CN102210087A - 双激励单极型旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明基本上涉及双激励单极型电机(1.1)，包括一个转子，特别由整体磁性材料的中央部分(51)和位于整块部分圆周上的叠层环形部分(53)形成。该转子还包括永久磁铁(54)，其磁化取向相对于转子(31)的轴(33)为径向，而且这样地彼此隔开，使得激励线圈(38，39)所产生的双激励磁通可以通过转子的端盖(48，49)进入转子(31，67)，并通过磁铁(54)之间的间隙再出来，或者相反。

Description

双激励单极型旋转电机
技术领域
本发明涉及双激励单极型旋转电机。本发明特别旨在便于双激励磁通在电机内部通过。
背景技术
本发明发现一个特别有利的应用，但不限于此，亦即电动汽车或利用热力发动机和电机结合的混合动力汽车用的同步电机。
人们知道双激励旋转电机，诸如以序号FR-2846483公告的法国专利申请书中描述的。
如图1所示，该电机1具有彼此用有效气隙6隔开的定子3和转子5。
更准确地说，定子3包括叠层环形的磁心7，配备产生双激励磁通的定子线圈8和环形线圈9，10。磁芯7以及定子线圈8和激励线圈9，10设置在整块的磁性圆环11中，与磁芯7的外表面接触。这个圆环11每一端都包括一个转向转子5的边缘13，14。
转子5包括磁体15，后者包括永久磁铁18，其磁化方向为切线方向(垂直于转子的半径)并彼此用薄钢板叠层组成的齿19隔开，允许把磁铁18所产生的磁通引导和发送到气隙6。
转子5还包括两个环形端盖21，22，位于磁体15的两侧，每一个都有一个圆周部分，与定子圆环11的径向端部边缘13和14一起规定磁通返回的气隙。端盖21和22交替地连接至齿19，每个齿都包括转向端盖21的一端和转向端盖22的一端。
于是，这样的一个安排允许激励线圈9，10用一个磁通的建立来调制磁铁18的磁通，所谓双激励磁通，它沿着路径24和25循环，沿着这些路径它穿过定子的圆环11、径向端部的边缘13，14、转子叠片19的端盖21，22，首先沿着轴向，沿着电机的有效长度D，接着沿着径向，接着通过定子的磁芯7，以便与圆环11形成环状。
既然激励线圈9，10呈环形，而且转子5用叠层材料实现，从双激励磁通看的磁阻大，有损电机1的效率。为了把这个磁阻减到最小，首先用整体转子代替叠层转子5，但这时造成的铁损非常大。这时，在按照本发明的转子中，把圆周的叠层回路(为了把损失减到最小)和另一个整体(便于磁通通过)相结合。
但是，在切向磁化的转子的情况下，本发明的运行困难，特别是因为机械稳定性的缘故，实现起来复杂，或者所获得的改善磁通循环的增益非常弱。
人们同样知道径向磁铁的双激励电机，正如在MIZUNO的专利-5682073中描述的，利用定位于定子介质中的单一激励线圈。在这种情况下，像在本发明中一样，可能实现叠层和整体转子。但是，若按照MIZUNO专利的转子与按照申请书FR-2846483的定子结合，所获得的电机不能正确地运行，因为磁短路，有损磁通在该电机中的正确循环。
发明内容
本发明提出一种电机结构，它同时允许有利于磁通沿着电机长度D的循环，又把转子圆周产生的铁损减到最小。
为此，在本发明中，转子特别由整体磁性材料制的中央部分和位于整块部分圆周上的叠层材料环形部分形成。该转子还包括永久磁铁，其磁化取向相对于转子轴为径向，并且这样地彼此隔开，使得由激励线圈所产生的双激励磁通可以通过转子的端盖进入转子并通过磁铁之间的间隙再出来，或者相反。
因而，本发明涉及一种单极型双激励旋转电机，其特征在于，它包括：
●定子，包括中央磁芯和两个位于所述磁芯两侧的激励线圈，产生双激励磁通；
●转子，包括
●整块的中央部分，具有各向同性的磁特性，以便有利于双激励磁通沿着转子轴循环；
●叠层材料制的环形部分，围绕整块的中央部分安装，和
●永久磁铁，其磁化取向相对于转子轴为径向，这些磁铁具有同一极性，两个相继的磁铁之间用磁隙隔开，以便允许双激励磁通在这些磁铁之间在该转子中循环。
按照一个实例，每个永久磁铁基本上占据极距的一半。
按照一个实例，该永久磁铁安装在转子的圆周上，以便使双激励磁通在整块的中央部分中的通过截面达到最大。
按照一个实例，该永久磁铁嵌入该环形部分内部。
按照一个实例，该永久磁铁固定在环形部分的圆周上。
按照一个实例，该磁铁的取向相对于转子轴为几何纵向。
按照一个实例，该永久磁铁每一个都由一套呈U型的磁铁形成。
按照一个实例，该定子还包括定子线圈，缠绕在环形的磁芯上，而且至少还包括一个与环形磁芯的外表面接触的磁性圆环，所述磁性圆环每一端都包括径向端部边缘。
按照一个实例，该转子还包括两个磁性材料制的环形端盖，设置在中央部分的两侧，而且同轴地沿着转子轴延伸，这些端盖中的每一个都包括一个径向圆周部分，与径向端部边缘一起规定磁通返回的气隙。
附图说明
同时参照附图阅读以下的描述，可以更好地理解本发明。这些附图只是作为举例说明给出的，但对本发明决非限制性的。附图中：
图1(已经描述)：按照先有技术的双激励电机部分截除的透视图；
图2(已经描述)：图1电机的透视图，其中转子的端盖已经撤除，以便露出转子磁芯叠片的方向；
图3：按照本发明双激励单极型电机部分截除的透视图；
图4：图3电机的透视图，部分截除以便露出由定子激励线圈产生的双激励磁通；
图5：按照图3和4电机的磁通在激励线圈电流不同供电值下，随着电角度而变化的图形描述；而
图6：转子永久磁铁定位方案的示意描绘。
具体实施方式
相同的要素在不同的附图中保持同一引用号。
图3和4呈现按照本发明的双激励单极型旋转电机1.1，包括定子29和具有轴33的转子31，该定子29和转子31彼此被有效气隙34隔开。
该定子29包括叠层的薄磁钢板制成的环形磁芯35，其两侧设置环形的激励线圈38，39。在这些激励线圈38，39中电流向相反的方向循环流动。
定子线圈41，被激励线圈38，39包围，按照传统缠绕在磁芯35上，为此，它有一个形成齿42的内表面。
一套磁芯35和线圈38，39，41位于外部磁性圆环44中，后者与磁芯35的外表面接触。这个整块圆环44包括转向该转子31的端部侧边缘45，46。
转子31包括整体磁性材料制成的两个环形端盖48，49，沿着轴33同轴设置。这些端盖48，49每一个都有轴向圆周部分，与圆环44的轴向端部边缘45和46规定磁通返回的气隙。
整体(非叠层的)磁性材料制的中央部分51安排在所述端盖48，49之间，并同轴地沿着转子31的轴33延伸。由于其整体特性，中央部分51具有各向同性的磁特性，这允许有利于磁通沿着转子轴33循环。部分51在其中心具有一个开孔，用来接纳安装转子31的轴(未示出)。
转子31还包括允许限制铁损的叠层磁性材料制的环形部分53。这个环形部分53围绕部分51安装，该部分53的叠层的薄钢板53.1最好相对于转子轴33径向取向。在一个实施例中，转子31具有约125mm的半径Re；环形部分53具有约16mm的厚度a、约100mm的电机1的总长度L。
具有同一极性的永久磁铁54产生一个相对于安装在转子31内部的转子轴的径向磁场。在这里，磁铁54在几何上沿着电机1.1的延伸方向伸展，并产生磁场用箭头55表示的从转子31外部走向转子31中心的磁场。在一个方案中，这些磁铁54的磁场方向相反，从转子31中心指向转子31外部，如图6a所示。
磁铁54安装在转子31的圆周上，以便使双激励磁通在整块的中央部分51中的通过截面积达到最大。在这里，磁铁54嵌入为此配备凹槽的环形部分53内。这些磁铁54彼此用磁隙隔开，允许双激励磁通在磁铁54之间在转子31的内部循环。所谓磁隙指的是例如由实心的磁性材料，和/或像这里一样由叠层的磁性材料构成的良导磁空间。
每个磁铁54最好基本上占据极距的一半，极距等于转子31的圆周长除以电极对数p。于是，如图6a所示，两个磁铁54之间的自由角间距α1依次基本上等于磁铁54占据的角间距α2，这些角度α1和α2等于转子31半径Re和数字π的乘积除以电机1.1的电极对数p。
在一个方案中，该磁铁54例如，通过黏附固定在环形部分53的圆周上。在一个方案中，磁铁54安装在安排于环形部分53圆周上的凹陷中。
在一个方案中，如图6b所示，该磁铁54用每一个均呈U型的一套永久磁铁54.1-54.3代替，这一套磁铁中每一个的合成磁场均相对于轴33呈径向，该磁场的方向从转子31的中心指向转子31的外部，或者从外部指向转子31的中心。呈U型具有增大由磁铁54产生的磁通的优点；但是这个磁通的增大是在损害为整块部分51保留的空间(因而损害由双激励线圈38，39产生的磁通循环)的情况下获得的。
正如在图4上所显示的，当电机1.1运行时，该双激励线圈38所产生的磁通沿着第一磁回路56循环，沿着该磁回路该磁通穿过圆环44、磁芯35、有效气隙34、磁铁54之间的环形部分53、中央部分51、端盖48、为在圆环44形成环形而设置的边缘45，磁通在该回路56内部的方向用箭头56.1表示。
该激励线圈39所产生的磁通沿着第二磁回路58循环，沿着该磁回路，磁通穿过圆环44、磁芯35、有效气隙34、磁铁54之间的环形部分53、中央部分51、端盖49、为在圆环44上形成环状而设置的边缘46，在该磁回路58的内部，磁通的方向用箭头58.1标示。
其导磁率接近1(这事实上是一个等价于气隙的要素)的永久磁铁54的存在，阻止双激励磁通作用在安置磁铁54的电极上。
图5表示该电机1.1上可观察到的用毫韦伯(mWb)表示的总磁通随着以度表示的电角度θ的变化。曲线60表示没有双激励磁通时永久磁铁54产生交变的磁通。
激励线圈38，39在一个方向或另一个方向上供电时，使电机1.1单个电极下的磁通值变化。于是，当线圈38，39产生一个磁通，加到永久磁铁54的磁通上时(超磁通(surfluxage))，人们获得曲线62，然而当该线圈产生扣除永久磁铁54的欠磁通(defluxage)时，人们获得曲线64。

Claims (9)

1.双激励单极型旋转电机(1.1)，其特征在于，它包括：
●定子(29)，包括中央磁芯(35)和位于产生双激励磁通的所述磁芯(35)两侧的两个激励线圈(38，39)；
●转子(31)，包括：
●整块的中央部分(51)，具有各向同性磁特性，以便于双激励磁通沿着转子(31)的轴(33)循环；
●叠层材料制的环形部分(53)，围绕整块的中央部分(51)安装；和
●永久磁铁(54)，其磁化取向相对于转子(31)的轴(33)呈径向，这些磁铁(54)具有同一极性，两个相继的磁铁(54)在它们之间用磁隙隔开，以便允许双激励磁通在该磁铁(54)之间在转子(31)中循环。
2.按照权利要求1的电机，其特征在于，每个永久磁铁(54)基本上占据极距的一半。
3.按照权利要求1或2的电机，其特征在于，该永久磁铁(54)安装在转子(31)的圆周上，以便使双激励磁通在整块的中央部分(51)中的通过截面积达到最大。
4.按照权利要求1至3中一项的电机，其特征在于，该永久磁铁(54)嵌入环形部分(53)的内部。
5.按照权利要求1至3中一项的电机，其特征在于，该永久磁铁(54)固定在环形部分(53)的圆周上。
6.按照权利要求1至5中一项的电机，其特征在于，该磁铁(54)的取向在几何上相对于转子(31)的轴(33)为纵向。
7.按照权利要求1至5中一项的电机，其特征在于，每个永久磁铁(54)都由一套呈U形的磁铁(54.1-54.3)形成。
8.按照权利要求1至7中一项的电机，其特征在于，定子(29)还包括定子线圈(41)，缠绕在环形磁芯(35)上；和至少一个与环形磁芯(35)的外表面接触的磁性圆环(44)，所述磁性圆环(44)每一端都包括径向端部边缘(45，46)。
9.按照权利要求8的电机，其特征在于，该转子(31)还包括两个磁性材料制的环形端盖(48，49)，设置在中央部分(51)的两侧，而且同轴地沿着转子(31)的轴(33)延伸，这些端盖(48，49)中的每一个都包括一个轴向圆周部分，与圆环(44)的径向端部边缘(45，46)一起规定磁通返回的气隙。
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