CN103346638A - 一种盘式电机 - Google Patents

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明明
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Abstract

一种盘式电机,包括电机壳体(1),定子铁芯(2),定子绕组(4),永磁转子(3),永磁体(10),转子轴(5),左侧轴承(6)和右侧轴承(7);转子轴(5)的左右两侧有左侧挡环(8)和右侧挡环(9),且与转子轴(5)刚性连接在一起;永磁转子(3)有内螺纹,转子轴(5)有外螺纹与永磁转子(3)的内螺纹相配合,永磁转子(3)可以在转子轴(5)上通过螺纹旋转实现左右轴向移动,移动范围在左侧挡环(8)和右侧挡环(9)之间。永磁转子(3)在转子轴(5)上不同的位置,电机具有不同的有效气隙长度和输出特性,满足不同的需求。

Description

一种盘式电机
技术领域
[0001] 本发明涉及ー种电机,特别涉及ー种有效气隙和电机特性随工作模式不同而变化的电机。
背景技术
[0002] 在很多场合,电机在电动和发电状态的需求不同,以起动发电机为例,起动发电机技术取代了传统的起动机、发电机。在起动发动机时作电动机用,发动机高于点火速后,发动机能自行工作,电机则由电动机状态转为发电状态,作发电机用,实现了内燃机起动及发电机的功能。而起动发电机存在的问题在于电动模式起动发动机时需要电机输出低速大转矩,但在发动机高速运行进行发电时,需要很高的速度和很小的转矩。两种エ况需要统ー在一个电机中,因此通常起动发电机系统的弱磁倍率很高,常常超过10,以致难以实现全范围的高效运行,同时弱磁控制也十分困难。为了解决这个问题,很多厂家采用混合励磁电机,通过调节励磁实现全速范围内的高效运行,但是大多混合励磁电机需要电刷提供励磁电流,电机的可靠性和维护性较差。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有起动发电机调速范围宽,设计控制困难的问题,同时提高电机全速范围内的系统效率,提出ー种新型的盘式电机。
[0004] 本发明的盘式电机包括电机壳体,定子铁芯,定子绕组,永磁转子,永磁体,转子轴,左侧轴承和右侧轴承,定子绕组嵌在定子铁芯的定子槽中;永磁体固定在永磁转子上且与定子铁芯相対。转子轴通过左侧轴承和右侧轴承支撑在电机壳体上。转子轴的左右两侧有左侧挡环和右侧挡环,且左侧挡环和右侧挡环与转子轴刚性连接在一起;永磁转子有内螺纹,转子轴有外螺纹,且转子轴的外螺纹与永磁转子的内螺纹相配合,使永磁转子可以在转子轴上通过螺纹旋转实现轴向左右移动,永磁转子在转子轴上的移动范围在左侧挡环和右侧挡环之间。
[0005] 盘式电机作为轴向磁通电机,磁场在气隙中轴向分布。电机的气隙定义为定子铁芯表面与转子铁芯表面在轴向的距离,定转子的磁场穿过气隙相互作用,从而实现能量的转换。对于盘式电机,电机的转矩和功率随着有效气隙长度的增大而减小,电机的永磁反电势随着有效长度的增大而减小。
[0006] 当本发明所述的电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转井向左移动,直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向的距离,即电机有效气隙长度LI最小;当所述的电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转井向右移动,直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向的距离,即电机有效气隙长度L2最大;有限气隙长度LI和L2可根据实际的需求进行设计调整。因此所述电机的永磁转子在转子轴的不同位置,电机的有效气隙长度不同,则电机具有不同输出特性,满足不同的需求。
[0007] 本发明的工作原理和工作过程描述如下:[0008] 定义转子轴右侧为螺纹头,左侧为螺纹底;定义电机正方向为从右侧看顺时针旋转方向。
[0009] 假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是右旋螺纹时,即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部。当本发明所述的盘式电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子在转子轴上轴向向左移动,直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合,永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。当所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合,转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小。
[0010] 假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是右旋螺纹时,即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部。当本发明所述的盘式电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子在转子轴上轴向向右移动,直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合,永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小。当所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合,转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。
[0011] 假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是左旋螺纹时,即从螺纹头看逆时针旋转会旋入螺纹底部。当所述的电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子在转子轴上轴向向右移动,直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合,永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小。当所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合,转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。
[0012] 假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是左旋螺纹时,即从螺纹头看逆时针旋转会旋入螺纹底部。当所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是左旋螺纹时,所述的电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子在转子轴上轴向向左移动,直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合,永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。当所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合,转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上,此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小。[0013] 通过上述分析可见,电机永磁转子和转子轴的螺纹是右旋螺纹时,本发明的电机在正向旋转的电动状态和反向旋转的发电状态时,电机输出的转矩最大,永磁反电势最大;在正向旋转的发电状态和反向旋转的电动状态时,电机输出的转矩最小,永磁反电势最小。
[0014] 同理,电机永磁转子和转子轴的螺纹是左旋螺纹时,本发明的电机在正向旋转的电动状态和反向旋转的发电状态时,电机输出的转矩最小,永磁反电势最小;在正向旋转的发电状态和反向旋转的电动状态时,电机输出的转矩最大,永磁反电势最大。
[0015] 由此可见,本发明提出的电机具有如下明显的技术优势:
[0016] 1.电机结构简单,成本低;
[0017] 2.电机特性根据工作状态自动调整,无需人为控制,降低了控制难度;
[0018] 3.电机需要输出的大转矩时,只需设计使此エ况下永磁转子向左移动;电机需要高速运行时,只需设计使此エ况下永磁转子向右移动,永磁反电势减小,弱磁倍率降低。解决了低速大转矩和宽调速范围的矛盾,且全速范围内具有较高的效率。
附图说明
[0019] 图1是本发明电机的永磁转子与转子轴为右旋螺纹的实施例1,图中:1电机壳体,2定子铁芯,3永磁转子,4定子绕组,5转子轴,6左侧轴承,7右侧轴承,8左侧挡环,9右侧挡环,10永磁体;
[0020] 图2是本发明电机的第一种工作状态,此时电机的有效气隙长度为LI的示意图;
[0021] 图3是本发明电机的第二种工作状态,此时电机的有效气隙长度为L2的示意图;
[0022] 图4是本发明电机的永磁转子与转子轴为左旋螺纹的实施例2。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图和具体实施方式进ー步说明本发明。
[0024] 如图1所示,本发明盘式电机包括电机壳体I,定子铁芯2,定子绕组4,永磁转子3,永磁体10,转子轴5,左侧轴承6和右侧轴承7。定子绕组4嵌在定子铁芯2的定子槽中;永磁体10固定在永磁转子3上且与定子铁芯2相对。转子轴5通过左侧轴承6和右侧轴承7支撑在电机壳体I上。转子轴5的左侧安装有左侧挡环8,转子轴5的右侧安装有右侧挡环9,且左侧挡环8和右侧挡环9与转子轴5刚性连接在一起。永磁转子3有内螺纹,转子轴5有外螺纹,且转子轴5的外螺纹与永磁转子3的内螺纹相配合,永磁转子3可以在转子轴5上通过螺纹旋转实现轴向左右移动,移动范围在左侧挡环8和右侧挡环9之间。
[0025] 如图2所示,当本发明所述的盘式电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转并向左移动,直到永磁转子3左侧与左侧挡环8贴合,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向的距离,即电机有效气隙长度为LI。如图3所示,当本发明所述的盘式电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转并向右移动,直到永磁转子3右侧与右侧挡环9贴合,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向的距离,即电机有效气隙长度为L2 ;L1和L2可根据实际的需求进行设计调整且LI不等于L2,即永磁转子3在转子轴5的不同位置,电机的有效气隙长度不同,则电机具有不同输出特性,满足不同的需求。
[0026] 定义转子轴5右侧为螺纹头,电机从右侧看顺时针旋转为电机正方向。
[0027] 如图2所示,本发明的电机永磁转子3和转子轴5的螺纹是右旋螺纹吋,即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部,当本发明所述的电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子3受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子3在转子轴5上轴向向左移动,直到永磁转子3左侧与左侧挡环8贴合,永磁转子3作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴5上输出,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离短,有效气隙长度最小,输出的转矩最大,永磁反电势最大;如图3所示,当本发明所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴5受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子3右侧与右侧挡环9贴合,转子轴5作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子3上,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出转矩最小,永磁反电势最小。
[0028] 如图3所示,本发明的电机永磁转子3和转子轴5的螺纹是右旋螺纹吋,即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部,当本发明所述的电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子3受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子3在转子轴5上轴向向右移动,直到永磁转子3右侧与右侧挡环9贴合,永磁转子3作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴5上输出,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出转矩最小,永磁反电势最小;如图2所示,当本发明所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴5受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子3左侧与左侧挡环8贴合,转子轴5作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子3上,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出的转矩最大,永磁反电势最大。
[0029] 如图4所示,本发明的电机永磁转子3和转子轴5的螺纹是左旋螺纹吋,即从螺纹头看逆时针旋转会旋入螺纹底部,当所述的电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子3受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子3在转子轴5上轴向向右移动,直到永磁转子3右侧与右侧挡环9贴合,永磁转子3作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴5上输出,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小;当所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴5受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子3左侧与左侧挡环8贴合,转子轴5作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子3上,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。
[0030] 如图4所示,本发明的电机永磁转子3和转子轴5的螺纹是左旋螺纹吋,即从螺纹头看逆时针旋转会旋入螺纹底部,当所述的电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子3受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子3在转子轴5上轴向向左移动,直到永磁转子3左侧与左侧挡环8贴合,永磁转子3作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴5上输出,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大;当所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴5受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子3在转子轴5上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子3右侧与右侧挡环9贴合,转子轴5作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子3上,此时的电机永磁转子3与定子铁芯2在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小。

Claims (6)

1.ー种盘式电机,其特征在于:所述的电机包括电机壳体(I)、定子铁芯(2)、定子绕组(4 )、永磁转子(3 )、永磁体(10 )、转子轴(5 )、左侧轴承(6 )和右侧轴承(7 );定子绕组(4 )嵌在定子铁芯(2)的定子槽中;永磁体(10)固定在永磁转子(3)上且与定子铁芯(2)相对;转子轴(5)通过左侧轴承(6)和右侧轴承(7)支撑在电机壳体(I)上;转子轴(5)的左侧安装有左侧挡环(8 ),转子轴(5 )的右侧安装有右侧挡环(9 ),左侧挡环(8 )和右侧挡环(9 )与转子轴(5)刚性连接;永磁转子(3)有内螺纹,转子轴(5)有外螺纹,转子轴(5)的外螺纹与永磁转子(3)的内螺纹相配合,使永磁转子(3)能够在转子轴(5)上通过螺纹旋转实现轴向左右移动,永磁转子(3)在转子轴(5)上的移动范围在左侧挡环(8)和右侧挡环(9)之间。
2.按照权利要求1所述的盘式电机,其特征在于:当所述的电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转井向左移动,直到永磁转子(3)左侧与左侧挡环(8)贴合,此时的电机永磁转子(3 )与定子铁芯(2 )在轴向的距离,即电机有效气隙长度最小;当所述的电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转井向右移动,直到永磁转子(3)右侧与右侧挡环(9)贴合,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向的距离,即电机有效气隙长度最大;所述电机的永磁转子(3)在转子轴(5)的不同位置,电机的有效气隙长度不同,则电机具有不同输出特性,满足不同的需求。
3.按照权利要求1或2所述的盘式电机,其特征在于:定义所述的转子轴(5)右侧为螺纹头,电机从右侧看顺时针旋转为电机正方向,当所述的电机永磁转子(3)和转子轴(5)的螺纹是右旋螺纹时,所述的电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子(3)受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子(3)在转子轴(5)上轴向向左移动,直到永磁转子(3)左侧与左侧挡环(8)贴合,永磁转子(3)作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴(5)上输出,此时的电机永磁转子(3 )与定子铁芯(2 )在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大;当所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴(5)受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子(3)右侧与右侧挡环(9)贴合,转子轴(5)作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子(3)上,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最长,有效气长度隙最大,输出的转矩最小,永磁反 电势最小。
4.按照权利要求1或2所述的盘式电机,其特征在于:定义所述的转子轴(5)右侧为螺纹头,电机从右侧看顺时针旋转为电机正方向,当所述的电机永磁转子(3 )和转子轴(5 )的螺纹是右旋螺纹时,所述的电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子(3)受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子(3 )在转子轴(5 )上轴向向右移动,直到永磁转子(3 )右侧与右侧挡环(9)贴合,永磁转子(3)作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴(5)上输出,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小;当所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴(5)受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子(3)左侧与左侧挡环(8)贴合,转子轴(5)作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子(3)上,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。
5.按照权利要求1或2所述的盘式电机,其特征在于:定义所述的转子轴(5)右侧为螺纹头,电机从右侧看顺时针旋转为电机正方向,当所述的电机永磁转子(3)和转子轴(5)的螺纹是左旋螺纹时,所述的电机处于正向旋转的电动状态时,永磁转子(3)受到电磁转矩而正向旋转,导致永磁转子(3)在转子轴(5)上轴向向右移动,直到永磁转子(3)右侧与右侧挡环(9)贴合,永磁转子(3)作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴(5)上输出,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最小;当所述的电机处于正向旋转的发电状态时,转子轴(5)受到外界转矩而正向旋转,导致电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转而轴向向左移动,直到永磁转子(3)左侧与左侧挡环(8)贴合,转子轴(5)作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子(3)上,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大。
6.按照权利要求1或2所述的盘式电机,其特征在于:定义转子轴(5)右侧为螺纹头,电机从右侧看顺时针旋转为电机正方向,当所述的电机永磁转子(3)和转子轴(5)的螺纹是左旋螺纹时,所述的电机处于反向旋转的电动状态时,永磁转子(3)受到电磁转矩而反向旋转,导致永磁转子(3)在转子轴(5)上轴向向左移动,直到永磁转子(3)左侧与左侧挡环(8)贴合,永磁转子(3)作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴(5)上输出,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最短,有效气隙长度最小,输出转矩最大,永磁反电势最大;当所述的电机处于反向旋转的发电状态时,转子轴(5)受到外界转矩而反向旋转,导致电机永磁转子(3)在转子轴(5)上发生相对旋转而轴向向右移动,直到永磁转子(3)右侧与右侧挡环(9)贴合,转子轴(5)作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子(3)上,此时的电机永磁转子(3)与定子铁芯(2)在轴向距离最长,有效气隙长度最大,输出的转矩最小,永磁反电势最·小。
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