智能机器人等领域，由于体积与重量的限制，其驱动电机往往追求高转矩密度，同时在这些领域中，驱动电机的转速较低，因此低速大转矩成为了这一类电机的首要要求。游标永磁电机由于具有这些特点，在这一类应用领域具有极大的应用潜力，从而被广泛研究。

从结构上说，游标永磁电机与普通永磁电机一样，都具有定子与转子，永磁体均位于转子上，然而，游标永磁电机的定子槽为开口槽，且转子极对数P_r为定子绕组极对数P_w与定子槽数P_s的和或差，也就是

P_r＝P_s±P_w (1)

在工作原理上，根据磁场调制原理，转子磁场经过定子齿的调制作用，可以产生两个主要的工作磁场谐波，它们的极对数分别是P_w与P_r。由于一般P_w的值较小，P_r的值较大，因此游标电机依靠一个多极与一个少极磁场工作。相比普通永磁电机，游标电机的工作磁密谐波多出了一个P_w对极的少极磁场，这也是游标电机转矩密度高的主要原因。

游标电机的定、转子满足磁场调制原理，在电机空载运行时，会产生两个工作磁场，前者的极对数与转子磁钢相同，后者的极对数与定子绕组相同，游标永磁电机的转子结构一般直接采用普通永磁电机中已有的结构，比如表贴式磁钢结构以及交替极磁钢结构等，均可以直接运用于游标永磁电机中，图1为传统表贴式游标永磁电机的基本结构。内置式切向励磁结构具有励磁能力强的优点，且该结构具有磁阻转矩，可以通过控制进一步提高转矩，并改善功率因数。然而，该结构直接游标永磁电机上时，效果却非常差，其原因在于该结构难以提供少极P_w对极磁场的回路，导致该磁场极弱，无法发挥游标电机的优势。一对极磁场的磁路如图2所示，从图中可见，该磁场穿过气隙以及两个永磁体，磁路磁阻较小。

然而，当游标电机转子采用切向励磁结构，虽然该结构在传统永磁电机中具有更强的励磁能力，然而根据其磁路结构，如图2所示，一对极磁场会穿过多个永磁体及空气部分，该磁路磁阻非常大，因此导致1对极磁场的幅值非常弱。而在游标电机中，由调制作用产生的少极磁场对空载反电势及转矩的贡献较大，因此在游标电机中采用普通切向励磁转子结构不仅无法提升性能，还会降低电机的反电势以及转矩。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种内置式切向励磁游标永磁电机。由此解决现有的内置式切向励磁游标永磁电机由于无法提供少极P_w对极磁场的回路导致游标电机转矩密度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种内置式切向励磁游标永磁电机，包括：转子和位于转子外部的定子；定子包括定子轭和多个定子齿，转子包括转子铁芯和永磁体；

转子铁芯包括多个第一磁极、多个第二磁极以及转子轭部，第一磁极和第二磁极间隔排列成圆形环结构，一个永磁体嵌于一个第一磁极和一个第二磁极之间，每个第一磁极与转子轭部连接，两个相邻的永磁体极性相反。