CN103390978B - 一种双定子盘式混合励磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双定子盘式混合励磁电机包括两个定子、永磁体、三相集中电枢绕组、单相集中励磁绕组和转子。定子与转子同轴安装，转子放于两个定子之间。永磁体、电枢绕组和电励磁绕组都位于定子，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单。气隙磁场由电励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的永磁磁场共同构成，通过改变电励磁电流实现气隙磁场的调节。结构上保留了盘式磁通切换永磁电机紧凑、简单、适于高速运行的特点，无需额外增加电机体积就可以实现混合励磁功能，保证了该结构电机具有较强的转矩输出能力和较高的功率密度。该电机的轴向尺寸较小，适合应用在严格要求薄型安装，如电动汽车用轮毂驱动电机等场合。

Description

一种双定子盘式混合励磁电机

技术领域

本发明涉及混合励磁电机领域，特别涉及是采用磁通切换结构的盘式混合励磁电机。

背景技术

盘式永磁电机具有轴向长度短，功率密度高、转矩密度大和效率高的优点。但是传统的盘式永磁电机，由于永磁体放置在转子上，为了克服高速运行时的离心力，需要在转子上安装相应的固定装置，引起冷却困难，同时较高的温升可能会导致永磁体发生不可逆退磁，限制电机出力，制约了电机性能的进一步提高。

采用磁通切换结构的盘式电机将永磁体和绕组均置于定子上，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单，易于散热冷却。避免了传统盘式永磁电机的温升问题，提升了电机的可靠性及动态运行性能。其永磁磁链和反电动势都为正弦波。但是，盘式磁通切换型电机中仅有永磁磁势源，由于永磁材料的固有特性，盘式磁通切换型电机运行时的气隙磁场基本保持不变，存在气隙磁场难以调节的问题。作为发电机运行时，其电压调整率较大；作为电动机运行时，其调速范围窄，限制了其在宽调速驱动系统场合的应用。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种双定子盘式混合励磁电机，解决盘式磁通切换永磁电机的气隙磁场难以调节的问题。

技术方案：一种双定子盘式混合励磁电机，包括同轴安装的第一定子、转子、第二定子，所述转子位于所述第一定子和第二定子之间，所述转子分别与所述第一定子和第二定子之间留有气隙；其中：

所述第一定子和第二定子结构相同，并且关于所述转子对称设置；所述第一定子和第二定子分别包括12个U形定子铁心、12块永磁体、12个集中电枢线圈和12个集中励磁线圈；所述U形定子铁心和永磁体交替放置构成定子圆盘，永磁体沿圆周方向交替充磁，相邻永磁体充磁方向相反，第一定子和第二定子上相对称的两个永磁体充磁方向相反；所述每个集中电枢线圈绕在两个相邻U形定子铁心的齿上，所述12个集中电枢线圈分成三相，每四个集中电枢线圈串联构成一相绕组，将第一定子和第二定子上的三相电枢绕组分别顺次串联或并联构成整个电机的A相、B相、C相电枢绕组；所述永磁体外侧具有凹槽，所述12个集中励磁线圈横跨于相邻两块永磁体外侧的凹槽中，每个凹槽中分布有两个线圈，所述12个集中励磁线圈串联构成单相励磁绕组；所述第一定子和第二定子的单相励磁绕组串联或并联构成整个电机的单相电励磁绕组；所述转子包括设置在非导磁圆环上的10个齿，称为10个转子极。

作为本发明的改进，所述永磁体外侧设有导磁桥。

作为本发明的优选方案，所述U形定子铁心采用矩形齿和矩形槽结构，所述永磁体和转子极均采用扇形结构。

有益效果：本发明所提出的一种双定子盘式混合励磁电机，集中了盘式永磁电机和电励磁电机的优点，在定子结构中增加电励磁绕组，通过控制励磁绕组电流方便地调节电机的气隙磁场。同时，本发明电机结构上保留了盘式磁通切换永磁电机结构简单的特点，制造方便；电机的轴向尺寸较小，很适合应用于严格要求薄型安装的场合，例如电动汽车用轮毂驱动电机等；转子上没有永磁体和绕组，可以用于高速运行。另外，电枢绕组与励磁绕组都采用集中绕组，端部较短，铜耗较小。

附图说明

图1是盘式混合励磁电机的三维结构示意图；

图2是盘式混合励磁电机的增磁运行状态的平面展开图；

图3是盘式混合励磁电机的去磁运行状态的平面展开图；

以上的图中有：第一定子1，转子2，第二定子3，永磁体4，定子U形铁芯单元5，集中电枢线圈6，集中励磁线圈7，导磁桥8，转子极9，非导磁圆环10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种双定子盘式混合励磁电机，包括同轴安装的第一定子1、转子2、第二定子3，转子2位于所述第一定子1和第二定子3之间。转子2与第一定子1和形成气隙11，转子2与第二定子3之间形成气隙12。第一定子1、第二定子3和转子2都为凸极结构。

其中：第一定子1和第二定子3结构相同，并且关于转子2对称设置。第一定子1和第二定子3分别包括12个U形定子铁心5、12块永磁体4、12个集中电枢线圈6和12个集中励磁线圈7。U形定子铁心5和永磁体4交替放置构成定子圆盘，永磁体4沿圆周方向交替充磁，相邻永磁体充磁方向相反，第一定子1和第二定子3上相对称的两个永磁体4充磁方向相反。每个集中电枢线圈6绕在两个相邻U形定子铁心5的齿上，12个集中电枢线圈6分成三相，每四个集中电枢线圈6串联构成一相绕组，将定子1和定子3上的三相电枢绕组分别顺次串联或并联构成整个电机的A相、B相、C相电枢绕组。永磁体4外侧具有凹槽，12个集中励磁线圈7横跨于相邻两块永磁体4外侧的凹槽中，每个凹槽中分布有两个线圈，12个集中励磁线圈7串联构成单相励磁绕组，永磁体4外侧设有导磁桥8。第一定子1和第二定子3的单相励磁绕组串联或并联构成整个电机的单相电励磁绕组。转子2包括设置在非导磁圆环10上的10个齿，称为10个转子极9。

其中，U形定子铁心5采用矩形齿和矩形槽结构，且由硅钢片冲制而成。永磁体4和转子极9均采用扇形结构，且转子极9由高导磁率的硅钢片冲制而成。

当电机处在图2和图3所示位置时，转子极9和绕有集中电枢线圈6的一个定子齿5相对，根据永磁体4的磁化方向，永磁磁通从第一定子1的齿经过气隙11穿进转子极9，再经过气隙12穿进定子2的齿，且数值最大。此时，若通过励磁绕组施加与永磁磁势方向相同的电励磁磁势，可以增加电枢绕组中的合成磁链，增大感应出的电势，如图2。相反，如果改变励磁电流的方向，使电励磁磁通与永磁磁通方向相反，则将减小电枢线圈中的合成磁链，减小电枢线圈中的感应电势，如图3。通过改变电励磁绕组中电流的大小和方向就可以调节永磁磁场，解决盘式永磁电机磁场调节困难的问题。

该双定子盘式混合励磁电机具有很强的聚磁效应，电机的气隙磁通密度高，使得电机具有高功率密度和高转矩密度。电枢绕组和励磁绕组均采用集中绕组，端部短，电阻小，电机效率高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双定子盘式混合励磁电机，其特征在于：包括同轴安装的第一定子(1)、转子(2)、第二定子(3)，所述转子(2)位于所述第一定子(1)和第二定子(3)之间，所述转子(2)分别与所述第一定子(1)和第二定子(3)之间留有气隙；其中：

所述第一定子(1)和第二定子(3)结构相同，并且关于所述转子(2)对称设置；所述第一定子(1)和第二定子(3)分别包括12个U形定子铁心(5)、12块永磁体(4)、12个集中电枢线圈(6)和12个集中励磁线圈(7)；所述U形定子铁心(5)和永磁体(4)交替放置构成定子圆盘，永磁体(4)沿圆周方向交替充磁，相邻永磁体充磁方向相反，第一定子(1)和第二定子(3)上相对称的两个永磁体(4)充磁方向相反；所述每个集中电枢线圈(6)绕在两个相邻U形定子铁心(5)的齿上，所述12个集中电枢线圈(6)分成三相，每四个集中电枢线圈(6)串联构成一相绕组，将第一定子(1)和第二定子(3)上的三相电枢绕组分别顺次串联或并联构成整个电机的A相、B相、C相电枢绕组；所述永磁体(4)沿电机轴向外侧具有凹槽，所述12个集中励磁线圈(7)横跨于相邻两块永磁体(4)沿电机轴向外侧的凹槽中，每个凹槽中分布有两个线圈，所述12个集中励磁线圈(7)串联构成单相励磁绕组；所述第一定子(1)和第二定子(3)的单相励磁绕组串联或并联构成整个电机的单相电励磁绕组；所述转子(2)包括设置在非导磁圆环(10)上的10个齿，称为10个转子极(9)。

2.根据权利要求1所述的一种双定子盘式混合励磁电机，其特征在于：所述永磁体(4)沿电机轴向外侧设有导磁桥(8)。

3.根据权利要求1所述的一种双定子盘式混合励磁电机，其特征在于：所述U形定子铁心(5)采用矩形齿和矩形槽结构，所述永磁体(4)和转子极(9)均采用扇形结构。