CN105245073A - 定子永磁型双凸极盘式电机 - Google Patents

定子永磁型双凸极盘式电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定子永磁型双凸极盘式电机,包括定子机构、转子机构和电机轴。转子机构置于两个定子机构之间,且均设置在电机轴上,定子机构包括定子铁心,两块永磁体和2N个环形电枢绕组,定子铁心内壁均匀分布2N个定子齿,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置圆周方向充磁的永磁体,2N个环形电枢绕组分别套在2N个定子齿上;转子机构包括若干转子铁心和一个非导磁转子支架,在非导磁转子支架外圆周上均匀分布若干个转子铁心,转子铁心构成转子凸极。本发明可以有效地提高电机的可靠性,减小电机的体积和重量,提高了电机功率密度和转矩密度,适合用作对体积要求严格的发电机或电动机场合。

Description

定子永磁型双凸极盘式电机
技术领域
[0001] 本发明属于电机领域,具体涉及一种定子永磁型双凸极盘式电机。
背景技术
[0002] 随着新能源产业的发展,风力发电、电动汽车等领域成为我国能源发展战略的重要组成部分。电机是能量转换的主要设备,针对风力发电和电动汽车等领域的电机成为现阶段主要的研究热点,其电气和机械性能的优劣直接影响着能量转换的效率以及控制系统的成本与可靠性。
[0003] 由于盘式电机属于轴向磁场电机,其具有轴向尺寸短,结构紧凑,质量轻、体积小、功率密度高等特点,因此特别适合于风力发电和电动汽车等电机体积具有特殊要求的场合。传统的永磁盘式电机由于永磁安置在转子铁心中相对于电励磁电机来说省掉了滑环,因此具有较高的可靠性和较低的电损耗;然而永磁体在转子中会造成的永磁体的固定难度增加,需要特殊的防护罩将永磁体保护起来以防止高速旋转对永磁体造成损坏。此外,双凸极电机具有结构简单、转矩/电流比大、效率高、可以发电/电动运行等优点,目前成为研究和工程实用化的热点。然而,目前的双凸极电机存在轴向长度较长,因此在轴向空间受限的场合使用较为不便。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种定子永磁型双凸极盘式电机,能有效地减小电机体积,提高电机的功率密度和转矩密度。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种定子永磁型双凸极盘式电机,包括转子机构、电机轴和两个相同的定子机构,转子机构置于两个定子机构之间,定子机构和转子机构均设置在电机轴上,定子机构包含一个定子铁心、两个永磁体和2M个环形电枢绕组,Μ为相数,定子铁心为环形,定子铁心内壁均匀分布2Ν个定子齿,定子齿构成定子凸极,Ν=Μ,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置永磁体,永磁体沿圆周方向充磁,且两个永磁体的磁极方向相对,2Μ个环形电枢绕组分别套在2Ν个定子齿上,构成两组Ν相绕组,两个定子机构中相应位置的永磁体磁极相反;转子机构包括若干个转子铁心和一个非导磁转子支架,非导磁转子支架为圆环,在非导磁转子支架外圆周上均匀分布若干个转子铁心,转子铁心形成转子凸极。
[0006] 所述转子铁心采用硅钢片沿径向叠制。
[0007] 所述定子铁心采用硅钢片卷绕叠制。
[0008] 所述转子凸极个数和定子凸极个数的配合为4Ρ/6Ρ、8Ρ /6Ρ、6Ρ /8Ρ或10 Ρ /8Ρ,其中Ρ彡1,且为整数。
[0009] 所述永磁体材料为钕铁硼。
[0010] 本发明与现有技术相比,其显著优点:1、在定子铁心中放置永磁体,可防止永磁体损坏,且安装方便。
[0011] 2、每个定子铁心中的2块永磁体磁化方向相反,两个定子铁心中相应位置的永磁体磁化方向相反,可以减少永磁体的用量,节约成本。
[0012] 3、定子铁心和转子铁心均可用硅钢片叠制而成,转子铁心安装在非导磁转子支架上,形成转子凸极。由于采用了硅钢片叠制,可以有效地减少电机的漏磁通,从而可以提高电机的功率因数。
[0013] 4、定子凸极和转子凸极构成双凸极电机,既可作为发电机,也可作为电动机工作,有效地提高了电机的功率密度和转矩密度。
附图说明
[0014] 图1为本发明定子永磁型双凸极盘式电机的整体结构示意图。
[0015] 图2为本发明定子永磁型双凸极盘式电机的局部爆炸示意图。
[0016] 图3为本发明定子永磁型双凸极盘式电机的最小磁阻回路磁路示意图。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0018] —种定子永磁型双凸极盘式电机,包括转子机构、电机轴6和两个相同的定子机构,转子机构置于两个定子机构之间,定子机构和转子机构均设置在电机轴6上,定子机构包含一个定子铁心1、两个永磁体2和2M个环形电枢绕组3,Μ为相数,定子铁心1为环形,定子铁心1内壁均匀分布2Ν个定子齿,定子齿构成定子凸极,Ν=Μ,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置永磁体2,永磁体2沿圆周方向充磁,且两个永磁体2的磁极方向相对,2Μ个环形电枢绕组3分别套在2Ν个定子齿上,构成两组Ν相绕组,两个定子机构中相应位置的永磁体2磁极相反;转子机构包括若干个转子铁心4和一个非导磁转子支架5,非导磁转子支架5为圆环,在非导磁转子支架5外圆周上均匀分布若干个转子铁心4,转子铁心4形成转子凸极。
[0019] 所述转子铁心4采用硅钢片沿径向叠制。
[0020] 所述定子铁心1采用硅钢片卷绕叠制。
[0021] 所述转子凸极个数和定子凸极个数的配合为4Ρ/6Ρ、8Ρ /6Ρ、6Ρ /8Ρ或10 Ρ /8Ρ,其中Ρ彡1,且为整数。
[0022] 所述永磁体2材料为钕铁硼。
[0023] 实施例1
以三相定子永磁型双凸极盘式电机为例
结合图1、图2和图3,定子永磁型双凸极盘式电机包括转子机构、电机轴6和两个相同的定子机构,转子机构置于两个定子机构之间,定子机构通过轴承与电机轴6连接,转子机构固连在电机轴6上,定子机构包含一个定子铁心1、两个永磁体2和6个环形电枢绕组3,定子铁心1为环形,定子铁心1内壁均匀分布6个定子齿,定子齿构成定子凸极,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置永磁体2,永磁体2沿圆周方向充磁,且两个永磁体2的磁极方向相对,每个定子齿上分别设有一个环形电枢绕组3,构成两组三相绕组,两个定子机构中相应位置的永磁体2磁极相反。转子机构包括4个转子铁心4和非导磁转子支架5,非导磁转子支架5为圆环,在非导磁转子支架5外圆周上均匀分布4个转子铁心4,转子铁心4形成转子凸极。
[0024] 所述转子铁心4采用硅钢片沿径向叠制。
[0025] 所述定子铁心1采用硅钢片卷绕叠制。
[0026] 所述永磁体2材料为钕铁硼。
[0027] 所述当定子凸极个数6个时,转子凸极个数也可为8个。
[0028] 实施例2
以四相定子永磁型双凸极盘式电机为例
结合图1、图2和图3,一种定子永磁型双凸极盘式电机,包括转子机构、电机轴6和两个相同的定子机构,转子机构置于两个定子机构之间,定子机构通过轴承与电机轴6连接,转子机构固连在电机轴6上,定子机构包含一个定子铁心1、两个永磁体2和8个环形电枢绕组3,定子铁心1为环形,定子铁心1内壁均匀分布8个定子齿,定子齿构成定子凸极,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置永磁体2,永磁体2沿圆周方向充磁,且两个永磁体2的磁极方向相对,每个定子齿上分别设有一个环形电枢绕组3,构成两组四相绕组,两个定子机构中相应位置的永磁体2磁极相反。转子机构包括6个转子铁心4和非导磁转子支架5,非导磁转子支架5为圆环,在非导磁转子支架5外圆周上均匀分布8个转子铁心4,转子铁心4形成转子凸极。
[0029] 所述转子铁心4采用硅钢片沿径向叠制。
[0030] 所述定子铁心1采用硅钢片卷绕叠制。
[0031 ] 所述永磁体2材料为钕铁硼。
[0032] 所述当定子凸极个数8个时,转子凸极个数也可为10个。
[0033] 运行原理:
作为发电机运行时,本发明所述的定子永磁型双凸极盘式电机通过转子旋转,在环形电枢绕组3中产生变化的磁场,从而感应出变化的电势,以实现交流运行。从图3所示的电机最小磁阻回路磁通示意图可以看出,当转子凸极正对着某相定子凸极时,该相磁路的磁阻最小,环形电枢绕组3中Hi链的磁通的最大,但转子机构转过90度电角度时,该相磁阻最大,环形电枢绕组3中匝链的磁通最小,以此往复,形成磁场的交变,定子铁心1存在偏磁。
[0034] 作为电动机运行时本发明所述的永磁型双凸极盘式电机定子通入相应的电流产生转矩带动转子机构转动。从图3所示的电机最小磁阻回路磁通示意图可以看出,当转子凸极正对着某相定子凸极时,该相磁路的磁阻最小,若此时通另外任意一相电流时,便会在该相的定子凸极中产生磁场从而吸引转子凸极,通过合成电磁转矩和磁阻转矩带动转子机构转动,按次序分别对各相电流通电,便可实现电机的连续转动。
[0035] 本发明所述的定子永磁型双凸极盘式电机有效地减小了空间体积,提高了电机的功率密度和转矩密度,且降低了电机转子机构的重量。定子铁心1和转子铁心4结构较为简单,都可以用硅钢片叠制而成,可以有效地降低加工制造的成本,此外可以减小漏磁,提高电机的功率因数。

Claims (5)

1.一种定子永磁型双凸极盘式电机,其特征在于:包括转子机构、电机轴(6)和两个相同的定子机构,转子机构置于两个定子机构之间,定子机构和转子机构均设置在电机轴(6 )上,定子机构包含一个定子铁心(I)、两个永磁体(2 )和2M个环形电枢绕组(3 ),M为相数,定子铁心(I)为环形,定子铁心(I)内壁均匀分布2N个定子齿,定子齿构成定子凸极,N=M,相邻两个定子齿中间的槽为定子槽,在任意一对位于同一条直径上的定子槽中心分别设置永磁体(2 ),永磁体(2 )沿圆周方向充磁,且两个永磁体(2 )的磁极方向相对,2M个环形电枢绕组(3)分别套在2N个定子齿上,构成两组N相绕组,两个定子机构中相应位置的永磁体(2)磁极相反;转子机构包括若干个转子铁心(4)和一个非导磁转子支架(5),非导磁转子支架(5)为圆环,在非导磁转子支架(5)外圆周上均匀分布若干个转子铁心(4),转子铁心(4)形成转子凸极。
2.根据权利要求1所述的定子永磁型双凸极盘式电机,其特征在于:所述转子铁心(4)采用硅钢片沿径向叠制。
3.根据权利要求1所述的定子永磁型双凸极盘式电机,其特征在于:所述定子铁心(I)采用硅钢片卷绕叠制。
4.根据权利要求1所述的定子永磁型双凸极盘式电机,其特征在于:所述转子凸极个数和定子凸极个数的配合为4P/6P、8P /6P、6P /8P或10 P /8P,其中P多1,且为整数。
5.根据权利要求1所述的定子永磁型双凸极盘式电机,其特征在于:所述永磁体(2)材料为钕铁硼。
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