CN103066712A

CN103066712A - 一种新型磁极结构

Info

Publication number: CN103066712A
Application number: CN2012105849608A
Authority: CN
Inventors: 周智庆; 龙庆文; 何嘉颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开一种新型磁极结构，其可降低永磁体涡流损耗、增加励磁永磁体寿命、提高效率及能量密度、提高容错运行和负载能力以及降低扭矩波动；该新型磁极结构包括：磁极铁芯、电枢绕组、永磁体和/或励磁绕组，磁极铁芯为凸极结构，凸极中有一个变磁阻气隙结构，包括调磁气隙段和励磁气隙段，永磁体内嵌于励磁气隙段中，调磁气隙段置空或内置励磁集中绕组。

Description

一种新型磁极结构

技术领域

本发明涉及一种磁极结构，尤其涉及一种新型磁极结构，属于电机制造领域。

背景技术

由于能源危机，通过永磁体励磁代替电励磁实现节能已是大势所趋，世界共识，目前一般的永磁电机，由于永磁体处于转子上，使得其气隙磁场难以调节，这导致了其固有矛盾的产生，即最大转矩和恒功率区的最高转速之间的矛盾，这亦限制其被推广应用。

磁通切换电机是近几年出现的新型电驱动电动机，可交流和带斩波交流运行，是一种新型调速电机，具有调速范围宽，功率密度高等优异特点，且相比较转子永磁型电机更容易散热，使永磁体降低受温度的影响，而且，转子上没有永磁体和线圈绕组，为双凸极结构，因此它的结构简单坚固，系统可靠性高，由于永磁体置于定子，因此气隙磁场易于调节，使得其非常适合于调速和高速运行。

为调节气隙磁场，目前出现的磁通切换型电机采用永磁励磁和电励磁以及混合励磁的技术方案，混合励磁和电励磁都因励磁电流而增加损耗；由于我国稀土永磁材料储量丰富，永磁励磁的电机必将是大势所趋，目前的永磁励磁磁通切换电机，由于励磁永磁体处于交流永磁磁场的磁路中，尽管并联设置，然而会在永磁体内产生较大的涡流损耗，进而影响永磁体的寿命，且由于较大的气息结构，降低了效率，除此，因为励磁永磁体磁场总是经过气隙闭合，这带来了较大的静态扭矩，进而在电机工作时造成明显的扭矩波动，除此，在电机需要高速运行时，其弱磁控制以励磁的损耗为代价，凡此都造成了单独永磁励磁的低效率以及低可靠性和低扭矩输出质量。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种新型磁极结构，其可使采用该磁极结构的电机具有更高的效率、增加励磁永磁体的寿命、消除静态扭矩、增加功率密度和降低输出扭矩波动。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型磁极结构，包括磁极铁芯、永磁体、电枢绕组和励磁绕组；

所述的磁极铁芯（1）为凸极结构，其特征在于，定子凸极中有一个宽度沿凸极方向变化的气隙，分为调磁气隙（2）和励磁气隙（8），调磁气隙和励磁气隙的侧面由直面段（4、4-1，9、9-1，11、11-1）、二次曲面或者两者的组合；所述的调磁气隙置空；

所述的永磁体（5）内置于励磁气隙（8）中，充磁方向垂直于凸极方向；

所述的电枢绕组（A）缠绕于磁极铁芯的凸极上（3，6），其轴线垂直于永磁体磁场方向；

其中，所述的调磁气隙和励磁气隙的两铁芯侧面为直面段或者二次曲面段或者两者的组合。

其中，所述的调磁气隙宽度小于励磁气隙的宽度；

其中，可选地，所述的调磁气隙段内置励磁绕组；

其中，可选地，励磁气隙段中可置空；

其中，所述的调磁气隙段可位于凸极的轭部或者凸极中间；

其中，所述的磁极铁芯由导磁材料制成的冲片叠压而成。

其中，所述的永磁体为铝铁硼或铁氧体等磁钢制成的永磁体。

有意效果：

由本发明磁极结构组成的电机，当电枢绕组通交流电时，磁通方向切换的路径不经过永磁体，而是经过调磁气隙（2），从而消除了电枢绕组交流磁场对永磁体的影响，提高效率，同时大大增加永磁体的使用寿命，从而明显地增加电机的寿命及其可靠性；此外，通过调磁气隙（2）对永磁体磁通磁路的调节，优化了采用本发明磁极结构的电机的静态扭矩，明显地减少了电机输出扭矩波动；亦由于磁路中的磁阻的减小，从而明显地减小了电枢电流损耗。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例的磁极结构示意图；

图2是为现有的磁极结构方案示意图；

图3是本发明的第二具体实施例示意图；

图4是本发明的第三具体实施例示意图。

具体实施方式

本发明核心思想在于利用磁路中磁阻对磁场的作用，利用杠杆原理，进行磁路优化，用最小的激励电磁场破坏永磁体静态磁路，使其进入气隙磁场闭合，从而增大气隙磁通密度，产生更大的扭矩输出，同时降低电机气隙中的静态波动扭矩，同时也利用磁阻效应，把磁通切换路径的交汇点从永磁体上移开，因为永磁体的磁阻相当于空气磁阻。

现在将结合附图，对本发明进一步详细说明，附图中给出了本发明的实例。

参考图1，为本发明一种新型磁极结构的第一具体实施例，图2为现有技术方案，参考图1中，磁极铁芯（1），凸极（3、6），励磁气隙（8）及其组成侧面（9、9-1，11，11-1），调磁气隙（2）及其组成侧面（4、4-1），永磁体（5），移动部分铁芯（7）电枢绕组（A、B）；

参考图1，箭头线即为磁力线，在电枢绕组（A）通激励电流时，磁力线经过调磁气隙（2）、凸极（6）、磁极铁芯（1）和工作气隙以及移动部分铁芯（7）闭合，闭合路径不经过励磁气隙中的永磁体（5）；参考图2，电枢绕组（A1）产生的电磁力线经过铁芯、励磁永磁体、工作气隙闭合，除此，在电枢绕组（B1）中，电流正负交换的过程中，电流很小，因而电励磁磁场很小，而永磁励磁磁通经过工作气隙闭合，这导致了明显的扭矩波动，除此，磁路的不断变化也将在永磁体内产生额外的涡流损耗；参考图1，在本发明一种新型磁极结构的方案中，当电枢绕组（B）中的电流正负交换时，其永磁励磁磁通将通过调磁气隙闭合，故而磁路稳定，且不对移动部分铁芯（7）产生力作用，又由于电枢电流产生的交变磁场不经过励磁永磁体，因此，永磁体内的涡流损耗大大减小，除此，电枢磁场磁路气隙磁阻大大将小，故而降低了电枢电流产生的磁场的磁路损耗，具体实施中，众所周知的缘故，为保证磁极铁芯（1）的完整性，在调磁气隙中设有一段铁磁桥。

参考图3，为本发明的第二具体实施例，磁极铁芯（02）、凸极（s2）、励磁气隙（s2-1）及其组成侧面（18、19，20、21）、调磁气隙（s2-2），电枢绕组（A2），转子（R2）以及转子凸极（R2-1）；

本具体实施例中，凸极和转子凸极均沿圆周以一定的间隙均匀布置，凸极方向向内，转子凸极方向向外，和具体实施例一一样，调磁气隙和励磁气隙位于凸极中，不同的是，调磁气隙位于凸极的中部，因此磁通切换都经过调磁气隙，调磁气隙可调节永磁体磁通作用于转子上的力，从而降低振动和永磁体涡流损耗以及电枢电流损耗。

参考图4，为本发明的第三具体实施例，磁极铁芯（0），凸极（13），励磁气隙（s0-1）及其组成侧面（13、10），调磁气隙（s0-2），电枢绕组（A0），转子（R），转子凸极（R1）；

本具体实施例中，凸极沿沿圆周以一定的间隙均匀布置，凸极方向向内，励磁气隙和调磁气隙处于凸极的中，组成的励磁气隙的侧面为二次曲面，调磁气隙位于磁极铁芯（0）的轭部，其他的同具体实施例一和具体实施例二，此处不再赘述。

另外，还需要说明的，尽管本发明的具体实施例揭露如上所述，但本发明可应用其他形式的磁通切换电机，例如其他外转子以及盘式转子等结构，应用本发明的内外转子以及轴向磁通切换盘式电机实施方式均与以上结构类似，这里不再赘述。

虽然本发明的实施例已揭露如上，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

1.一种新型磁极结构，其特征在于，包括：

磁极铁芯、电枢绕组、永磁体和/或励磁绕组，所述的磁极铁芯为凸极结构，其特征在于，该凸极结构中有一个宽度沿凸极方向变化的气隙，该气隙贯穿整个凸极，该气隙分为励磁气隙和调磁气隙，调磁气隙的宽度比励磁气隙的宽度小，励磁气隙中内置永磁体或者置空，永磁体沿与凸极方向垂直的方向充磁，调磁气隙中置空或者内嵌所述的励磁绕组。

2.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，所述的调磁气隙和励磁气隙的两铁芯侧面为直面段或者二次曲面段或者两者的组合。

3.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，所述的调磁气隙宽度小于励磁气隙的宽度。

4.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，励磁气隙段中内置有永磁体或置空，内置永磁体时，该永磁体可采用整体式结构或者分段结构。

5.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，所述的调磁气隙段可位于轭部或者凸极中间。

6.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，所述的磁极铁芯由导磁材料制成的冲片叠压而成。

7.根据权利要求1所述的新型磁极结构，其特征在于，所述的永磁体为铝铁硼或铁氧体等磁钢制成的永磁体。