CN102315746B - 混合励磁短磁路变磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合励磁短磁路变磁阻电机及其定、转子结构，其中定子包括多个的H型定子段及安装在各个H型定子段p1处的第一永磁体；励磁绕组嵌入于各个H型定子段的两个槽中；机座部分内圆面t具有以预定间隔theta角度分布的机座模块；其转子包括转子体、安装在转字体上的多个环形体转子段和第二永磁体，该第二永磁体安装于环形体转子段沿径向的侧面中，环形体转子段沿周向两侧面中设有开口凹槽。本发明可增大变磁阻电机旋转力，提高能量密度，减小扭矩波动以及振动与噪声水平，性能稳定，在同等输出扭矩要求下，其尺寸更小。

Description

混合励磁短磁路变磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种混合励磁短磁路变磁阻电机，属于电驱动领域。

背景技术

变磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它由于结构简单坚固、调速范围宽、性能优异、以及高效率和高可靠性而受到广泛的关注。

普遍变磁阻电机包括一个安装在机座内的定子和一个相对于定子旋转的转子，定子和转子上具有按照一定间隔距的突出磁极，定子和转子的磁极数以一定的规律相对放置。当转子试图旋转到使磁路磁阻最小化的位置或定子绕组电感最大化的位置时，产生磁阻性转矩，转子上午绕组也无永磁体，定子磁极上固定有励磁绕组，为了曾大输出扭矩，就需要有更大的励磁电流，更多的绕组线匝，这限制了电机能量密度的提高；另外，普遍变磁阻电机由于其双凸极的磁极结构导致过大振动与噪声水平，这限制了普遍变磁阻电机的推广及应用。

而为提高开关变磁阻电机的体积能量比，中国发明专利：混合励磁分块式定、转子开关磁阻电机(专利申请号：200910263110.6)和混合励磁分块定、转子开关磁阻电机(专利申请号：201010102546.X)都采用混合励磁的方式，以获得更大的能量密度比，解决了普遍变磁阻电机能量密度低的问题；然而，其中在专利号为200910263110.6中提供的方案导致励磁绕组铜利用率低，而在专利号为201010102546.X中提供的方案是把绕组绕制于分块定子段轭上，这不便于安装，而且处于定子段外的励磁绕组部分周围处于空气中，散热困难，两种专利都采用扇形转子段，未能改善振动与噪声水平；此外两种方案中，永磁体处于定子段的槽口，散热困难，从而导致降低永磁体的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种混合励磁短磁路变磁阻电机及其定、转子结构，以提高旋转力及能量密度、减小扭矩波动及振动和噪声水平、方便安装和降低制造成本。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种混合励磁短磁路变磁阻电机，包括定子、转子和励磁绕组以及机座，其中所述的定子包括多个H型定子段及放置在各个H型定子段p1处的第一永磁体，各个第一永磁体极性沿周向相反，H型定子段靠近气隙的p2处两侧为极靴；励磁绕组嵌入于各个H型定子段的两个槽中；

机座的内圆面t上具有以一定间隔Theta角度分布的机座模块(2-1)；两模块之间形成一个机座槽(2-2)，定子安装于机座模块(2-1)形成的机座槽(2-2)中固定；

转子包括转子体、安装在转字体上的多个环形体转子段和第二永磁体，该第二永磁体安装于环形体转子段径向侧面中，环形体转子段沿周向两侧s1和s2面处开有凹槽；环形体转子段通过所述的两个凹槽固定于转子体(5)上形成转子，并因此而有效地降低输出扭矩波动。

当空载时，定子的第一永磁体和转子的第二永磁体产生的磁场分别通过H型定子段中间轭部和环形体转子段形成回路，不产生工作力；当负载时，励磁绕组通电，产生电磁通，与第一永磁体产生的磁通并联通过环形体转子段形成回路，进而产生输出扭矩。

其中，H型定子段中间轭部(3-3)缠绕有励磁绕组。

其中，各个H型定子段靠近气隙的槽口p2处安装固定有由抗磁性材料制成的阻磁块。

其中，H型定子段及环形体转子段均可由软磁材料冲片叠压而成。

其中，转子体和机座可采用抗磁性材料制成。

一种混合励磁短磁路变磁阻电机的转子结构，其包括：

转子体；

安装于转子体上的多个环形体转子段和第二永磁体，该第二永磁体安装于环形体转子段的径向侧面中，在环形体转子段沿周向的两侧面中开有凹槽，环形体转子段通过所述的两个凹槽固定于转子体上，从而形成转子，并由此有效地降低扭矩波动。

其中，环形体转子段可由软磁材料制成的冲片叠压而成。

其中，转子体可采用抗磁性材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明混合励磁短磁路变磁阻电机，其定子包括多个H型定子段及放置在各个H型定子段p1处的第一永磁体，各个永磁体极性沿周向相反，H型定子段靠近气隙的p2处安装有阻磁块，励磁绕组嵌入于各个H型定子段的两个槽中；其转子包括转子体、安装在转字体上的多个环形体转子段和安装于环形体转子段径向方向侧面中的第二永磁体，环形体转子段沿周向两侧s1、s2面开有凹槽，固定环形体转子段于转子体上，同时降低输出扭矩波动；当空载时，定子部分的永磁体产生的磁通经过H型定子段中间轭部(3-3)形成闭合回路，转子部分的第二永磁体产生的磁场通过环形体转子段形成回路，不产生工作力；当负载时，励磁绕组通电，产生电磁通，与第一永磁体产生的磁通并联通过环形体转子段形成回路；当转子上有永磁体时，永磁磁通通过环形体转子段，破坏环形体转子段上固有的第二永磁体的闭合回路，一部分与环形体转子段上的第二永磁体产生的磁通形成闭合回路，同时产生旋转力，增大旋转力的同时也有利于减小径向力和旋转力的波动，且转子上的第二永磁体结构使得转子磁路磁阻具有“柔性变化”的特征，与传统转子相比，其有利于减少扭矩波动和振动与噪声水平，另外，第一永磁体在H型定子段p1处，容易安装，易于散热，且磁路铁损低，实际中，只有H型定子段中间轭部(3-3)存在由于磁通方向变化而带来的铁损，同时各相励磁线圈固定于各个H型定子段中间轭部(3-3)上，两边分别嵌入于H型定子段的两个槽中，槽满率高，线圈易于散热，漏磁减少，因此拥有更大的能量密度，更小的振动噪声，而且与现有技术的电机相比，在同等输出扭矩要求下，本发明拥有更高的能量密度，更小的体积，性能更加稳定，且安装简单，制造成本低。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例的8／6变磁阻电机结构示意图；

图2A是根据本发明第一具体实施例变磁阻电机的H型定子段结构示意图；

图2B是根据本发明第一具体实施例变磁阻电机的环形转子段结构示意图；

图3是根据本发明第一具体实施例的8／6变磁阻电机机座内部结构示意图；

图4是本发明第二具体实施例的转子磁通调制型8／6变磁阻电机结构示意图；

具体实施方式

本发明核心在于对磁路重新进行规划，提出一种H型定子结构，以延长永磁体的使用寿命及减少铁损，从而提高能量密度；与普遍电机技术特点相同，本发明的混合励磁短磁路变磁阻电机(1)也包括有机座(2)、定子部分、转子部分和励磁绕组，但关键地，本发明中定子部分包括多个H型定子段(3)及放置在各个定子段p1处的第一永磁体(4)，各个定子段上的永磁体极性相反，各相励磁绕组(A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2)嵌入于各个定子段(3)的定子槽中。

转子部分包括转子体(5)、环形体转子段(8)和第二永磁体4(2)，环形体转子段为一个沿周向两侧面s1、s2开有凹槽的环形体，第二永磁体放置于环形体转子段(8)底面s3。

机座2的内圆面t具有以一定间隔角度Theta的模块(2-1)，各个模块之间形成了一个槽(2-2).

这样，H型定子段组件安装固定于机座的槽中，H型定子段组件的p1处及永磁体紧贴机座的内圆面t，而H型定子段组件的p2处的极靴与环形体转子段之间的间隙相位气隙；由于第一永磁体4(1)靠近机座(2)内圆t，散热好；并且当空载时，定子部分的第一永磁体和转子部分的第二永磁体产生的磁场分别通过定子段轭部(3-3)和环形体转子段形成回路，不产生工作力；而当负载时，励磁绕组通电，产生电磁通，与第一永磁体产生的磁通形成并联磁通通过环形体转子段形成回路，在空载与负载工况转换的过程中，实际上只有定子轭(3-3)上存在磁通变化而产生的铁损；励磁绕组绕制于定子轭(3-3)上，嵌入于定子段的两个槽中，槽满率高；由H型定子铁心、永磁体、阻磁块、绕组组成的定子段组件安装固定于机座内槽(2-2)中，而环形体转子段通过沿周向两侧面s1、s2中的凹槽固定于转子体上，因此本发明电机容易安装并制造成本低，损耗小，效率高，性能稳定，能够广泛应用于电动汽车等电驱动系统，适于大量生产。下面以优选实施例进行说明。

参考图1，为本发明的第一具体实施例四相8／6结构混合励磁短磁路变磁阻电机(1)，四相励磁线圈为：A1-A2，B1-B2，C1-C2，D1-D2，该变磁阻电机(1)具体包括四相励磁绕组、H型定子段(3)、极靴(3-1、3-2)、定子轭(3-3)、永磁体(4)(为定子部分的第一永磁体和转子部分的第二永磁体)、阻磁块(7)、环形体转子段(8)、转子体(5)、机座(2)及机座内圆突出模块(2-1)、轴心(6)；环形体转子段(8)通过s1、s2上的凹槽与转子体固定形成转子部分。

参考图2A，为本实施例的定子结构示意图，其有两个开口处，分别为p1和p2，p1处安装永磁体，p2处两侧有一对极靴(3-1、3-2)，并安装有阻磁块(7)，中间为定子轭(3-3)。

参考图2B，为本实施例的转子段结构示意图，其上平面和下底面分别为s4、s3，两侧面分别为s1、s2。而s1和s2上有两个凹槽，目的为固定环形体转子段于转子体上形成转子部分，此外也为减少输出扭矩的波动水平。

参考图3，为本实施例的机座结构示意图，其内圆面t上具有以一定间隔角度Theta的模块(2-1)，各模块之间为机座凹槽(2-2)，定子段组件安装固定于机座凹槽(2-2)中，

需要说明的，本实施例中定子部分的永磁体(4)放置在H型定子段(3)的p1开口处，而p2开口处两侧有一对极靴(3-1、3-2)；励磁绕组绕制于定子轭(3-3)上，两部分分别嵌入于H型定子段的两个槽中，这样当空载时，永磁体的磁通通过定子轭(3-3)形成闭合回路，当负载时，励磁绕组通电，定子轭上由于电磁通而磁阻增加，于是电磁通与永磁通形成并联的磁通通过转子段相乘闭合回路。环形体转子段(8)的两侧面s2、s1中的凹槽(8-1、8-2)，既有固定环形体转子段和转子体于一体的作用，也降低输出扭矩波动的水平。

参考图4，为本发明的第二具体实施例转子磁路调制型的8／6结构混合励磁短磁路变磁阻电机(1)，其结构与第一具体实施例基本相同，所不同的是，本实施例中具有两个永磁体，第一永磁体为定子段组件中的永磁体4(1)，而第二永磁体为转子段组件中的永磁体4(2)，第二永磁体4(2)使得环形体转子段的磁路磁阻具有柔性的特征，有利于减少输出扭矩波动，以及振动和噪声水平，提高电机能量体积比，减少电机的尺寸。

另外，还需要说明的，本发明同样可应用其他形式的变磁阻电机，例如其他6／4、12／10、12／8等结构，应用本发明的内外转子变磁阻电机实施方式均与以上的8／6结构变磁阻电机类似，这里不再赘述。

虽然本发明的较佳实施例已揭露如上，本发明并不受限于上述实施例，任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的改动与调整。

Claims (7)

1.一种混合励磁短磁路变磁阻电机，包括有机座、定子、转子和励磁绕组，其特征在于，所述定子包括多个定子段和安装于各个定子段远离气隙槽口处的第一永磁体以及定子段靠近气隙槽口处的阻磁块；所述的定子段为H型定子段；其中，所述的第一永磁体沿圆周方向充磁，且相邻的定子段中的第一永磁体极性相反；所述的励磁绕组嵌入于各个H型定子段的两个定子槽中；定子安装于机座模块形成的机座槽中固定；转子包括转子体以及安装固定在转子体内的多个环形体转子段和第二永磁体；其中，所述的第二永磁体内嵌于环形体转子段中，以这样的方式安装，即，使得第二永磁体的磁通经环形体转子段短路，其短路磁通方向和第一永磁体磁通方向相同；所述的H型定子段由软磁材料制成的冲片叠压而成，环形体转子段由软磁材料冲片叠压而成。

2.根据权利要求1所述的变磁阻电机，其特征在于，各个H型定子段靠近气隙槽口处为两个极靴，两个极靴之间安装有由抗磁性材料制成的阻磁块。

3.根据权利要求1所述的变磁阻电机，其特征在于，励磁绕组绕制于H型定子段中间轭部上。

4.根据权利要求1所述的变磁阻电机，其特征在于，环形体转子段沿圆周方向两侧面上开有两个凹槽，环形体转子段通过所述的两个凹槽固定于转子体上。

5.根据权利要求1所述的变磁阻电机，其特征在于，转子体采用抗磁性材料制成。

6.根据权利要求1所述的变磁阻电机，其特征在于，机座内圆面(t)上具有以一定间隔Theta角度分布的模块，各个模块之间形成了机座槽。

7.根据权利要求6所述的变磁阻电机，其特征在于，机座采用抗磁性材料制成。

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