CN103931088A - 磁通切换电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单励磁磁通切换电机(1)，其包括励磁绕组(E)和相绕组(A，B，C)，励磁绕组和相绕组被容纳在定子的形状不规则的相应的槽(3，5)中，以使励磁绕组和相绕组径向偏移。

Description

磁通切换电机
本发明涉及磁通切换电机，更具体地，但非唯一地，涉及称为单励磁电机的磁通切换电机。
磁通切换电机包括没有永磁体的非绕线转子和包含相绕组和励磁绕组和/或永磁体的定子。由于转子的旋转，通过磁通切换在相绕组的端子处产生交流电压。
在传统的单励磁电机中，定子由一系列齿和槽组成，在槽中相继地布置励磁绕组和相绕组。
专利US 6 242 834在图6中公开了这样的电机的示例、图11示出了其定子中的槽容纳永磁体和励磁绕组的双励磁电机。
以下公开文献描述了磁通切换电机的其他示例：“Low CostFlux–Switching Brushless AC Machines”Crow，“Awound-Field Three-Phase Flux Switching Synchronous Motor with AllExcitation Sources on the Stator”2009IEEE1502至1509页，“Low Cost,High Power Density,Flux Switching Machines andDrives for Power Tools”，2003IEEE，“Flux SwitchingMotors for Automotive Applications”2003IEEE，“Anew structure of12Slot10Pole Field Excitation Flux SwitchingSynchronous machine for Hybrid Electric Vehicles”EPE2011Birmingham，ISBN9789075815153第1至10页。
实用新型CN 201536282和专利EP0909010公开了一种双励磁磁通切换电机，其中永磁体影响电机的励磁。
公开文献FR 2 898 439公开了一种双励磁磁通切换电机。定子中的槽具有不规则的形状，以允许在更深的槽中同时容纳励磁绕组和相绕组。
在已知的磁体切换电机中，接收励磁绕组导体的每个槽和接收相绕组导体的两个相邻槽构成了基本单元。励磁绕组和相绕组每个都覆盖定子中的两个齿距，也就是说接收所述绕组的槽被两个齿分隔开。
这些电机的特征通常在于使用大量的铜或其他导体材料以实现励磁绕组，从而限制由焦耳效应引起的损耗及其对输出的影响。
本发明的目的是进一步完善这些电机。
根据本发明的第一方面，本发明涉及一种电机，有利地是单励磁磁通切换电机，其包括励磁绕组和相绕组，所述励磁绕组和所述相绕组被容纳在定子的相应的槽中，所述槽具有不规则的形状以使得所述励磁绕组相对于所述相绕组径向偏移。
有利地，所述励磁绕组比所述相绕组更靠近气隙。
由于本发明，减少了所述励磁绕组和所述相绕组之间的机械干扰，并且所述径向偏移使之能够最小化绕组头部的体积和长度。
本发明还使之能够非常显著地减少所使用的导体材料的量，以及尤其在功率和输出方面改进性能。
本发明尤其使之能够通过所述励磁绕组的放置来减少励磁磁通泄漏并且提高转子电枢和定子电枢的耦合，这有助于增加可用的电磁力矩。
如果a和b分别是齿和槽在气隙处的角宽度，则比值a/b可以在0.65至0.85之间，在0.7至0.8之间更好。
优选地，所述相绕组和所述励磁绕组径向重叠，也就是说它们在径向上至少部分地彼此相对延伸，这使之能够增加紧凑性。
有利地，每个槽只接收一种类型的绕组，即相绕组或励磁绕组。因此，给定的槽不同时包括励磁绕组和相绕组的电导体。
径向上离转子最远的容纳绕组的槽可以具有比径向上离转子最近的容纳绕组的槽的最大圆周尺寸更大的圆周尺寸。这使之能够为所述励磁磁通提供更大的板材宽度。
在实施例中，容纳在径向上离转子最远的槽中的绕组在该槽中占据部分S1，并且容纳在径向上离转子最近的槽中的绕组在该槽中占据部分S2，其中，S2≥S1。
径向上离转子的转轴最远的槽的底部被设于距离R2处，并且离转轴最近的槽的底部被设于距离R1处，其中可能地0.8≤R1/R2≤1.0。
这例如促进了这样的配置，其中所述相绕组被容纳在相应的槽中、以两个重叠层而被布置，与每个层相关联的导体占据两个槽的相同区域，和/或所述励磁绕组的导体沿着两个嵌套层而被布置在相应的槽中，同一层的导体被布置在槽的不同区域中。
这种布置的优点在于其最小化了制造期间的绕组头部的机械应力。
作为变型，所述相绕组被容纳在相应的槽中，该相绕组没有被布置成在这些槽中径向上彼此重叠，并且所述励磁绕组被容纳在相应的槽中，该励磁绕组没有被布置成在这些槽中径向上彼此重叠。
径向上离转子的转轴最远的槽可以在气隙与由槽接收的绕组之间具有在转子方向上发散的相对边，然后是收敛的相对边。发散角例如是在50°至60°之间。所述发散边可以在其径向上的外端处与靠近边相连接。这些靠近边可以连接到肩部，这有助于保持槽中的绕组的导体。
径向上离转子最近的容纳绕组的槽可以包括用于固定保持绕组的垫块的凸起部。
所述电机可以对于每个槽而包括单个相绕组，或在变型中对于每个槽包括两个相绕组。
在实施例中，定子齿数量nds等于24，转子齿数量ndr等于14。
参考附图，通过阅读以下对本发明的非限制性实施例的详细描述，将更好地理解本发明，其中：
-图1部分地示出了根据本发明实现的定子的示例；
-图2和图3示出了定子绕组在槽中的两种可能布置；以及
-图4和5示出了定子绕组的两个配置示例。
图1示意性示出了单磁通切换电机的定子1，所述定子用于与没有永磁体的转子磁性地配合并且包括例如等距布置在转子外周上的ndr个齿。
定子1包括两组槽，即在三相电机的情况下，第一组槽3接收励磁绕组E，第二组槽5接收相绕组A、B和C。
根据本发明，槽3和5是径向偏移的，槽5的底部6位于比槽3的底部7离转轴的距离更大的距离处。
在图1上，所示出的一些槽3或5没有绕组，以更清楚地显示轮廓。
如图所示，槽3可以包括气隙附近的小凹颈形式的凸起部，该凸起部用于接收保持绕组的垫块11，所述垫块被滑动地安装在凹颈10中(未示出)。
槽5具有肩部13，肩部13可以用于支撑容纳其中的导体。肩部13沿着在靠近边16之间所形成的通道15，靠近边16在气隙方向上连接到边17，边17随着靠近转子而发散并且本身连接到边18，边18随着靠近转子而收敛。
优选地，边18尽可能是径向的，以具有在气隙方向上密度基本上恒定的励磁磁通的通道。
如果a和b分别表示气隙处齿和槽的角宽度，则优选地a/b≈0.75。
气隙处的槽3的角宽度b优选地等于槽5的角宽度。
在图上，R2表示从槽5的底部6到转子转轴的距离，R1表示从槽3的底部7到相同轴线的距离，R3表示从槽5中接收的绕组到转轴的距离，即从肩部13到该轴线的距离。槽3中接收的绕组位于离转轴的距离R4处。优选地具有0.8≤R1/R2≤1.0，正如下文参照图5将描述的，这便于沿着嵌套配置的绕组的安装。
此外，边17的发散角α例如在50°至60°之间。
正如图1上所看到的，比槽3离转轴更远的槽5可以具有比槽3的最大圆周尺寸l2更大的圆周尺寸l1。
所述电机包括一系列基本单元，每个基本单元都由包含励磁绕组E的导体E+或E-的槽和接收相绕组的导体A+、A-、B+、B-、C+或C-的两个相邻槽而构成，所述电机是多相的，尤其是三相的，A、B、C表示相。
通常，根据导体在槽中的一个方向或另一方向来给导体分配符号+和-。因此，同一个励磁绕组E包括导体E+和E-。
励磁绕组E典型地连接到直流电流源。
每个绕组的轴线基本上是径向取向的，所述电机称为“径向”电机。
图2和3示出了槽填充的配置示例。为了图的清楚简单起见，图中以线性方式用相等的槽3和5示出了定子。
接收相绕组的槽可以每个槽接收单个相绕组，如图2所示，其中例如所示的那样，在圆周方向中在励磁绕组的导体E+和E-与相绕组的导体之间交替，例如所示的那样，顺序是相导体A+、励磁导体E+、相导体A-、励磁导体E-、相导体B+、励磁导体E+、相导体B-。
作为变型，如图3所示，绕组称为双层绕组，也就是说接收相绕组的槽接收两个相的绕组，例如所示的A+和C-、B+和A-、A+和C-。
如图4所示，相绕组A、B或C可以每个都沿着层67而被布置，相同的相绕组的电导体占据离转轴相同距离处的槽部分。具有相同槽5中接收的导体的两个相绕组不径向重叠。励磁绕组E也可以是这样。从图4中看到绕组头部没有嵌套。
在图5中，示出了其中相绕组A、B或C沿着在槽3中径向重叠的两个层60、61而被布置的配置。相同层60或61的电导体占据离转轴相同距离处的槽部分。
励磁绕组E沿着两个嵌套层63、64而被布置，也就是说相同层63或64的导体被布置在离转轴不同距离处的两个连续槽3的部分3a、3b中。因此，相同的励磁绕组一方面包括被布置在最靠近气隙的槽3的部分3b中的导体，另一方面在相邻的槽3中包括被布置在离气隙最远的槽的部分3a中的导体。
本发明不限于槽和绕组的这些特定配置，并且例如可以具有这样的基本单元：该基本单元的分别接收同一个励磁线圈中的励磁绕组E+和E-的槽被不同数量的齿分隔开。
表述“包括”应当理解为“包括至少一个”的同义词。

Claims (17)

1.一种单励磁磁通切换电机(1)，包括励磁绕组(E)和相绕组(A，B，C)，所述励磁绕组和所述相绕组被容纳在定子的相应的槽(3，5)中，所述槽的形状不规则以使所述励磁绕组和所述相绕组在径向上偏移。
2.如权利要求1所述的机器，其中，所述励磁绕组比所述相绕组更靠近所述气隙。
3.如权利要求1或2所述的机器，其中，0.65≤a/b≤0.85，更好地0.7≤a/b≤0.8，其中a是所述气隙处的齿的角宽度并且b是所述气隙处的槽的角宽度。
4.如权利要求1至3之一所述的机器，所述相绕组和所述励磁绕组在径向上重叠。
5.如上述权利要求中的任一项所述的机器，径向上离所述转子最远的容纳绕组的所述槽(5)具有比径向上离所述转子最近的容纳绕组的所述槽(3)的最大圆周尺寸(l2)更大的圆周尺寸(l1)。
6.如上述权利要求中的任一项所述的机器，容纳在径向上离所述转子最远的所述槽(5)中的绕组占据部分S1，并且容纳在径向上离所述转子最近的所述槽(3)中的绕组占据部分S2，其中，S2≥S1。
7.如上述权利要求的任一项所述的机器，径向上离所述转子的转轴最远的槽(5)的底部(6)位于距离R2处，离所述转轴最近的槽(3)的底部(7)位于距离R1处，其中0.8≤R1/R2≤1.0。
8.如上述权利要求中的任一项所述的机器，径向上离所述转子的转轴最远的所述槽(5)在所述气隙与由所述槽接收的绕组之间具有在所述转子方向上发散的相对边(17)，然后是在所述转子方向上收敛的相对边(18)。
9.如上一权利要求所述的机器，所述发散的角(α)是在50°至60°之间。
10.如权利要求8和9之一所述的机器，发散的所述边(17)在其径向上最外端处与靠近边(16)相连接。
11.如上一权利要求所述的机器，所述靠近边(16)连接到肩部(13)。
12.如上述权利要求中的任一项所述的机器，径向上离所述转子最近的容纳绕组的所述槽(3)包括用于固定保持绕组的垫块(11)的凸起部(10)。
13.如上述权利要求中的任一项所述的机器，对于每个槽(5)包括单个相绕组(A，B，C)。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的机器，对于每个槽包括两个相绕组。
15.如上述权利要求中的任一项所述的机器，定子齿数量nds等于24，且转子齿数量ndr等于14。
16.如上述权利要求中的任一项所述的机器，容纳在所述槽(5)中的所述相绕组沿着两个重叠层(60，61)而被布置，与每个层相关联的导体占据两个槽中的相同区域，被布置在所述槽(3)中的所述励磁绕组的导体沿着两个嵌套层(63，64)而被布置，相同绕组的导体被布置在所述槽的不同区域(3a，3b)中。
17.如权利要求1至15中的任一项所述的机器，容纳在所述槽(5)中的所述相绕组在所述槽中不被布置成径向上彼此重叠，并且容纳在所述槽(3)中的所述励磁绕组在所述槽中不被布置成径向上彼此重叠。
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