CN104184234B - 一种混合励磁双气隙爪极电机 - Google Patents
一种混合励磁双气隙爪极电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种混合励磁双气隙爪极电机；本发明的混合励磁双气隙爪极电机，包括轴、套设于所述轴的一端的端盖、套设于所述轴上的轴承和套设于所述轴上的挡环；还包括套设在所述轴上的转子、套设于所述转子上的励磁线圈、处于所述励磁线圈的外侧的永磁体、套设在所述轴上的磁阻元件；两个所述转子相向的套设在所述轴上；本发明的混合励磁双气隙爪极电机安装后在两个所述转子之间增加了所述磁阻元件，可以通过调所述磁阻元件的厚度减少所述永磁体的漏磁和增加电机的输出能力。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种混合励磁双气隙爪极电机。
背景技术
常规的混合励磁爪极电机使用永磁磁势抵消部分转子电励磁磁势，降低转子轭部的饱和度，但这样做的效果是有限的。因此不得不增加转子轭部的直径，随着转子轭部的直径的增加电励磁绕组的电阻值也因此而增加。由于电励磁铜耗的增加使得电机过热，效率降低，同时也使得永磁体处于高的退磁风险中。由于电机频繁启动中带来的过热问题难以进行相应的冷却，特别是转子电励磁绕组的铜耗所产生的热问题。通常的皮带式启动发电机采用NdFeB稀土材料作为永磁体，近年来价格偏高，因此限制了电机的价格和启停系统的发展。NdFeB永磁体是一种导电材料，转子构成一个导电回路，增加了转子的涡流损耗，降低了电机效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合励磁双气隙爪极电机，解决传统的电机的输出能力低的问题。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混合励磁双气隙爪极电机，包括轴、套设于所述轴的一端的端盖、套设于所述轴上的轴承和套设于所述轴上且处于轴承的一侧的挡环，安装后所述端盖与所述轴之间形成一个环形的容置空间，所述轴承设置于所述容置空间内；所述挡环的内圈靠近所述轴的外壁设置，所述挡环的端面的外缘压紧在所述端盖上，其主体部分抵靠在所述轴承上，还包括套设在所述轴上且处于所述挡环的一侧的转子、套设于所述转子上的励磁线圈、处于所述励磁线圈的外侧且卡在所述转子的之间的永磁体、套设在所述轴上且处于所述励磁线圈的圆柱孔内的磁阻元件，安装后所述磁阻元件的径向与所述励磁线圈的径向一致；所述转子的个数为2，两个所述转子沿着所述轴的轴向相向的套设在所述轴上；所述转子包括垂直于所述转子的端面设置的转子卡齿，所述转子卡齿沿着所述转子的外圆周均匀分布，相邻的所述转子卡齿之间存在间隙，在所述转子卡齿与所述转子的中心凸起部分之间存在第一环形空间，所述励磁线圈套设在所述第一环形空间内；安装后两个所述转子对接在一起，两个所述转子的转子卡齿交叉的设置在一起，在两个所述转子的相邻的所述转子卡齿之间形成一个与所述轴的轴向倾斜的缝隙，所述永磁体设置用于所述缝隙内。
其中，所述永磁体是采用铁氧体制成的永磁体。
其中，所述永磁体是采用稀土材料制成的永磁体。
其中，所述转子卡齿凸设于所述转子的端面上，所述转子卡齿的靠近所述转子的芯部的一侧的侧面为平面，安装后所述平面与所述轴的轴向成一定的夹角，所述夹角大于等于10°，且小于等于30°；所述转子卡齿的处于其主体部分的外侧的侧面为圆弧面，各个所述转子卡齿的所述圆弧面处于同一个圆周上；每个所述转子上设置的所述转子卡齿的个数大于等于4，且小于等于10。
其中，所述永磁体为长方体，安装后所述永磁体的较长的侧面与所述转子卡齿相切的设置在两个相邻的所述转子卡齿形成的空间内。
其中，在两个所述转子沿着所述轴轴向对接后，在两个所述转子的和所述轴之间形成一个垂直于所述轴的轴向的第二环形空间，所述磁阻元件卡设在所述第二环形空间内；安装后所述磁阻元件沿着所述励磁线圈的轴向处于所述励磁线圈的圆柱孔的中间位置，且其外壁压紧在所述励磁线圈的内壁上。
其中，还包括与所述转子同轴的套设于所述转子外的定子，在所述定子的侧壁的内侧沿着圆周方向均匀的设置有电枢绕组。
其中，还包括沿着所述轴的轴向套设在所述定子的外部的机壳，所述机壳的两端分别与设置于其两端的端盖连接在一起；在所述端盖的一端的外边缘处沿着其圆周方向凹设有安装槽，在所述机壳的两端面上沿着其圆周方向均设置有与所述安装槽相互配合的安装凸起。
其中，安装后在所述端盖与所述轴之间形成一安装空间，在所述安装空间内沿着垂直于所述轴的轴向的方向上设置有旋转变压器；所述旋转变压器的一端与所述轴的延伸到所述机壳的外部的一端连接在一起。
其中，所述磁阻元件是采用铁氧体或者不锈钢制成的磁阻元件。
本发明的优点在于：
本发明的混合励磁双气隙爪极电机，包括轴、套设于所述轴的一端的端盖、套设于所述轴上的轴承和套设于所述轴上且处于轴承的一侧的挡环，安装后所述端盖与所述轴之间形成一个环形的容置空间，所述轴承设置于所述容置空间内；所述挡环的内圈靠近所述轴的外壁设置，所述挡环的端面的外缘压紧在所述端盖上，其主体部分抵靠在所述轴承上，还包括套设在所述轴上且处于所述挡环的一侧的转子、套设于所述转子上的励磁线圈、处于所述励磁线圈的外侧且卡在所述转子的之间的永磁体、套设在所述轴上且处于所述励磁线圈的圆柱孔内的磁阻元件，安装后所述磁阻元件的径向与所述励磁线圈的径向一致；所述转子的个数为2，两个所述转子沿着所述轴的轴向相向的套设在所述轴上；所述转子包括垂直于所述转子的端面设置的转子卡齿，所述转子卡齿沿着所述转子的外圆周均匀分布，相邻的所述转子卡齿之间存在间隙，在所述转子卡齿与所述转子的中心凸起部分之间存在第一环形空间，所述励磁线圈套设在所述第一环形空间内；安装后两个所述转子对接在一起，两个所述转子的转子卡齿交叉的设置在一起，在两个所述转子的相邻的所述转子卡齿之间形成一个与所述轴的轴向倾斜的缝隙，所述永磁体设置用于所述缝隙内；本发明的混合励磁双气隙爪极电机安装后在两个所述转子之间增加了所述磁阻元件，所述述磁阻元件采用非导电材料铁氧体或者不锈钢制成，其磁阻系数和空气相当，因此称为双气隙；可以通过调所述磁阻元件的厚度减少所述永磁体的漏磁和增加电机的输出能力。
附图说明
图1是本发明的混合励磁双气隙爪极电机的剖视图。
图2是本发明的磁阻元件的安装结构图。
1-转子；2-轴；3-永磁体；4-励磁线圈；5-电枢绕组；6-定子；7-机壳；8-轴承；9-端盖；10-磁阻元件；11-旋转变压器；12-挡环；13-转子卡齿。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1，结合图1和图2对本发明的混合励磁双气隙爪极电机进行详细说明。
本发明的混合励磁双气隙爪极电机，包括轴2、套设于所述轴2的一端的端盖9、套设于所述轴2上的轴承8和套设于所述轴2上且处于轴承8的一侧的挡环12，安装后所述端盖9与所述轴2之间形成一个环形的容置空间，所述轴承8设置于所述容置空间内；所述挡环12的内圈靠近所述轴2的外壁设置，所述挡环12的端面的外缘压紧在所述端盖9上，其主体部分抵靠在所述轴承8上，其特征在于：还包括套设在所述轴2上且处于所述挡环12的一侧的转子1、套设于所述转子1上的励磁线圈4、处于所述励磁线圈4的外侧且卡在所述转子1的之间的永磁体3、套设在所述轴2上且处于所述励磁线圈4的圆柱孔内的磁阻元件10，安装后所述磁阻元件10的径向与所述励磁线圈4的径向一致；所述转子1的个数为2，两个所述转子1沿着所述轴2的轴向相向的套设在所述轴2上；所述转子1包括垂直于所述转子1的端面设置的转子卡齿13，所述转子卡齿13沿着所述转子1的外圆周均匀分布，相邻的所述转子卡齿13之间存在间隙，在所述转子卡齿13与所述转子1的中心凸起部分之间存在第一环形空间，所述励磁线圈4套设在所述第一环形空间内；安装后两个所述转子1对接在一起，两个所述转子1的转子卡齿13交叉的设置在一起，在两个所述转子1的相邻的所述转子卡齿13之间形成一个与所述轴2的轴向倾斜的缝隙，所述永磁体3设置于所述缝隙内。
常规的混合励磁爪极电机使用永磁磁势抵消部分转子电励磁磁势，降低转子轭部的饱和度，但这样做的效果是有限的。因此不得不增加转子轭部的直径，电励磁绕组的电阻值也因此而增加。由于电励磁铜耗的增加使得电机过热，效率降低，同时也使得永磁体处于高的退磁风险中。由于电机频繁启动中带来的过热问题难以进行相应的冷却，特别是转子电励磁绕组的铜耗所产生的热问题。通常的皮带式启动发电机采用NdFeB稀土材料作为永磁体，近年来价格偏高，因此限制了电机的价格和启停系统的发展。NdFeB永磁体是一种导电材料，转子构成一个导电回路，增加了转子的涡流损耗，降低了电机效率。转子轭部磁通密度是一个重要的因素，其决定着电机输出能力。传统的皮带式混合励磁爪极电机转子轭部在高输出状态下处于高度饱和，转子轭部的直径又决定着励磁绕组的电阻。实施例1中优选铁氧体作为所述磁阻元件10的材料，来阻挡转子轭部轴向漏磁通，实施例1的所述转子1轭部直径尺寸小于传统的混合励磁爪极电机，因此在相同电励磁安匝数下，实施例1的励磁绕组电阻要小于传统的混合励磁爪极电机，因此在相同输出性能下电机所产生的热量较小；实施例1的输出特性和传统爪极混合励磁电机一致，但热性能和价格要优于传统结果；双气隙混合励磁爪极电机轴向轭部被永磁体或者不锈钢片分开，阻挡轴向漏磁，减小转子轭部尺寸和降低励磁绕组电阻，使电机获得更好的热性能；由于励磁绕组电阻降低，这更加适合频繁启动的车用微混启停系统。
所述永磁体3是采用稀土材料制成的永磁体。
所述转子卡齿13凸设于所述转子1的端面上，所述转子卡齿13的靠近所述转子1的芯部的一侧的侧面为平面，安装后所述平面与所述轴2的轴向成一定的夹角，所述夹角大于等于10°，且小于等于30°；优选所述夹角为15°；所述转子卡齿13的处于其主体部分的外侧的侧面为圆弧面，各个所述转子卡齿13的所述圆弧面处于同一个圆周上；每个所述转子1上设置的所述转子卡齿13的个数大于等于4，且小于等于10；实施例1优选所述转子卡齿13的个数为6。
所述永磁体3为长方体，安装后所述永磁体3的较长的侧面与所述转子卡齿13相切的设置在两个相邻的所述转子卡齿13形成的空间内。
两个所述转子1沿着所述轴2轴向对接后，在两个所述转子1的和所述轴2之间形成一个垂直于所述轴2的轴向的第二环形空间，所述磁阻元件10卡设在所述第二环形空间内；安装后所述磁阻元件10沿着所述励磁线圈4的轴向处于所述励磁线圈4的圆柱孔的中间位置，且其外壁压紧在所述励磁线圈4的内壁上。
还包括与所述转子1同轴的套设于所述转子1外的定子6，在所述定子6的侧壁的内侧沿着圆周方向均匀的设置有电枢绕组5。
还包括沿着所述轴2的轴向套设在所述定子6的外部的机壳7，所述机壳7的两端分别与设置于其两端的端盖9连接在一起；在所述端盖9的一端的外边缘处沿着其圆周方向凹设有安装槽，在所述机壳7的两端面上沿着其圆周方向均设置有与所述安装槽相互配合的安装凸起。
安装后在所述端盖9与所述轴2之间形成一安装空间，在所述安装空间内沿着垂直于所述轴2的轴向的方向上设置有旋转变压器11；所述旋转变压器11的一端与所述轴2的延伸到所述机壳7的外部的一端连接在一起。
所述磁阻元件10是采用铁氧体或者不锈钢制成的磁阻元件。本发明优选所述磁阻元件10是采用铁氧体材料制成的磁阻元件。
实施例2，结合图1和图2对本发明的混合励磁双气隙爪极电机进行详细说明。
本发明的混合励磁双气隙爪极电机，包括轴2、套设于所述轴2的一端的端盖9、套设于所述轴2上的轴承8和套设于所述轴2上且处于轴承8的一侧的挡环12，安装后所述端盖9与所述轴2之间形成一个环形的容置空间，所述轴承8设置于所述容置空间内；所述挡环12的内圈靠近所述轴2的外壁设置，所述挡环12的端面的外缘压紧在所述端盖9上，其主体部分抵靠在所述轴承8上，其特征在于：还包括套设在所述轴2上且处于所述挡环12的一侧的转子1、套设于所述转子1上的励磁线圈4、处于所述励磁线圈4的外侧且卡在所述转子1的之间的永磁体3、套设在所述轴2上且处于所述励磁线圈4的圆柱孔内的磁阻元件10，安装后所述磁阻元件10的径向与所述励磁线圈4的径向一致；所述转子1的个数为2，两个所述转子1沿着所述轴2的轴向相向的套设在所述轴2上；所述转子1包括垂直于所述转子1的端面设置的转子卡齿13，所述转子卡齿13沿着所述转子1的外圆周均匀分布，相邻的所述转子卡齿13之间存在间隙，在所述转子卡齿13与所述转子1的中心凸起部分之间存在第一环形空间，所述励磁线圈4套设在所述第一环形空间内；安装后两个所述转子1对接在一起，两个所述转子1的转子卡齿13交叉的设置在一起，在两个所述转子1的相邻的所述转子卡齿13之间形成一个与所述轴2的轴向倾斜的缝隙，所述永磁体3设置于所述缝隙内。
常规的混合励磁爪极电机使用永磁磁势抵消部分转子电励磁磁势，降低所述转子1的轭部的饱和度，但这样做的效果是有限的。因此不得不增加所述转子1的轭部的直径，电励磁绕组的电阻值也因此而增加。由于电励磁铜耗的增加使得电机过热，效率降低，同时也使得所述永磁体3处于高的退磁风险中。由于电机频繁启动中带来的过热问题难以进行相应的冷却，特别是所述转子1的电励磁绕组的铜耗所产生的热问题。通常的皮带式启动发电机采用NdFeB稀土材料作为永磁体，近年来价格偏高，因此限制了电机的价格和启停系统的发展。NdFeB永磁体是一种导电材料，转子构成一个导电回路，增加了转子的涡流损耗，降低了电机效率。所述转子1的轭部磁通密度是一个重要的因素，其决定着电机输出能力。传统的皮带式混合励磁爪极电机的所述转子1的轭部在高输出状态下处于高度饱和，所述转子1的轭部的直径又决定着励磁绕组的电阻。实施例2中优选铁氧体作为所述磁阻元件10的材料，来阻挡所述转子1的轭部轴向漏磁通，实施例1的所述转子1轭部直径尺寸小于传统的混合励磁爪极电机，因此在相同电励磁安匝数下，实施例1的励磁绕组电阻要小于传统的混合励磁爪极电机，因此在相同输出性能下电机所产生的热量较小；实施例2使用铁氧体代替稀土永磁体材料，实施例2中所述永磁体3采用铁氧体材料制成；由于选用了便宜的永磁体材料，性价比高，热性能优于传统结构。双气隙混合励磁爪极电机轴向轭部被所述磁阻元件10分开，阻挡轴向漏磁，减小所述转子1的轭部尺寸和降低励磁绕组电阻，使电机获得更好的热性能；由于励磁绕组电阻降低，这更加适合频繁启动的车用微混启停系统；
所述永磁体3是采用铁氧体制成的永磁体。
所述转子卡齿13凸设于所述转子1的端面上，所述转子卡齿13的靠近所述转子1的芯部的一侧的侧面为平面，安装后所述平面与所述轴2的轴向成一定的夹角，所述夹角大于等于10°，且小于等于30°；实施例2中优选所述夹角为20°；所述转子卡齿13的处于其主体部分的外侧的侧面为圆弧面，各个所述转子卡齿13的所述圆弧面处于同一个圆周上；每个所述转子1上设置的所述转子卡齿13的个数大于等于4，且小于等于10；实施例2优选所述转子卡齿13的个数为6。
所述永磁体3为长方体，安装后所述永磁体3的较长的侧面与所述转子卡齿13相切的设置在两个相邻的所述转子卡齿13形成的空间内。
两个所述转子1沿着所述轴2轴向对接后，在两个所述转子1的和所述轴2之间形成一个垂直于所述轴2的轴向的第二环形空间，所述磁阻元件10卡设在所述第二环形空间内；安装后所述磁阻元件10沿着所述励磁线圈4的轴向处于所述励磁线圈4的圆柱孔的中间位置，且其外壁压紧在所述励磁线圈4的内壁上。
还包括与所述转子1同轴的套设于所述转子1外的定子6，在所述定子6的侧壁的内侧沿着圆周方向均匀的设置有电枢绕组5。
还包括沿着所述轴2的轴向套设在所述定子6的外部的机壳7，所述机壳7的两端分别与设置于其两端的端盖9连接在一起；在所述端盖9的一端的外边缘处沿着其圆周方向凹设有安装槽，在所述机壳7的两端面上沿着其圆周方向均设置有与所述安装槽相互配合的安装凸起。
安装后在所述端盖9与所述轴2之间形成一安装空间，在所述安装空间内沿着垂直于所述轴2的轴向的方向上设置有旋转变压器11；所述旋转变压器11的一端与所述轴2的延伸到所述机壳7的外部的一端连接在一起。
所述磁阻元件10是采用铁氧体或者不锈钢制成的磁阻元件。优选所述磁阻元件10采用铁氧体制成。
为了优化和改进传统的微混启停动力系统用混合励磁皮带式爪极电机，提出本发明的双气隙混合励磁爪极电机。根据系统输出性能需求，本发明的电机可通过调节尺寸和材料来满足系统需求，如实施例1，在相同的输出性能下，相比传统的结构具有更优良的热性能和性价比；实施例2，在材料成本相当于传统结构的30％左右，具有传统结构50％的输出能力，同时具有良好的热性能。考虑到制造方面，实施例1和实施例2相比于传统结构，制造难度一致。因此，新结构具有良好的应用前景在微型启停混合动力系统上，同时具有良好的性价比和热性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种混合励磁双气隙爪极电机，包括轴(2)、套设于所述轴(2)的一端的端盖(9)、套设于所述轴(2)上的轴承(8)和套设于所述轴(2)上且处于轴承(8)的一侧的挡环(12)，安装后所述端盖(9)与所述轴(2)之间形成一个环形的容置空间，所述轴承(8)设置于所述容置空间内；所述挡环(12)的内圈靠近所述轴(2)的外壁设置，所述挡环(12)的端面的外缘压紧在所述端盖(9)上，其主体部分抵靠在所述轴承(8)上，其特征在于：
还包括套设在所述轴(2)上且处于所述挡环(12)的一侧的转子(1)、套设于所述转子(1)上的励磁线圈(4)、处于所述励磁线圈(4)的外侧且卡在所述转子(1)的之间的永磁体(3)、套设在所述轴(2)上且处于所述励磁线圈(4)的圆柱孔内的磁阻元件(10)，安装后所述磁阻元件(10)的径向与所述励磁线圈(4)的径向一致；所述转子(1)的个数为2，两个所述转子(1)沿着所述轴(2)的轴向相向的套设在所述轴(2)上；所述转子(1)包括垂直于所述转子(1)的端面设置的转子卡齿(13)，所述转子卡齿(13)沿着所述转子(1)的外圆周均匀分布，相邻的所述转子卡齿(13)之间存在间隙，在所述转子卡齿(13)与所述转子(1)的中心凸起部分之间存在第一环形空间，所述励磁线圈(4)套设在所述第一环形空间内；安装后两个所述转子(1)对接在一起，两个所述转子(1)的转子卡齿(13)交叉的设置在一起，在两个所述转子(1)的相邻的所述转子卡齿(13)之间形成一个与所述轴(2)的轴向倾斜的缝隙，所述永磁体(3)设置于所述缝隙内；
所述转子卡齿(13)凸设于所述转子(1)的端面上，所述转子卡齿(13)的靠近所述转子(1)的芯部的一侧的侧面为平面，安装后所述平面与所述轴(2)的轴向成一定的夹角，所述夹角大于等于10°，且小于等于30°；所述转子卡齿(13)的处于其主体部分的外侧的侧面为圆弧面，各个所述转子卡齿(13)的所述圆弧面处于同一个圆周上；每个所述转子(1)上设置的所述转子卡齿(13)的个数大于等于4，且小于等于10；
两个所述转子(1)沿着所述轴(2)轴向对接后，在两个所述转子(1)的和所述轴(2)之间形成一个垂直于所述轴(2)的轴向的第二环形空间，所述磁阻元件(10)卡设在所述第二环形空间内；安装后所述磁阻元件(10)沿着所述励磁线圈(4)的轴向处于所述励磁线圈(4)的圆柱孔的中间位置，且其外壁压紧在所述励磁线圈(4)的内壁上；
还包括与所述转子(1)同轴的套设于所述转子(1)外的定子(6)，在所述定子(6)的侧壁的内侧沿着圆周方向均匀的设置有电枢绕组(5)；
还包括沿着所述轴(2)的轴向套设在所述定子(6)的外部的机壳(7)，所述机壳(7)的两端分别与设置于其两端的端盖(9)连接在一起；在所述端盖(9)的一端的外边缘处沿着其圆周方向凹设有安装槽，在所述机壳(7)的两端面上沿着其圆周方向均设置有与所述安装槽相互配合的安装凸起；
安装后在所述端盖(9)与所述轴(2)之间形成一安装空间，在所述安装空间内沿着垂直于所述轴(2)的轴向的方向上设置有旋转变压器(11)；所述旋转变压器(11)的一端与所述轴(2)的延伸到所述机壳(7)的外部的一端连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁双气隙爪极电机，其特征在于：所述永磁体(3)是采用铁氧体制成的永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种混合励磁双气隙爪极电机，其特征在于：所述永磁体(3)是采用稀土材料制成的永磁体。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁双气隙爪极电机，其特征在于：所述永磁体(3)为长方体，安装后所述永磁体(3)的较长的侧面与所述转子卡齿(13)相切的设置在两个相邻的所述转子卡齿(13)形成的空间内。
5.根据权利要求1所述的一种混合励磁双气隙爪极电机，其特征在于：所述磁阻元件(10)是采用铁氧体或者不锈钢制成的磁阻元件。
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