CN105680649A - 一种轴向径向磁通双凸极永磁电机 - Google Patents

一种轴向径向磁通双凸极永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴向径向磁通双凸极永磁电机，包括下轴向转子、永磁环、下轴向定子、上轴向定子、径向转子、径向定子、上轴向转子以及转轴；径向转子设置于径向定子内，永磁环环绕镶嵌于径向定子内；转轴依次穿过上轴向定子、上轴向转子、径向转子、下轴向转子以及下轴向定子，且上轴向转子、径向转子和下轴向转子固定安装在转轴上；上轴向定子和下轴向定子分别固定安装在径向定子的上下端面上，转轴上下两端分别转动式安装在上轴向定子和下轴向定子上。本发明的电机内部形成一组径向磁通以及两组轴向磁通，结合了轴向磁通电机与双凸极电机的优点，电枢反应小、转动惯量小、起动转矩大、起动电流小、出力大，增强了运行安全性。

Description

一种轴向径向磁通双凸极永磁电机
技术领域
本发明涉及电机制造技术领域，特别是一种轴向磁通双凸极永磁电机。
背景技术
上世纪90年代，著名电机专家T.A.Lipo等人在对开关磁阻电机深入研究的基础上提出了双凸极电机。双凸极电机继承了开关磁阻电机的双凸极结构，只是在定子上(或转子上)增加一套简单的励磁装置，如永磁体。虽然只是附加了永磁磁场，但是却产生了本质的变化，使得永磁式双凸极电机在电机磁路系统控制等方面与开关磁阻电机相比有较大的区别。
双凸极电机也有缺点，由于凸极齿槽效应，作为电机运行时转矩脉动比较大，难以实现弱磁升速，且普通径向双凸极电机材料没有达到充分利用，电机的功率密度低，因此限制了它的应用。然而对于双凸极电机的研究并未因此止步，国内外专家又在永磁双凸极电机的基础上提出了电励磁双凸极电机和混合励磁双凸极电机。Lipo教授提出了一种轴向磁场中间磁极混合励磁结构，该电机继承了永磁双凸极电机的优点，但也不可避免的附加了气隙多、电励磁效率低的问题。
传统的轴向磁通永磁无刷直流电机将绕组放置于铁心槽中，虽功率密度大，但空载损耗也大；无槽式永磁无刷直流电机虽改善了空载损耗问题，但由于轴向尺寸长，限制了电机的安装应用。同时，永磁体位于转子中，转子机械强度受到影响，当电机高速旋转时，永磁体容易脱落，造成不可逆转的影响。鉴于此，有学者提出了轴向磁通双定子电机，该电机有两个定子，转子位于两定子中间，这种电机虽然转子的转动惯量很小，结构紧凑，但是制作工艺较为复杂，成本高，不利于推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁密均匀、出力大、运行可靠且功率密度大的轴向径向磁通双凸极永磁电机，适用于高转速运行。
本发明采取的技术方案具体为：一种轴向径向磁通双凸极永磁电机，包括下轴向转子、永磁环、下轴向定子、上轴向定子、径向转子、径向定子、上轴向转子以及转轴；径向转子设置于径向定子的圆筒内，在径向定子的圆筒内壁上间隔设有径向定子电凸极，在径向转子的外围间隔设有径向转子电凸极；永磁环环绕镶嵌于径向定子的圆筒内部；在上轴向转子的上侧面间隔设有上转子电凸极；在上轴向定子的下侧面间隔设有上定子电凸极；在下轴向转子的下侧面间隔设有下转子电凸极；在下轴向定子的上侧面间隔设有下定子电凸极；转轴至上而下依次穿过上轴向定子、上轴向转子、径向转子、下轴向转子以及下轴向定子，且上轴向转子、径向转子和下轴向转子固定安装在转轴上；上轴向定子和下轴向定子分别固定安装在径向定子的上下端面上，转轴上下两端分别转动式安装在上轴向定子和下轴向定子上。
采用径向转子与径向定子形成径向磁通以及下轴向转子与下轴向定子、上轴向定子与上轴向转子形成的两组轴向磁通，结合了轴向磁通电机与双凸极电机的优点，电枢反应小、转动惯量小、起动转矩大、起动电流小、出力大，增强了运行安全性；将上轴向定子和下轴向定子分别固定安装在径向定子的上下端面上实现了三个定子的相对安装，将上轴向转子、径向转子和下轴向转子固定安装在转轴上实现了三个转子的同步转动，从而在一个电机上实现了轴向径向磁通的双凸极结构，且轴向径向磁通双凸极永磁电机具有良好的调速性能，能够实现无极平滑调速、调速范围宽。
作为本发明的进一步限定方案，在径向定子的圆筒内壁上等间隔设有六个径向定子电凸极，在径向转子的外围等间隔设有四个径向转子电凸极，且在径向定子电凸极与径向转子电凸极之间设有气隙，使径向定子与径向转子构成6/4双凸极结构。采用径向定子与径向转子构成6/4双凸极结构具有较好的电机性能。
作为本发明的进一步限定方案，在上轴向转子的上侧面间隔设有两个上转子电凸极，在上轴向定子的下侧面间隔设有三个上定子电凸极，在下轴向转子的下侧面间隔设有两个下转子电凸极，在下轴向定子的上侧面间隔设有三个下定子电凸极，且在上转子电凸极与上定子电凸极之间以及下转子电凸极与下定子电凸极之间均设有气隙。采用上转子电凸极与上定子电凸极之间以及下转子电凸极与下定子电凸极构成两个3/2双凸极结构，与径向的6/4双凸极结构相对应，确保电机的输出性能。
作为本发明的进一步限定方案，上转子电凸极、上定子电凸极、下转子电凸极以及下定子电凸极均为扇形，且均环绕转轴均匀设置。采用扇形电凸极具有较大的磁通面，确保轴向磁通性能。
作为本发明的进一步限定方案，在上定子电凸极、下定子电凸极以及径向定子电凸极上均绕制有集中式电枢绕组。
本发明的有益效果：（1）采用径向转子与径向定子形成径向磁通以及下轴向转子与下轴向定子、上轴向定子与上轴向转子形成的两组轴向磁通，结合了轴向磁通电机与双凸极电机的优点，电枢反应小、转动惯量小、起动转矩大、起动电流小、出力大，增强了运行安全性；（2）将上轴向定子和下轴向定子分别固定安装在径向定子的上下端面上实现了三个定子的相对安装，将上轴向转子、径向转子和下轴向转子固定安装在转轴上实现了三个转子的同步转动，从而在一个电机上实现了轴向径向磁通的双凸极结构，且轴向径向磁通双凸极永磁电机具有良好的调速性能，能够实现无极平滑调速、调速范围宽。
附图说明
图1所示为本发明的结构示意图；
图2所示为本发明的组装结构示意图。
其中：1、下轴向转子，2、永磁环，3、下轴向定子，4、上轴向定子，5、径向转子，6、径向定子，7、上轴向转子，8、转轴，9、上转子电凸极，10、上定子电凸极，11、下定子电凸极，12、下转子电凸极，13、径向转子电凸极，14、径向定子电凸极，15、集中式电枢绕组。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进步一说明。
如图1和2所示，本发明的轴向径向磁通双凸极永磁电机包括：下轴向转子1、永磁环2、下轴向定子3、上轴向定子4、径向转子5、径向定子6、上轴向转子7以及转轴8。
其中，径向转子5设置于径向定子6的圆筒内，在径向定子6的圆筒内壁上间隔设有径向定子电凸极14，在径向转子5的外围间隔设有径向转子电凸极13；永磁环2环绕镶嵌于径向定子6的圆筒内部；在上轴向转子7的上侧面间隔设有上转子电凸极9；在上轴向定子4的下侧面间隔设有上定子电凸极10；在下轴向转子1的下侧面间隔设有下转子电凸极12；在下轴向定子3的上侧面间隔设有下定子电凸极11；转轴8至上而下依次穿过上轴向定子4、上轴向转子7、径向转子5、下轴向转子1以及下轴向定子3，且上轴向转子7、径向转子5和下轴向转子1固定安装在转轴8上；上轴向定子4和下轴向定子3分别固定安装在径向定子6的上下端面上，转轴8上下两端分别转动式安装在上轴向定子4和下轴向定子3上。
如图1和2所示，在径向定子6的圆筒内壁上等间隔设有六个径向定子电凸极14，在径向转子5的外围等间隔设有四个径向转子电凸极13，且在径向定子电凸极14与径向转子电凸极13之间设有气隙，使径向定子6与径向转子5构成6/4双凸极结构；在上轴向转子7的上侧面间隔设有两个上转子电凸极9，在上轴向定子4的下侧面间隔设有三个上定子电凸极10，在下轴向转子1的下侧面间隔设有两个下转子电凸极12，在下轴向定子3的上侧面间隔设有三个下定子电凸极11，且在上转子电凸极9与上定子电凸极10之间以及下转子电凸极12与下定子电凸极11之间均设有气隙；上转子电凸极9、上定子电凸极10、下转子电凸极12以及下定子电凸极11均为扇形，且均环绕转轴8均匀设置；在上定子电凸极10、下定子电凸极11以及径向定子电凸极14上均绕制有集中式电枢绕组15。
本发明的轴向径向磁通双凸极永磁电机工作原理为：各结构组成相当于形成了三组电机，即由下轴向转子1和下轴向定子3以及上轴向定子4和上轴向转子7构成的两组轴向磁通电机，以及由径向转子5和径向定子6构成的一个径向磁通电机。三组电机的电凸极绕组同时通电后，镶嵌于径向定子6中的永磁环2产生主磁场，由于磁通总是遵循磁阻最小原理，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，使得磁场发生扭曲，带动电机旋转。随着径向转子5位置的变化，径向定子5绕组自感发生变化从而产生了磁阻转矩，永磁磁链的变化产生了永磁转矩。而两组轴向磁通电机由于没有任何励磁装置，因此只产生磁阻转矩。若要使电机正转，只需在永磁磁链上升区通入正电，下降通入负电即可；若要使电机反转，只需在永磁磁链上升区通负电，下降区通正电即可。

Claims (5)

1.一种轴向径向磁通双凸极永磁电机，其特征在于：包括下轴向转子（1）、永磁环（2）、下轴向定子（3）、上轴向定子（4）、径向转子（5）、径向定子（6）、上轴向转子（7）以及转轴（8）；径向转子（5）设置于径向定子（6）的圆筒内，在径向定子（6）的圆筒内壁上间隔设有径向定子电凸极（14），在径向转子（5）的外围间隔设有径向转子电凸极（13）；永磁环（2）环绕镶嵌于径向定子（6）的圆筒内部；在上轴向转子（7）的上侧面间隔设有上转子电凸极（9）；在上轴向定子（4）的下侧面间隔设有上定子电凸极（10）；在下轴向转子（1）的下侧面间隔设有下转子电凸极（12）；在下轴向定子（3）的上侧面间隔设有下定子电凸极（11）；转轴（8）至上而下依次穿过上轴向定子（4）、上轴向转子（7）、径向转子（5）、下轴向转子（1）以及下轴向定子（3），且上轴向转子（7）、径向转子（5）和下轴向转子（1）固定安装在转轴（8）上；上轴向定子（4）和下轴向定子（3）分别固定安装在径向定子（6）的上下端面上，转轴（8）上下两端分别转动式安装在上轴向定子（4）和下轴向定子（3）上。
2.根据权利要求1所述的轴向径向磁通双凸极永磁电机，其特征在于：在径向定子（6）的圆筒内壁上等间隔设有六个径向定子电凸极（14），在径向转子（5）的外围等间隔设有四个径向转子电凸极（13），且在径向定子电凸极（14）与径向转子电凸极（13）之间设有气隙，使径向定子（6）与径向转子（5）构成6/4双凸极结构。
3.根据权利要求1或2所述的轴向径向磁通双凸极永磁电机，其特征在于：在上轴向转子（7）的上侧面间隔设有两个上转子电凸极（9），在上轴向定子（4）的下侧面间隔设有三个上定子电凸极（10），在下轴向转子（1）的下侧面间隔设有两个下转子电凸极（12），在下轴向定子（3）的上侧面间隔设有三个下定子电凸极（11），且在上转子电凸极（9）与上定子电凸极（10）之间以及下转子电凸极（12）与下定子电凸极（11）之间均设有气隙。
4.根据权利要求1所述的轴向径向磁通双凸极永磁电机，其特征在于：上转子电凸极（9）、上定子电凸极（10）、下转子电凸极（12）以及下定子电凸极（11）均为扇形，且均环绕转轴（8）均匀设置。
5.根据权利要求1所述的轴向径向磁通双凸极永磁电机，其特征在于：在上定子电凸极（10）、下定子电凸极（11）以及径向定子电凸极（14）上均绕制有集中式电枢绕组（15）。
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