本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机。
背景技术：
游标永磁电机(vernierpmmachine)是近年逐步发展起来的一种基于磁场调制理论的新型电机，这种电机的拓扑具有超高的功率密度且机械结构简单的优点，在如轨道交通、船舶推进和电动汽车等领域具有较好的应用。
目前，已经出现永磁游标电机的相关技术。申请号为10069627.8，发明名称为“径向磁场双定子游标电机”，提出一种径向磁场双定子游标电机，通过转子和两定子的套装布置方式并设置定子齿与转子极靴的相对位置关系，从而提高游标电机的功率因数和功率密度。申请号为cn10321107.6，发明名称为“一种双定子永磁游标风力发电机”，提出一种双定子永磁游标风力发电机，通过游标效应以及转子上的halbach结构永磁体，产生高度正弦的气隙磁场。申请号为10013800.8，发明名称为“一种盘式低速大转矩永磁游标电机”，提出一种盘式大转矩永磁游标电机。采用halbach阵列永磁体提供更大的有效磁场谐波成份和输出转矩，降低转子磁轭的磁通密度及铁芯损耗。
综上所述，目前已经出现径向磁场双定子游标电机的尺寸较大，内部单位体积的损耗和发热量较大，且圆柱形结构限制了散热能力。轴式电机虽具有较紧凑的轴向尺寸，提供较大的散热面，为电机功率密度的增加提供了空间，但气隙较大，电机漏磁较为严重。普通的电机转子的永磁体结构，机械强度较差，不适合低速大转矩的工作情况。本装置使用交替极转子结构配合halbach阵列，改善盘式电机的气隙磁密，同时达到减少永磁体用量，增强转子机械结构强度的目的。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中气隙较大、漏磁严重等的缺陷，提供一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机，包括第一定子结构、第二定子结构和转子结构，所述转子结构设置于所述第一定子结构和第二定子结构之间，且到所述第一定子结构和第二定子结构的距离相等；
所述第一定子结构和所述第二定子结构为结构一致的定子结构，均包括定子铁心，所述定子铁心周向均匀间隔设置有定子槽和定子齿，所述定子槽内嵌有电枢绕组，所述定子齿端部分裂为两个调制极，所述调制极之间设置halbach永磁体阵列；
所述转子结构包括转子铁心，所述转子铁心周向等间距开设有转子槽，所述转子槽之间嵌有转子永磁体。
接上述技术方案，所述halbach永磁体阵列包括周向设置的多个halbach永磁体，所述halbach永磁体阵列包括定子轴向永磁体和两个定子周向永磁体，所述定子轴向永磁体沿轴向方向磁化，设置于所述两个定子周向永磁体之间，所述定子周向永磁体沿径向切线方向磁化。
接上述技术方案，所述halbach永磁体阵列的极对数与所述调制极的数量相等，所述调制极的数量、电枢绕组的极对数，转子永磁体的极对数满足关系：
ps-pw＝pr(1)
其中，ps为调制极的数量、pw为电枢绕组的极对数，pr为转子永磁体的极对数。
接上述技术方案，所述第一定子结构与所述第二定子结构上的halbach永磁体阵列上的轴向永磁体磁化方向相同，所述第一定子结构与所述第二定子结构上的halbach永磁体阵列上的周向永磁体磁化方向相反。
接上述技术方案，所述转子永磁体磁化方向与所述定子结构上的halbach永磁体阵列上的轴向永磁体磁化方向相同。
接上述技术方案，所述转子铁心中心设置有轴孔，所述轴孔内设置有键槽。
接上述技术方案，所述定子铁心、转子铁心的材料为高导磁硅钢。
接上述技术方案，所述定子轴向永磁体、定子周向永磁体和转子永磁体材料为钕铁硼。
本发明产生的有益效果是：本发明提供的一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机装置，在两个结构一致的定子结构之间设置转子结构，可有效利用交替极永磁体磁场，减少漏磁，提高转矩，并且能有效抵消盘式电机的单边轴向力。定子铁芯上定子齿在端部分裂为两个调制极，调制极之间布置halbach永磁体阵列，转子铁心周向等间距开设有转子槽，转子槽之间嵌有转子永磁体，形成交替极结构。本发明改善了电机的气隙磁密，有效减少漏磁，同时达到减少永磁体用量，增强转子机械结构强度的目。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例电机的二维结构简图；
图2是本发明实施例电机的立体结构示意图；
图3为本发明试试例电机的halbach结构排布示意图
图4为本发明实施例电机的齿槽转矩图；
图5为本发明实施例电机在给予工作电流运行的输出转矩图；
图6为本发明实施例电机的三相空载反电动势图；
图7为本发明实施例电机的三相空载磁链图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机，包括第一定子结构1、第二定子结构3和转子结构2，转子结构2设置于第一定子结构1和第二定子结构3之间，且到第一定子结构1和第二定子结构3的距离相等。本发明采用双定子结构，可有效利用交替极永磁体磁场，减少漏磁，提高转矩，并且能有效抵消盘式电机的单边轴向力。
如图2所示,第一定子结构1和第二定子结构3为结构一致的定子结构，均包括定子铁心11，定子铁心11周向均匀间隔设置有定子槽12和定子齿15，定子槽内嵌有电枢绕组13，定子齿15端部分裂为两个调制极16，调制极16之间设置halbach永磁体阵列14。
转子结构2包括转子铁心21，转子铁心21周向等间距开设有转子槽22，转子槽22之间嵌有转子永磁体23。转子齿与转子永磁体23形成阵列的交替极结构，交替极结构可视为转子齿被同向的转子永磁体23将转子齿磁化为极性相反的磁体。
本发明的定子结构配合转子的交替极结构，有利于增强气隙磁密，提高输出转矩，同时降低永磁体的用量，增强转子机械结构强度。同时，本发明采用盘式结构，提供较大的散热面，具有更好的冷却效果，较高的铁芯利用率。
进一步地，如图3所示,halbach永磁体阵列14为halbach永磁体阵列，由周向设置的多个halbach永磁体阵列单元组成，halbach永磁体阵列单元包括定子轴向永磁体和两个定子周向永磁体，定子轴向永磁体沿轴向方向磁化，设置于两个定子周向永磁体之间，定子周向永磁体沿径向切线方向磁化。
进一步地，halbach永磁体阵列14的极对数与调制极16的数量相等，转子永磁体23均为同极，极弧系数为1.2；halbach永磁体极对数、转子永磁体23的极对数和电枢绕组13的极对数满足游标效应，调制极16的数量、电枢绕组13的极对数，转子永磁体23的极对数满足关系：
ps-pw＝pr(1)
其中，ps为调制极16的数量、pw为电枢绕组13的极对数，pr为转子永磁体23的极对数。本实施例中，ps为24，pw为2，pr为22。
进一步地，第一定子结构1与第二定子结构3上的halbach永磁体阵列14上的轴向永磁体磁化方向相同，第一定子结构1与第二定子结构3上的halbach永磁体阵列14上的周向永磁体磁化方向相反。
进一步地，转子永磁体23磁化方向与定子结构上的halbach永磁体阵列14上的轴向永磁体磁化方向相同。
进一步地，转子铁心21中心设置有轴孔24，轴孔24内设置有键槽。
进一步地，定子铁心11、转子铁心21的材料为高导磁硅钢。
进一步地，定子轴向永磁体、定子周向永磁体和转子永磁体23材料为钕铁硼。
如图4所示,本发明的永磁电机的齿槽转矩幅值在0n·m上下波动，输出转矩平均值为135n·m，输出转矩波动值较小，电机能较为平稳的运行。
如图5所示,本发明的永磁电机的磁链和反电动势波形呈较好的正弦度，电机运行的谐波含量较小。
如图6所示,本发明的永磁电机也可以作为发电机运行。如图7所示,当外部原动机拖动转子连续转动时，电枢绕组13的永磁磁链变化将在绕组中产生正弦的三相感应电动势，与负载相连，就可以输出交流电流，实现电机的发电运行。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
技术特征：
1.一种新型双定子halbach交替极永磁游标电机，其特征在于，包括第一定子结构、第二定子结构和转子结构，所述转子结构设置于所述第一定子结构和第二定子结构之间，且到所述第一定子结构和第二定子结构的距离相等；
所述第一定子结构和所述第二定子结构为结构一致的定子结构，均包括定子铁心，所述定子铁心周向均匀间隔设置有定子槽和定子齿，所述定子槽内嵌有电枢绕组，所述定子齿端部分裂为两个调制极，所述调制极之间设置halbach永磁体阵列；
所述转子结构包括转子铁心，所述转子铁心周向等间距开设有转子槽，所述转子槽之间嵌有转子永磁体。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述halbach永磁体阵列包括周向设置的多个halbach永磁体，所述halbach永磁体阵列包括定子轴向永磁体和两个定子周向永磁体，所述定子轴向永磁体沿轴向方向磁化，设置于所述两个定子周向永磁体之间，所述定子周向永磁体沿径向切线方向磁化。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述halbach永磁体阵列的极对数与所述调制极的数量相等，所述调制极的数量、电枢绕组的极对数，转子永磁体的极对数满足关系：
ps-pw=pr(1)
其中，ps为调制极的数量、pw为电枢绕组的极对数，pr为转子永磁体的极对数。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一定子结构与所述第二定子结构上的halbach永磁体阵列上的轴向永磁体磁化方向相同，所述第一定子结构与所述第二定子结构上的halbach永磁体阵列上的周向永磁体磁化方向相反。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子永磁体磁化方向与所述定子结构上的halbach永磁体阵列上的轴向永磁体磁化方向相同。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子铁心中心设置有轴孔，所述轴孔内设置有键槽。
7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子铁心、转子铁心的材料为高导磁硅钢。
8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子轴向永磁体、定子周向永磁体和转子永磁体材料为钕铁硼。
技术总结
本发明公开了一种新型双定子Halbach交替极永磁游标电机，包括第一定子结构、第二定子结构和转子结构，所述转子结构设置于所述第一定子结构和第二定子结构中间；所述第一定子结构和所述第二定子结构为结构一致的定子结构，均包括定子铁心，所述定子铁心周向均匀间隔设置有定子槽和定子齿，所述定子槽内嵌有电枢绕组，所述定子齿端部分裂为两个调制极，所述调制极之间设置Halbach永磁体阵列；所述转子结构包括转子铁心，所述转子铁心周向等间距开设有转子槽，所述转子槽之间嵌有转子永磁体。本发明改善了电机的气隙磁密，有效减少漏磁，同时达到减少永磁体用量，增强转子机械结构强度的目。
技术研发人员：李建贵;陈豪;刘璟轩
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：.12.09
技术公布日：.02.18
