CN101005217B - 自励磁电机及其定子结构 - Google Patents

Abstract

自励磁电机包括：定子，其适合于通过与转子的电磁相互作用旋转；多个槽齿，其形成在所述定子的通孔上并包围它；以及激励磁极，其相邻至少一个这样的槽齿，所述槽齿具有比剩余的槽齿更少的凸起。凸起形成在面对定子通孔的槽齿末端上。根据一个非限制性的实施例，激励磁极可以形成在具有较少凸起的两个槽齿之间。

Description

自励磁电机及其定子结构

技术领域

在此描述的一个或多个实施例涉及电机。 

背景技术

已开发了不同类型的电机以服务多种需要。设计者的一个共同目标是改善电机的转矩而同时使制造成本低且效率高。 

附图说明

将参考附图详细地描述实施例，其中相同的参考数字指示相同的元件： 

图1是显示一种现有技术的自励磁电机的示图； 

图2显示了图1的电机中发生的磁通量的泄漏； 

图3是显示根据本发明的自励磁电机的定子结构的局部横截面图的示图； 

图4显示了可以由图3的电机实现的磁通量的传输；以及 

图5是显示可以由自励磁电机实现的示范性的一组操作特性的曲线图。 

具体实施方式

图1是一种现有技术的自励磁电机的横截面图。在这个电机中，通孔3贯穿定子1的中心。若干槽齿5突出以包围通孔的内表面，并且槽7限定在槽齿之间。定子线圈(未显示)缠绕在槽里面，亦即，定子线圈缠绕在槽齿5周围并安置在槽里面。定子线圈被供应以电力，从而建立磁场。 

如图1中进一步所示，槽齿的前端比齿的其他部分宽。亦即，槽7的入口比其内部窄。槽从定子的上端贯穿到其下端。 

电机还包括激励器9，其从定子通孔内表面一侧向通孔中心延伸。激励器被安置以代替槽齿中的一个，例如激励器布置在两个槽齿之间。激励器具有代替齿5安置的激励磁极10，并且激励磁极线圈11缠绕在激励磁极周围。激励器操作以用磁通量供应磁铁层15(稍后描述)，以恒定地使其磁化。 

还包括安置在定子通孔中的转子13。转子可以具有近似圆柱的形状，并且适合于通过与定子的电磁相互作用旋转。通常在转子13的外圆周表面和定子的内圆周表面之间可以维持恒定间隔。定子的内圆周表面由连接槽齿5前端的假想线限定。 

转子具有轴(未显示)压配合到其中的孔14。转子本身是一种磁铁，具有形成在其外圆周表面上的磁铁层15。磁铁层是一种永久磁铁，并且当被激励器激励时建立恒定磁力。参考数字17指示条。 

如上所述的电机在初始操作期间展示了感应电机和磁滞电机的复合特性。然而，当达到预定速度时，激励器9使磁铁层15磁化，以便电机作为永磁电机操作。然而，图1的自励磁电机是有问题的。例如，为了增加驱动转矩，必须增加磁铁层15的磁化程度。为此可以采用以下方法。 

首先，通过增加激励磁极线圈11的绕组数来增加磁化强度。这减少了预定电压下的电流大小。结果，激励磁极线圈的电线直径增加，并且磁化电流也是如此。然而，这受到激励磁极10和槽齿5之间的槽间隔需要的限制。当磁铁层15由具有良好特性的材料制成时，也可以增加磁化强度。然而，这种方法增加了制造成本。 

与此同时，当来自激励器9的磁通量更加有效地传输到磁铁层时，磁铁层15的激励程度增加。然而，如图2中明显地所示，只有部分的来自激励器的磁通量被传输到磁铁层15。换言之，磁铁层15的磁化程度下降。这是因为大量的磁通量通过激励器附近的槽齿前端被传输到定子。 

图3和4显示了根据本发明的自励磁电机。这种电机包括定子20，其具有贯穿其中心的通孔22。定子具有近似圆柱的形状，并且通孔具有圆形截面，其从定子的一端延伸到另一端。 

槽齿24以预定间隔(例如相同间隔)形成，以包围通孔的内表面。槽齿前端朝向通孔中心延伸。槽齿并不必然地具有相同尺寸，并且它们的长度或宽度可以取决于设计需要而变化或相同。在至少基本上与槽齿延伸的方向垂直的方向上，凸起24’从槽齿前端延伸。 

槽26限定在槽齿之间。槽优选地与通孔平行地从定子的一端向另一端延伸。因为槽齿上形成的凸起24’，与通孔相通的槽26的部分比其内部窄。相邻于激励磁极32(其被包括以形成稍后描述的激励器30)的槽齿24在它们的前端上具有切块(cutout)25。通过从槽齿前端去除至少一个凸起24’形成切块。结果，与通孔22相通的激励槽26’的部分变得比其他槽26宽。如显示的那样，激励槽26’位于激励器的激励磁极32的两侧。切块25可以是弯曲的，或者具有不同的形状。当相邻激励磁极32的前端安置时，切块用来增加激励槽26’朝向转子36(稍后描述)的入口的截面积。如果希望的话，切块25可以是平坦的，或者具有另一种类型的结构或布局。 

线圈28缠绕在槽26里面。线圈缠绕在槽齿周围并且安置在槽里面。当向线圈供应电力时，在定子20中建立磁场。 

激励器30安置在定子通孔22内表面的部分上，以朝向通孔中心延伸。激励器30中包括的激励磁极32被安置以代替槽齿24中的一个。亦即，激励磁极32布置在两个槽齿之间，并且优选地在具有前述切块的一个或多个槽齿之间。 

根据一个实施例，激励磁极32在其两侧具有槽齿。在这个构造中，激励槽26’位于相邻具有切块的槽齿的激励磁极32的两侧。激励磁极可以在其许多的长度之上具有基本上不变的宽度，但是所述宽度可以朝向前端而逐渐减少(锥形)。激励磁极32的前端可以被安置以与槽齿24的前端一致，以限定虚圆。激励器30的位置可以取决于设计需要而变化。而且，在可选择的实施例中，电机可以被形成以包括相邻具有切片的一个或多个槽齿布置的多于一个的激励器。 

激励磁极线圈34缠绕在激励磁极32周围并安置在激励槽26’中，以便驻留在激励磁极32和具有切片的相邻槽齿24的两侧。当向激励磁极线圈施加电力时，由此引起的磁通量被从激励槽26’通过切片所产生的加宽入口传输到通孔22。磁通量然后传到转子36的磁铁层38，所述转子36可以是圆柱形的。 

转子安置在定子的通孔里面，并且通过与定子的电磁相互作用旋转。转子可以包括堆叠的盘状铁板，同时通孔被形成以贯穿堆叠盘的外围。铝条37可以安置在通孔中。铝条可以用来生成用于转子36的磁通势。轴可以被压配合到转子的中心中，并且转子可以与通孔22的内表面、例如与槽齿24的前端所限定的假想圆间隔预定距离。 

转子还可以包括磁铁层38，其安置在它的外表面上，具体地即面对通孔22内表面的表面上。磁铁层优选地包围转子36的表面，并且具有预定厚度。磁铁可以是永久磁铁，并且通过激励器30所传输的磁通量磁化。 

在操作中，转子36通过与定子20的电磁相互作用旋转。自励磁电机在初始操作期间展示了感应电机和磁滞电机的复合特性。当达到预定速度时，激励器30使磁铁层38磁化，以便自励磁电机作为永磁电机操作。 

图5是显示自励磁电机的操作特性的曲线图。在曲线图中，横坐标指示转速，而纵坐标则指示转矩。而且，直的单点划线指示磁滞电机的转矩特性，并且弯曲的实线指示感应电机的转矩特性。粗实线指示自励磁电机 的转矩，其作为转速的函数，具有磁滞电机和感应电机的复合特性。 

当转速在自励磁电机的操作期间达到值V(如垂直虚线所指示的那样)时，激励器30使转子的磁铁层38磁化，并且大大增加了转矩。具体地，当向激励器30的激励磁极线圈34施加电力时，由此引起的磁通量被传输到磁铁层38，其然后被磁化，以便自励磁电机像永磁电机一样被驱动。因此，当电机的转速达到V时，转矩突然增加。 

再次参考图4，来自激励器30的磁通量使磁铁层38磁化。具体地，当向激励器的激励磁极线圈34施加电力时，大多数的由此引起的磁通量被从激励磁极32传输到磁铁层。因此，来自激励磁极32的磁通量根本没有或者很难被传输到具有切片的相邻槽齿。这是因为(相邻于激励磁极32的)槽齿前端上形成的切片25增加了激励磁极和槽齿前端之间的间隔(例如间距)。像这样，来自激励器30的磁通量大多数被传输到磁铁层38，从而增加了磁铁层的磁化程度。因此，电机能够展示较大转矩。 

自励磁电机及其定子结构的至少一个实施例因此可以适用于实现改善的性能。例如作为沿着定子槽齿前端的切片的结果，可以实现这些性能特性。这些切片，其相邻于激励器的激励磁极，使来自激励磁极的磁通量被充分地或大多数地传输到转子的磁铁层，而不是邻接的槽齿。结果，当转速超过阈值时，自励磁电机的驱动转矩可以大大增加。 

根据这个或可选择的实施例，自励磁电机因此可以被形成以包括：定子，其具有：通孔，其形成在所述定子中；槽齿，其朝向所述通孔的中心形成在所述通孔的内表面周围；以及线圈，其缠绕在所述槽齿周围；转子，其安置在所述定子的所述通孔中，所述转子借助于与所述定子的电磁相互作用旋转；激励器，其具有：激励磁极，其代替所述定子的所述槽齿中的一个安置；以及激励磁极线圈，其缠绕在所述激励磁极周围；以及磁铁层，其形成在所述转子的表面上，并且选择性地由所述激励器磁化，其中，切片形成在相邻于所述激励磁极的所述槽齿的前端上，所述前端对应于所述 激励磁极。切片形成在置于激励磁极两端的槽齿的面对端上。切片是弯曲的，并且/或者可以是平坦的。 

根据另一个实施例，用于自励磁电机的定子结构可以包括：定子，其适合于借助于与转子的电磁相互作用旋转所述转子；槽齿，其被布置以包围通孔的内表面，所述转子坐落于所述通孔上，所述槽齿的前端面对所述通孔的中心，所述槽齿限定槽；以及激励磁极，其代替所述槽齿中的一个安置，以便构成激励器，其中，切片形成在相邻于所述激励磁极的所述槽齿前端的末端上。切片形成在置于激励磁极两端的槽齿的面对端上。 

激励磁极具有朝向前端逐渐减少的宽度，并且激励磁极的前端与槽齿前端所限定的虚圆一致。切片可以是弯曲和/或平坦的。 

在这个说明书中对“一个实施例”、“示范”、“例子实施例”、“一定实施例”、“可选择的实施例”等等的任何参考都意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中，如在此广泛描述的那样。这样的措词在说明书中各种地方的出现并不必然地全都涉及相同的实施例。进一步，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，可以认为它在本领域技术人员结合其他一些个实施例来影响这样的特征、结构或特性的范围之内。 

尽管已参考其若干示意性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本领域技术人员能够作出大量其他修改和实施例，它们将落在本公开的原理的精神和范围之内。更加具体地，在公开、附图和附加权利要求的范围之内的主题组合布置的组成部分和/或布置方面，大量变化和修改是可能的。除了组成部分和/或布置方面的变化和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也将是明显的。 

Claims (15)

1.一种自励磁电机，包括：

定子，其具有通孔；

多个槽齿，其从所述定子朝向所述通孔延伸；

线圈绕组，其围绕所述槽齿；

转子，其布置在所述通孔中，以基于与所述定子的电磁相互作用给予轴以旋转力；

激励器，其具有位于两个所述槽齿之间的激励磁极，和缠绕在所述激励磁极周围的激励磁极线圈；以及

磁铁层，其在所述转子的表面上，被所述激励器磁化，

其中，所述多个槽齿包括第一数目槽齿和第二数目槽齿；

其中，切块形成在相邻于激励磁极的第二数目槽齿的前端上，所述前端对应于所述激励磁极；以及

其中，所述切块是弯曲的。

2.如权利要求1所述的自励磁电机，其中，所述切块形成在所述第二数目槽齿的位于所述激励磁极两侧的面对端。

3.如权利要求1所述的自励磁电机，其中，所述激励磁极的末端和所述第二数目槽齿中的至少一个的末端之间的间距，比所述第一数目槽齿的末端之间的间距宽。

4.如权利要求3所述的自励磁电机，其中，所述较宽的间距允许至少基本上全部的磁通量从所述激励器传到所述转子上的所述磁铁层，绕过所述第二数目槽齿中的所述至少一个。

5.如权利要求3所述的自励磁电机，其中，所述第二数目槽齿中的所述至少一个具有一个凸起，所述一个凸起在与所述激励磁极的位置相反的方向上延伸，以形成所述较宽的间距。

6.如权利要求1所述的自励磁电机，其中，所述第一数目槽齿中的每一个具有在基本上相反的方向上延伸的两个凸起，所述两个凸起进一步至少基本上垂直于所述第一槽齿中的相应一个延伸的方向。

7.如权利要求1所述的自励磁电机，其中，所述激励磁极具有锥形的末端。

8.一种用于自励磁电机的定子结构，包括：

定子，其适合于通过与转子的电磁相互作用旋转；

多个槽齿，其形成在所述定子的通孔上并包围它；所述槽齿限定用于接收线圈绕组的槽；以及

激励磁极，其相邻至少一个具有比其余槽齿更少的凸起的槽齿，所述凸起形成在面对所述定子通孔的所述槽齿的末端上，

其中，切块形成在相邻于激励磁极的槽齿的前端上，所述前端对应于所述激励磁极；以及

其中，所述切块是弯曲的。

9.如权利要求8所述的定子结构，其中，所述激励磁极形成在具有所述较少凸起的两个槽齿之间。

10.如权利要求8所述的定子结构，其中，所述至少一个槽齿具有一个凸起。

11.如权利要求10所述的定子结构，其中，面对所述激励磁极的所述至少一个槽齿的第一侧不包括所述一个凸起。

12.如权利要求11所述的定子结构，其中，与所述第一侧相对的所述至少一个槽齿的第二侧包括所述一个凸起。

13.如权利要求11所述的定子结构，其中，所述第一侧和所述激励磁极之间的间距，比彼此相邻的其余槽齿之间的间距宽。

14.如权利要求13所述的定子结构，其中，所述较宽的间距允许来自所述激励磁极的至少基本上全部的磁通量传到在位于所述通孔内的转子上形成的磁铁层，所述基本上全部的磁通量绕过所述至少一个相邻槽齿。

15.如权利要求8所述的定子结构，其中，所述激励磁极具有锥形的末端。

Images