CN107276349A - 一种轴向磁场定子分割式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向磁场定子分割式永磁电机，包括定子、转子、三相电枢绕组和脉冲励磁绕组电枢绕组采用集中绕组，电枢绕组缠绕在两个相邻的H型单元定子铁心的定子齿上，铝镍钴永磁体成N、S极相间分布在相邻H型单元定子铁心中间，励磁绕组缠绕在铝镍钴永磁体上，转子采用盘式结构，转子盘上呈放射状均匀放置N、S极相间的钕铁硼永磁体，定子和转子同轴相连。本发明提高了电机的功率密度，同时加入铝镍钴永磁体在线调节功能，使其还具备较宽的转速运行范围，适用于轴向尺寸要求较小、结构紧凑、需弱磁扩速的相关驱动场合。

Description

一种轴向磁场定子分割式永磁电机

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体说是一种轴向磁场定子分割式永磁电机。

背景技术

随着稀土永磁材料性能的不断提高，永磁电机由于其高效率、高功率密度、结构简单等优点，在航空、航天和汽车等领域获得了广泛的应用。在各种各样的永磁电机中，轴向磁场永磁电机，又称为盘式电机，不仅具有轴向尺寸短、体积小、结构紧凑等特点，而且由于其高转矩密度和高效率，在很多特殊应用场合具有明显优越性，已经成为研究的热点，主要应用于运动控制，特别适用于轴向尺寸要求较小且有大转矩需求的直驱场合，如电动汽车轮毂电机。

作为驱动用的永磁同步电机，希望电机工作在低速恒转矩区时的气隙磁场足够高，有较高的力能指标；而电机工作在高速恒功率区时，应能使气隙磁场削弱地足够低，使电机有较宽的调速范围。常规的轴向磁场永磁同步电机由于钕铁硼等永磁材料的固有特性，电机内气隙磁场基本保持恒定，限制了其在诸如电动汽车等宽调速直驱场合的应用。目前人们为了保持永磁电机在较宽速度范围内恒功率运行，纷纷采用弱磁扩速技术来扩大永磁电机在高速状态下的输出功率。现有技术中对永磁电机实现弱磁控制的方案主要有两种，一是通过控制器调节电枢电流，利用电枢绕组中直轴电流分量产生的去磁磁势去抵消一部分永磁体产生的励磁磁势，从而达到削弱主磁通的目的；二是采用混合励磁方案，即在传统永磁电机的基础上再增加一个直流励磁线圈，在基速以上此直流线圈产生的磁动势作为去磁磁势，来达到削弱磁通的目的。上述方案虽然能达到削弱磁通的目的，但是需要增加控制器或直流励磁线圈，会引起铜耗的增加，进而导致系统在高速区效率降低，并且可能会引起永磁体不可逆退磁。

因此，如何实现永磁电机的气隙磁场可调成为近年来电机领域的一个研究热点，一种通过改变永磁体磁化水平来实现气隙磁场调节，被称为真正意义上的可变磁通永磁电机。该类电机采用高剩磁、低矫顽力的永磁材料--铝镍钴，利用直流脉冲绕组电流或三相定子绕组电流产生的直轴电枢磁动势来控制其磁化强度，并且其磁化水平能被记忆住，从而实现气隙永磁磁场的灵活调节，在不牺牲电机其他性能指标前提下，实现了宽调速范围运行。

东南大学林鹤云等提出了一种轴向磁场定子分割式磁通切换型记忆电机，该电机虽能通过脉冲励磁绕组上施加不同电流，实现电机气隙磁场可调，但该电机仅采用了矫顽力相对较低的铝镍钴永磁体，电机的最大气隙磁通很难达到钕铁硼永磁电机的水平，电机力能指标不尽如人意；或者为了获得足够的磁通，必须采用较厚的永磁材料，而且增磁和去磁磁通又通过电机的气隙，这就导致所需的调磁脉冲磁动势较大，增大了绕组容量。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种轴向磁场定子分割式永磁电机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种轴向磁场定子分割式永磁电机，包括定子、转子、三相电枢绕组和脉冲励磁绕组，所述转子有2个，分别同轴设置于所述定子两侧，定子与两侧的转子同轴安装在安装轴上，所述定子由一组H型单元定子铁心环绕拼接构成，相邻的H型单元定子铁心之间夹设有铝镍钴永磁体；所述H型单元定子铁心的伸出部为定子齿，所述三相电枢绕组有2套，分别匝绕于所述定子侧的定子齿上，所述脉冲励磁绕组首尾串联匝绕于所述铝镍钴永磁体上；所述转子包括转子盘和钕铁硼永磁体，所述钕铁硼永磁体为扇形条状，每个所述转子盘径向粘贴有一组轴向充磁、N极S极相间的的钕铁硼永磁体。使用时，通过控制脉冲励磁绕组的脉冲电流大小和方向来调整铝镍钴永磁体的磁化状态，从而控制了永磁电机气隙合成磁场的强弱。

本发明进一步的设计方案中，上述三相电枢绕组的单元绕圈匝绕于相邻两个所述H型单元定子铁心的相邻的定子齿上，构成一个定子极，所述转子盘上单个钕铁硼永磁体构成一个转子极，定子极数与转子极数之比为6:5，所述定子上的2套所述三相电枢绕组镜像对称。

本发明进一步的设计方案中，上述定子与转子的转子盘为导磁材料硅钢片制成。

本发明进一步的设计方案中，上述定子的铝镍钴永磁体切向充磁，相邻的铝镍钴永磁体磁化方向相反。

本发明进一步的设计方案中，上述三相电枢绕组和脉冲励磁绕组均采用集中绕组型式。

本发明进一步的设计方案中，上述钕铁硼永磁体通过厌氧胶粘贴于所述转子盘表面。扇形钕铁硼永磁体呈放射状均匀粘贴在转子盘上。

在本发明的轴向磁场定子分割式永磁电机中，电枢绕组采用集中绕组，电枢绕组缠绕在两个相邻的H型单元定子铁心的定子齿上，铝镍钴永磁体成N、S极相间分布在相邻H型单元定子铁心中间，励磁绕组缠绕在铝镍钴永磁体上，转子采用盘式结构，转子盘上呈放射状均匀放置N、S极相间的钕铁硼永磁体，定子和转子同轴相连。本发明提高了电机的功率密度，同时加入铝镍钴永磁体在线调节功能，使其还具备较宽的转速运行范围，适用于轴向尺寸要求较小、结构紧凑、需弱磁扩速的相关驱动场合。

本发明具有以下突出的有益效果：

1. 本发明的轴向磁场定子分割式永磁电机，集中了盘式永磁电机和记忆电机的优点同时，本发明电机结构上保留了盘式永磁电机结构紧凑、漏磁小的特点，制造方便，很适合应用于薄型安装的场合，如航空航天、电动汽车和风力发电等领域。

2.本发明电机整个电机整体结构简单。由于电机采用了轴向磁场定子永磁型结构，轴向尺寸较短，铝镍钴永磁体、脉冲绕组、电枢绕组均置于定子中，易于散热、冷却。转子上仅粘贴了钕铁硼永磁体。定子采用 H型单元定子铁心结构，可大大简化制造工艺。

3.本发明的电机的三相电枢绕组和脉冲励磁绕组均采用集中绕组型式，有效地降低了端部长度，节省了铜导线材料。

4.本发明的电机采用的是双转子单定子结构，相对单转子的电机，输出转矩大大提高了。

4.本发明电机的转子上永磁体均采用表贴式结构，采用厌氧胶将永磁体粘贴于盘表面，制造方便，极大地减少了电机的漏磁，提高了永磁体的利用率；同时，表贴式安装方式有利于电机永磁材料的散热，降低热损，进一步提高电机的运行效率。

附图说明

图1是实施例中轴向磁场定子分割式永磁电机的结构示意图；

图2是实施例中电机额定运行铝镍钴永磁体充磁时磁通路径图；

图3是实施例中电机轻载或者高速运转铝镍钴永磁体去磁时磁通路径图；

图中，1-定子，2-转子，3-三相电枢绕组，4-脉冲励磁绕组，5-H型单元定子铁心，6-铝镍钴永磁体，7-定子齿，8-转子盘，9-钕铁硼永磁体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例

参见附图1，一种轴向磁场定子分割式永磁电机，包括定子1、转子2、三相电枢绕组3和脉冲励磁绕组4，转子2有2个，分别同轴设置于定子1两侧，定子1由一组12个H型单元定子铁心5环绕粘贴拼接构成，相邻的H型单元定子铁心5之间夹设有铝镍钴永磁体6；构成双转子2中间定子1的双气隙盘式永磁电机。H型单元定子铁心5的伸出部为定子齿7，三相电枢绕组3有2套，分别匝绕于定子1两侧的定子齿7上，三相电枢绕组3的单元绕圈匝绕于相邻两个H型单元定子铁心5的相邻的定子齿7上，构成一个定子极，转子盘8上单个钕铁硼永磁体9构成一个转子极，本实施例中定子极数为12，转子极数为10， 定子1上左右2套三相电枢绕组3镜像对称。脉冲励磁绕组4首尾串联匝绕于铝镍钴永磁体6上；定子1的铝镍钴永磁体6切向充磁，相邻的铝镍钴永磁体6磁化方向相反。三相电枢绕组3和脉冲励磁绕组4均采用集中绕组型式；转子2包括转子盘8和钕铁硼永磁体9，钕铁硼永磁体9为扇形条状，每个转子盘8径向粘贴有一组轴向充磁、N极S极相间的的钕铁硼永磁体9。两个转子2结构对称，钕铁硼永磁体9通过厌氧胶粘贴于转子盘8表面。定子1与转子2的转子盘8为导磁材料硅钢片制成。

本实施例的永磁电机工作原理如下：

如图2所示，当电机额定运行时，通过给匝绕在铝镍钴永磁体6上的脉冲励磁绕组4施加正向额定直流脉冲磁化电流，铝镍钴永磁体6具有并保持较高轴向磁化水平，此时磁力线从钕铁硼永磁体9出发，经过由定子齿7和转子极之间构成的空隙形成的气隙、定子齿7、铝镍钴永磁体6、定子齿7、气隙、钕铁硼永磁体9、转子盘8，产生最大的气隙磁场；

如图3所示，当轻载或者电机高速运转时，通过给匝绕在铝镍钴永磁体6上的脉冲励磁绕组4施加反向直流脉冲磁化电流，降低铝镍钴永磁体6的磁化水平，即铝镍钴永磁体6产生的磁通减少，甚至将铝镍钴永磁体6磁性降为零，大大降低气隙磁场。因此通过施加不同的直流脉冲磁化电流可以在线调节气隙磁场，提高了电机弱磁能力和恒功率运行效率。

本发明可以使电机轴向尺寸变短，提高电机的功率密度，而同时具备较宽的转速运行范围，且空载气隙磁场可调，非常适于作为电动汽车的高功率、高转矩能力的轮毂驱动电机。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，包括定子（1）、转子（2）、三相电枢绕组（3）和脉冲励磁绕组（4），所述转子（2）有2个，分别同轴设置于所述定子（1）两侧，所述定子（1）由一组H型单元定子铁心（5）环绕拼接构成，相邻的H型单元定子铁心（5）之间夹设有铝镍钴永磁体（6）；所述H型单元定子铁心（5）的伸出部为定子齿（7），所述三相电枢绕组（3）有2套，分别匝绕于所述定子（1）两侧的定子齿（7）上，所述脉冲励磁绕组（4）首尾串联匝绕于所述铝镍钴永磁体（6）上；所述转子（2）包括转子盘（8）和钕铁硼永磁体（9），所述钕铁硼永磁体（9）为扇形，每个所述转子盘（8）径向粘贴有一组轴向充磁、N极S极相间的钕铁硼永磁体（9）。

2.根据权利要求1所述的轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，所述三相电枢绕组（3）的单元绕圈匝绕于相邻两个所述H型单元定子铁心（5）的相邻的定子齿（7）上，构成一个定子极，所述转子盘（8）上单个钕铁硼永磁体（9）构成一个转子极，定子极数与转子极数之比为6:5，所述定子（1）上的2套所述三相电枢绕组（3）镜像对称。

3.根据权利要求1所述的轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，所述定子（1）与转子（2）的转子盘（8）为导磁材料硅钢片制成。

4.根据权利要求1所述的轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，所述定子（1）的铝镍钴永磁体（6）切向充磁，相邻的铝镍钴永磁体（6）磁化方向相反。

5.根据权利要求1所述的轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，所述三相电枢绕组（3）和脉冲励磁绕组（4）均采用集中绕组型式。

6.根据权利要求1所述的轴向磁场定子分割式永磁电机，其特征在于，所述钕铁硼永磁体（9）通过厌氧胶粘贴于所述转子盘（8）表面。