CN105990979B - 一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构 - Google Patents
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Abstract
一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构。无刷直流电机的励磁可以通过调节外加励磁电流的大小，调节电动机的输出转矩和速度高低，既可以在低速时输出大转矩，又可以具有较高的转速，这种电机与传统的无刷直流电机相比，具有更好的调速性能和低速大扭矩特性，省去了价格昂贵的稀土永久磁钢，成本将有显著的降低，可靠性有所提高，可以适用于温度较高的场所。无刷直流电机的磁场波形必须为梯形波，且要求磁场梯形波的上边宽度要达到120电角度。当电机功率较大时，为了提高转子的散热能力，电机每极的励磁绕组常为双联绕组，每极有4个励磁绕组槽，会在内外槽之间产生漏磁问题，本发明将内外槽中间靠近槽口部分的铁芯去掉，加工成一个大槽口，内外槽公用一个槽口，隔断了漏磁磁路，减少漏磁，增加主磁通，提高了电机功率，提高了电机效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电动机，特别是一种电励磁无刷直流电动机。
背景技术
电励磁无刷直流电机可以通过调节外加励磁电流的大小，调节电动机的输出转矩和速度高低，使电动机的外特性符合设备所需要的负载特性，既可以在低速时输出大转矩，又可以具有较高的转速。这种电机与传统的无刷直流电机相比，具有更好的调速性能和低速大扭矩特性，且省去了价格昂贵的稀土永久磁钢，成本将有显著的降低，可靠性有所提高，可以适用于温度较高的场所。电励磁无刷直流电机具有良好的调速性能，特别适合电动汽车、搅拌设备、注塑机械、牵引设备、起重设备，是无刷直流电机的一种更新换代产品。
为了使无刷直流电机具有高转矩特性，无刷直流电机的磁场波形必须为梯形波(也称矩形波)，无刷直流电机通常采用60度一换向，每相绕组的连续导通时间为120度电角度，这就要求转子励磁磁场为梯形波，且梯形波的上边宽度达到 120 电角度，反映到转子磁场内部，即要求无刷直流电机的每极励磁磁力线集中在磁极表面中心处三分之二的弧面区间通过，超出这个三分之二弧面通过的磁力线均不能对电机产生有用的转矩。
在现有电机行业中，以转子励磁结构的电机均是以产生正旋波磁场为目的的转子结构，每极励磁槽数较多，励磁槽按能产生正旋波磁场的要求分布，以使励磁磁场形成沿磁极表面近似正旋分布的磁场波形，在磁极中心的磁场最强，磁极边缘处最弱，这与无刷直流电机需要的梯形波磁场矛盾。特别是当电机功率较大时，为了提高转子的散热能力，电机每极的励磁绕组常为双联绕组，即每极励磁绕组槽数为 4 槽，转子励磁绕组槽数多，每槽的励磁绕组匝数变少，励磁绕组距转子铁芯的距离近，当励磁电流通通过时产生的热量变小，且产生的热量及时传到转子铁芯散去，不至于使绕组温升太高。以双联绕组为例，每极中心线两端各有2个励磁绕组槽，称为内槽和外槽，每极共4个励磁绕组槽。当励磁绕组通有励磁电流时，在绕组所包围的磁极表面将有磁场产生，即有磁力线通过。内槽绕组所产生的磁力线将通过内槽所包围的磁极表面通过，外槽绕组所产生的磁力线将通过外槽所包围的磁极表面通过，即外槽绕组所产生的磁力线一部分通过内槽所包围的磁极表面，一部分通过外槽与内槽之间的铁芯表面，通过外槽与内槽之间铁芯的磁力线不在磁极中心附近三分之二的极弧表面区间，对电机的主磁场不起作用，白白消耗了电能，可称之为漏磁。每槽绕组产生的磁通量与其安匝数有关，漏磁的产生使通过磁极中心三分之二处的磁力线减少，影响了电机的有效功率，降低了电机效率。
发明内容
本发明的技术解决问题是 ：为电励磁无刷直流电机提供一种特殊转子结构，该结
构可以有效减小内外槽之间的漏磁，增加电机主励磁的磁场强度，使转子磁场波形为梯形波，且梯形波的上边宽度大于 120 电角度。
本发明的技术解决方案是 ：将每极中心线两侧的内外槽中间靠近槽口部分的铁芯去掉，加工成一个大槽口，两槽公用一个槽口，增加了磁力线通过内外槽中间的磁阻，使外槽产生的磁力线尽量通过内槽中间的磁极中间部分，减少漏磁，增加主磁通，提高电机有效功率。励磁绕组槽尽量靠近磁极边缘，使每极左右两公用槽口之间的极弧距离达到整个磁极表面距离的三分之二以上，满足励磁磁场梯形波上边宽度达到 120 电角度的要求。
本发明的原理是 ：励磁绕组槽靠近磁极边缘，左右槽口弧长相距占整个磁极表面的三分之二以上，将内槽和外槽中间的靠近槽口的铁芯去掉，使转子励磁绕组的内外槽开成一个同一的大槽口，切断内外槽中间铁芯的磁路，逼迫外槽所产生的磁力线尽量通过磁极中心三分之二的磁极弧面，这样外槽所产生的磁力线全部产生有用的励磁磁场，提高电机的主磁场，减少漏磁，提高材料利用率。内外槽靠近磁极的边缘处，保证转子励磁绕组产生的磁场具有电机所需要的梯形波磁场，并使磁场梯形波的上边宽度大于 120 电角度。
本发明与现有技术相比的优点在于 ：可以满足转子绕组产生的磁场具有电机所需要的梯形波磁场，并使磁场梯形波的上边宽度大于 120 电角度，减少漏磁，增加主磁通，提高电机功率，提高电机效率。用本发明生产制造的电励磁无刷直流电机能够实现梯形波磁场，增加电机容量，提高电机效率，可保证电励磁无刷直流电机具有良好的性能。
附图说明
图 1 为本发明所述的一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构，如图 1 所示，在转子铁芯上冲制或加工励磁绕组槽，每极的励磁绕组槽对称分布在磁极中心线两侧，将每极中心线两侧的内外槽中间靠近槽口部分的铁芯去掉，形成一个大的槽口，可称为公用槽口，公用槽口隔断了内槽与外槽中间铁芯的磁路，相当于增加了磁阻，逼迫外槽所长生的磁力线尽量全部通过两公用槽口之间的极弧面。
所去掉的内外槽中间靠近槽口处的铁芯部分要控制适当，去掉的铁芯高度大约为电机气隙长的3～5倍，如果去的太多将影响电机励磁绕组产生的热量及时传走，如果去的太少将对漏磁的抑制作用太小，外槽所产生的励磁磁力线会仍有部分通过内外槽的中间部分溜走。
将每极中心线两侧的内外槽中间靠近槽口部分的铁芯去掉后，在内外槽中间加工成一个大槽口，两槽公用一个槽口。为了励磁绕组散热和强度的影响，内外槽要相距一定的距离，两槽公用一个槽口后，内外槽采用不对称槽结构，内槽出线偏向外，外槽出线偏向内，在保证内外槽有足够的槽形面积的前提下，尽量使公用槽口宽度不至于太大。
为了使励磁磁场波形为梯形波，励磁绕组槽的位置尽量远离磁极的极中心线，即励磁绕组槽尽量靠近磁极的边缘处，使磁极两侧公用槽口之间的弧长距离达到整个磁极表面弧长的三分之二以上。
在励磁绕组下线时内槽绕组通过公用槽口安放在内槽中，外槽绕组通过公用槽口安放在外槽中，最后用槽楔将槽口封死，防止绕组甩出。
当槽中的励磁绕组通有励磁电流时，内外槽绕组所产生的磁力线几乎全部通过公用槽口之间的磁极表面，并将在转子表面形成 N 极、S 极交替分布的磁场，当定子电枢绕组同电后，定子电枢磁场将于转子磁场耦合产生转矩，带动负载设备运行。
转子铁芯必须用导磁性能良好的材料制成，推荐使用 A3 钢板或硅钢片冲制叠压而成。
Claims (3)
1.一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构，每极的励磁绕组槽对称分布在磁极中心两侧，其特征在于：将每极中心线两侧的内外槽中间靠近槽口部分的铁芯去掉，加工成一个大槽口，内外槽公用一个槽口；内外槽采用不对称槽结构，内槽出线偏向外，外槽出线偏向内，在保证内外槽有足够的槽形面积的前提下，尽量使公用槽口宽度不至于太大。
2.根据权利要求1所述的一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构，其特征在于：所去掉的内外槽中间靠近槽口处的铁芯部分要控制适当，去掉的铁芯高度为电机气隙长的3~5倍。
3.根据权利要求1所述的一种电励磁无刷直流电机转子铁芯结构，其特征在于：磁极两侧公用槽口之间的弧长距离达到整个磁极表面弧长的三分之二以上。
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