一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机

技术领域

本发明涉及新型电机技术领域，具体为一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机。

背景技术

随着环境污染越来越严重，人们对能源开发已逐步转向新型能源和可再生能源，原始的不可再生能源使用已导致全球变暖，化石燃料能源越采越少，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，将传统内燃动力机改为清洁的电机已成为时代发展的必然。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，电机在新能源汽车的发展中发挥着重要的作用。

在众多的电机设备中，传统永磁电机大多采用表面贴装式、插入式或嵌入式等工艺将永磁体固定于转子，这样，在电机运行过程中，就会产生散热困难、过高温升导致永磁体不可逆退磁，从而限制电机出力等问题。针对这一问题，早在上个世纪50年代，就有学者对定子永磁电机开展了研究。与转子永磁电机不同，定子永磁电机将永磁体和电枢绕组都置于定子，简单的转子结构不但提高了电机运行的可靠性，而且转子旋转时，也可以起到风扇的作用，使电机散热性能得到增强。1997年磁通切换永磁电机由法国学者E. Hoang首次提出。由于其转子结构坚固、转矩密度高、易于热管理等优点，近年来获得了大量的研究关注。

然而现有的永磁电机仍然存在一些问题，例如：1.电机输出转矩和功率密度相对较低；2.永磁体利用率较低，易发生不可逆退磁，可靠性不足；3.传统永磁电机容错性能较差，不具有明显的模块化和磁隔离能力。因此，申请人研究出一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机，可以巧妙融合容错结构的相与相之间的磁隔离能力和模块化的特点，磁通切换结构易于散热，高效率，高功率密度的优点，多齿结构增加电机转矩输出能力以及外转子结构提高电机转矩密度等不同结构的优异性能，并且可以应用于高速、对电机可靠性要求较高的领域。

现有技术如下：

1、与申请号CN202210185303.X 专利名称“一种新型混合励磁多齿容错型磁通切换电机”的技术对比：

“一种新型混合励磁多齿容错型磁通切换电机”采用的是内转子磁通切换电机结构，并结合了混合励磁结构、容错结构、磁通切换结构和多齿结构等不同结构的优点。本申请在传统磁通切换电机的基础上，提出了一种新型外转子磁通切换电机结构。主要区别在于外转子结构。外转子结构相比于内转子结构可以提高电机转矩密度，尤其在电动汽车轮毂电机的场合。

2、与申请号CN201310431045.X专利名称“一种容错型定子分割式磁通切换型记忆电机”的技术对比：

“一种容错型定子分割式磁通切换型记忆电机”采用的是一种具有较强的带故障运行能力和弱磁扩速能力的电机。本申请在传统磁通切换电机的基础上，提出了一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机。主要区别在于：第一，本文采用外转子结构，而“一种容错型定子分割式磁通切换型记忆电机”采用的是内转子结构。第二，本文电机没有脉冲绕组电机结构较为简单，而“一种容错型定子分割式磁通切换型记忆电机”的绕组结构复杂。

3、与申请号CN202010716880.8 专利名称“一种新型开关磁通混合励磁容错电机”的技术对比

“一种新型开关磁通混合励磁容错电机”采用内转子结构，而本文采用的是外转子结构，且两个电机的永磁体排布有较大差别。本申请定子铁心有分裂齿，而“一种新型开关磁通混合励磁容错电机”并没有采用。

4、与申请号CN201310119528.6 专利名称“一种E形齿定子永磁型磁通切换无轴承电机”的技术对比

“一种E形齿定子永磁型磁通切换无轴承电机”采用内转子结构，而本申请采用的是外转子结构，且两个电机的永磁体排布有较大差别。本文定子铁心有分裂齿，而“一种E形齿定子永磁型磁通切换无轴承电机”并没有采用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机，通过设置独特结构的电机定子铁芯、转子铁芯、永磁体和电枢绕组，在定子铁芯上设置定子轭、电枢齿和容错齿，在电枢齿齿端设置小槽，电枢齿和容错齿沿圆周向间隔分布在定子轭外围，转子铁芯设置为凸级结构，在定子铁芯和转子铁芯之间设置气隙，电枢绕组设置为六组集中式的缠绕在电枢齿上的线圈，永磁体设置为切向充磁并嵌入在电枢齿中位于同一电枢齿上的两块极性相反的永磁体；使得三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机具备容错结构的相与相之间的磁隔离能力和模块化的特点，多齿结构增加电机转矩输出能力以及外转子结构提高电机转矩密度等不同结构的优异性能，形成了一台具有高效、可靠性高、应用范围广等特点的新型电机。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机，包括有定子铁芯、定子轭、电枢齿、容错齿、小槽、转子铁芯、永磁体和电枢绕组，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置定子铁芯，所述定子铁芯结构为中部设置定子轭，所述定子轭外圈均匀设置六组电枢齿和容错齿，所述电枢齿和容错齿交互设置，所述电枢齿上设置小槽，所述定子铁芯的电枢齿上缠绕电枢绕组和嵌入有永磁体，所述定子铁芯外部安装转子铁芯。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有永磁体，所述永磁体两块为一组嵌入安装在同一电枢齿上，所述电枢齿上的两块永磁体极性相反且为切向冲磁的磁体。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有定子铁芯、转子铁芯和永磁体，所述定子铁芯和转子铁芯由硅钢片导磁材料制成，永磁体选用高磁能积的钕铁硼制作而成。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有电枢绕组，所述电枢绕组为三相集中式电枢绕组。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有转子铁芯，所述转子铁芯设置为凸极结构。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有定子铁芯，所述定子铁芯上设置设置小槽，所述小槽的存在增加了定子铁芯上齿的数量。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有永磁体和电枢绕组，所述永磁体产生的磁路和电枢绕组产生的磁路为并联关系。

进一步的，所述三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置有定子铁芯，所述定子铁芯上设置容错齿，所述容错齿使电机在一个相中的磁力线基本不会流入其他相中，减小了相与相之间的互感，大大增强了相与相之间的磁隔离能力。

本发明提供一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机，通过设置独特结构的电机定子铁芯、转子铁芯、永磁体和电枢绕组，在定子铁芯上设置定子轭、电枢齿和容错齿，在电枢齿齿端设置小槽，电枢齿和容错齿沿圆周向间隔分布在定子轭外围，转子铁芯设置为凸级结构，在定子铁芯和转子铁芯之间设置气隙，电枢绕组设置为六组集中式的缠绕在电枢齿上的线圈，永磁体设置为切向充磁并嵌入在电枢齿中位于同一电枢齿上的两块极性相反的永磁体；使得三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机具备容错结构的相与相之间的磁隔离能力和模块化的特点，多齿结构增加电机转矩输出能力以及外转子结构提高电机转矩密度等不同结构的优异性能，形成了一台具有高效、可靠性高、应用范围广等特点的新型电机，带来的好处是：

1、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的电机的转子铁芯结构简单，机械强度高，适合高速运行；

2、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的永磁体和电枢绕组都位于定子铁芯侧，易于通过定子铁芯外壳散热；

3、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的电枢绕组为集中式线圈，有效地减小了端部长度，降低铜耗，并且利于提升电机的效率；

4、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机采用多齿结构，增加了电机的转矩输出能力，提高了电机的电磁性能；

5、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的永磁体产生的磁路和电枢绕组产生的磁路为并联关系，电枢绕组生成的磁力线不会经过永磁体，永磁体的不可逆退磁风险降低，安全性较高；

6、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的转子铁芯设置为凸极结构，相比于定子铁芯结构增加了电机转矩密度，气隙半径增加

7、三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机的定子铁芯设置有容错齿，容错齿的存在，减小了电机相与相之间的互感，大大增强了相与相之间的磁隔离能力；使电机具有优异的容错能力和模块化的特点，可以应用于可靠性较高的场合。

附图说明

图1为本发明实体横向剖视结构示意图；

图2是本发明齿槽转矩测试结果示意图；

图3是本发明在施加5A/mm

图4是本发明自感和互感测试结果示意图。

图中标记为：1、定子铁芯；11、定子轭；12、电枢齿；13、容错齿；14、小槽；2、转子铁芯；3、永磁体；4、电枢绕组。

实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示：所示为一种三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机，包括有定子铁芯1、定子轭11、电枢齿12、容错齿13、小槽14、转子铁芯2、永磁体3和电枢绕组4，如图1所示，所示三相新型多齿容错型外转子磁通切换永磁电机设置定子铁芯1，所示定子铁芯1结构为中部设置定子轭11，所示定子轭11外圈均匀设置六组电枢齿12和容错齿13，所示电枢绕组4为三相集中式电枢绕组，电枢绕组有效地减小了端部长度，降低铜耗，并且利于提升电机的效率，所示电枢齿12和容错齿13交互设置，所示容错齿13使电机在一个相中的磁力线基本不会流入其他相中，减小了相与相之间的互感，大大增强了相与相之间的磁隔离能力，所示电枢齿12上设置小槽14，所示小槽14的存在增加了定子铁芯1上齿的数量，多齿结构增加了电机的转矩输出能力，提高了电机的电磁性能，所示定子铁芯1的电枢齿12上缠绕电枢绕组3和嵌入有永磁体3，所示永磁体3两块为一组嵌入安装在同一电枢齿12上，所示电枢齿12上的两块永磁体3极性相反且为切向冲磁的磁体，所示永磁体3产生的磁路和电枢绕组4产生的磁路为并联关系，所示定子铁芯1外部安装转子铁芯2，所示转子铁芯2设置为凸极结构，使电机既无永磁体也无励磁绕组，机械强度高，适合高速运行，同时相比于定子铁芯结构增加了电机转矩密度，气隙半径；所示定子铁芯1和转子铁芯2由硅钢片导磁材料制成，永磁体3选用高磁能积的钕铁硼制作而成。

如图2所示，所示三相新型多齿容错型转子铁芯2磁通切换永磁电机的齿槽转矩较低，电机空载性能较好。

如图3所示，所示三相新型多齿容错型转子铁芯2磁通切换永磁电机的电磁转矩较低，电机空载性能较好。

如图4所示，所示三相新型多齿容错型转子铁芯磁通切换永磁电机的自感值较高而互感值较小，因此电机的抑制短路电流能力和磁隔离能力较强，安全性较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。