CN107294325A - 一种分区定子盘式双凸极电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分区定子盘式双凸极电机，包括两个定子、导磁外壳、集中电枢绕组、环形集中励磁绕组或环形永磁磁钢和转子。两个定子与转子同轴安装，转子放置在两个定子之间，导磁外壳包覆着两个定子和转子。集中电枢绕组设置在定子上，环形集中励磁绕组设置在导磁外壳上或环形永磁磁钢嵌放在导磁外壳中。本发明在定子侧加上了集中环形励磁绕组或环形永磁磁钢，定子侧结构简单；同时，集中环形励磁绕组或环形永磁磁钢围绕转子设置，转子上无绕组，结构简单，电机空间利用率高，提高了电机的转矩密度和功率密度。除此之外，本发明采用了盘式结构，电机轴向长度较短，适合应用于对于电机轴向长度有严格要求的场合，比如电动汽车用电机等场合。

Description

一种分区定子盘式双凸极电机

技术领域

本发明涉及盘式电机领域，更具体的，涉及一种分区定子盘式双凸极电机。

背景技术

随着新能源产业的发展，风力发电、电动汽车等领域成为了我国新能源发展的重要组成部分。而电机作为能量转换的重要环节，在新能源产业的发展中起着关键的作用。

双凸极电机作为一种性能良好的新型电机受到了人们的关注。双凸极电机的定转子呈双凸极结构，转子结构简单，既无永磁体，也无励磁绕组，具有较低的转动惯量和快速动态响应特性；同时，具有功率密度高，结构简单、容错性能好、控制灵活等优点。然而，目前的双凸极电机需要在定子侧嵌放多个径向充磁或者切向充磁的永磁体，或者绕制多个励磁绕组，定子侧结构相对复杂。同时，目前的双凸极电机大多轴向长度较长，在某些长度有要求的应用场合受到限制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种分区定子盘式双凸极电机，以提高电机的转矩密度和功率密度，解决现有技术存在的电机体积较大、定子结构复杂等问题。

本发明提出的一种分区定子盘式双凸极电机，包括同轴安装的第一定子、第二定子、转子结构、导磁外壳、环形集中励磁绕组和集中电枢绕组；其中：

所述转子结构包括M个转子铁芯块和一个非导磁支架；非导磁支架上开有M个均匀分布的孔，用于安装所述M个转子铁芯块；所述M个转子铁芯块为转子凸极，相邻的两个转子铁芯块之间的槽为转子槽，每个转子槽的结构、尺寸大小相同(转子凸极与槽结构共同使转子磁阻变化，从而导致磁链变化)；

所述转子结构位于第一定子和第二定子之间，三者共轴设置；转子结构与第一定子与第二定子上的定子齿齿面之间气隙尺寸相同；所述第一定子与第二定子结构、尺寸相同，在第一定子和第二定子内壁上都均匀分布有N个结构、尺寸、设置位置相同的定子齿，所有定子齿构成电机的定子凸极；相邻的两个定子齿之间的槽为定子槽，每个定子槽的结构、尺寸相同；2N个集中电枢绕组线圈嵌在定子槽内且分别环绕在第一定子和第二定子的各个定子齿上；全部集中电枢绕组线圈平均分成m相，每2N/m个集中绕组线圈串联或者并联构成电机的一相绕组；

所述环形集中励磁绕组用于产生励磁磁场，其同轴安装在所述导磁外壳的内侧，和导磁外壳一体同轴套设在所述第一定子、第二定子和转子结构上；所述导磁外壳与两端的第一定子、第二定子相连，形成闭合磁路。

进一步的，所述环形集中励磁绕组采用环形永磁磁钢替代，该环形永磁磁钢尺寸与导磁外壳相当，嵌在导磁外壳上，与其共同以电机转轴为轴线，用于产生励磁磁场。

进一步的，所述的转子铁芯块采用硅钢片沿径向叠压制成。

进一步的，所述的定子齿采用硅钢片冲制或者SMC材料压制而成。

进一步的，所述非导磁支架采用铝合金制成。

进一步的，所述定子齿数与转子铁芯块数的比例为N/M＝2mk/(2mk±2k)，m为整数，表示电机的相数，k为整数。

进一步的，所述的定子齿与转子铁芯块在垂直于电机轴的截平面为扇形结构，定子槽与转子槽在垂直于电机轴的截平面为矩形或者扇形结构。

进一步的，所述M≥1，且为整数。

进一步的，所述N≥1，且为整数。

有益效果：本发明提出了一种分区定子盘式双凸极电机，集中了盘式电机和双凸极电机的优点，在定子侧加上了集中环形励磁绕组或环形永磁磁钢，定子侧结构简单；同时，集中环形励磁绕组或环形永磁磁钢围绕转子设置，有效地利用了电机的有限空间，提高了电机的转矩密度和功率密度；除此之外，本发明保留了双凸极电机结构简单的特点，制造方便；最后，本发明采用了盘式结构，电机轴向长度较短，适合应用于对于电机轴向长度有严格要求的场合，比如电动汽车用电机等场合。

附图说明

图1为本发明分区定子盘式双凸极电机采用集中环形励磁绕组的三维结构示意图；

图2(a)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用集中环形励磁绕组的半剖图；图2(b)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用环形永磁磁钢的半剖图；

图3(a)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用集中环形励磁绕组局部视图；图3(b)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用环形永磁磁钢的局部视图；

图4为本发明分区定子盘式双凸极电机的转子结构图；

图5(a)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用集中环形励磁绕组的励磁磁路示意图；图5(b)为本发明分区定子盘式双凸极电机采用环形永磁磁钢的励磁磁路示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一定子,2-第二定子,3-转子铁芯块,4-转子支架,5-转子结构,6-导磁外壳,7-环形集中励磁绕组,8-多相集中电枢绕组,9-定子齿,10-环形永磁磁钢。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合附图对本发明做进一步的解释。

结合图1、图2(a)和(b)、图3(a)和(b)、图4和图5(a)和(b)，一种分区定子盘式双凸极电机，包括同轴安装的第一定子1、第二定子2、转子铁芯块3和转子支架4构成转子结构5、导磁外壳6、环形集中励磁绕组7或环形永磁磁钢10、集中电枢绕组8。转子结构5包括M个转子铁芯块3以及一个非导磁支架4，如图4所示。非导磁支架4上开有M个均匀分布的孔，将M个转子铁芯块3分别设置在非导磁支架4的M个孔上，转子铁芯块3为转子凸极，相邻的两个转子铁芯块之间的槽为转子槽，每个转子槽的尺寸大小相同。所述转子结构5位于第一定子1和第二定子2之间，并且所述转子结构5分别与第一定子1与第二定子2上的定子齿9的齿面沿轴向有相同长度的气隙间隔；所述第一定子1与第二定子2结构相同，在第一定子1和第二定子2铁芯的内壁上分别均匀分布着N个形状相同的定子齿9，定子齿构成电机的定子凸极。相邻的两个定子齿之间的槽为定子槽，每个定子槽的尺寸大小相同。2N个集中电枢绕组线圈8分别环形设置在第一定子1和第二定子2的每个定子齿9上，平均分成m相，每2N/m个集中绕组线圈串联或者并联构成电机的一相绕组。导磁外壳6包覆着两个定子1与2和转子结构5，构成励磁磁路的一部分，如图2所示。若采用集中环形励磁绕组7时，励磁绕组设置在导磁外壳6的内部。若采用环形永磁磁钢10时，环形永磁磁钢设置在导磁外壳6处。

所述的转子铁芯块3采用硅钢片沿径向叠压制成；

所述的定子齿9采用硅钢片冲制或者SMC材料压制而成；

所述非导磁转子支架4采用铝合金制成；

所述定子齿9的数量与转子铁芯块3的数量配合为N/M＝2mk/(2mk±2k)，k为整数。

所述的定子齿与转子铁芯块均采用扇形结构，定子槽与转子槽为矩形或者扇形结构。

实施例

以三相12/8分区定子盘式双凸极电机为例

结合图1、图2(a)和(b)、图3(a)和(b)、图4和图5(a)和(b)，单边定子齿数为12，转子齿数为8的三相12/8分区定子盘式双凸极电机，包括同轴安装的第一定子1、第二定子2、转子铁芯块3、转子支架4、转子结构5、导磁外壳6、环形集中励磁绕组7、3相集中电枢绕组8、定子齿9。转子结构5包括8个转子铁芯块3以及一个非导磁支架4。非导磁支架4上开有8个均匀分布的孔，将8个转子铁芯块3分别设置在非导磁支架4的8个孔上，转子铁芯块3构成转子凸极。所述转子结构5位于第一定子1和第二定子2之间，并且所述转子结构5分别与第一定子1与第二定子2上的定子齿9之间有相同长度的轴向气隙间隔；所述第一定子1与第二定子2结构相同，在第一定子1和第二定子2铁芯的内壁上分别均匀分布着12个形状相同的定子齿9，定子齿9构成电机的定子凸极。相邻的两个定子齿9之间的槽为定子槽，每个定子槽的尺寸大小相同。24个槽内有24个集中电枢绕组线圈8分别环形设置在第一定子1和第二定子2的每个定子齿9上。导磁外壳6包覆着第一定子1、第二定子2和转子结构5，作为励磁磁路的一部分；整个电机通过导磁外壳设在电机基座上。环形集中励磁绕组7环形绕着转子结构5，安装在导磁外壳6的内部。

作为一种选择，可采用环形永磁磁钢10代替环形集中励磁绕组7，将环形永磁磁钢嵌设在导磁外壳上，与导磁外壳构成一个整体，形成闭合磁回路。

作为一种选择，转子铁芯块3采用硅钢片沿径向叠压制成；

作为一种选择，所述的定子齿9采用硅钢卷冲制或者SMC材料压制而成；

作为一种选择，所述非导磁转子支架4采用铝合金制成。

作为一种选择，所述的定子齿与转子铁芯块均采用扇形结构，定子槽与转子槽为矩形或者扇形结构。

运行原理：

作为发电机使用时，在所述的环形集中励磁绕组7中通入直流励磁电流或者环形永磁磁钢10励磁，形成的励磁磁路依次分别如图5(a)和5(b)所示。所述的转子结构5被原动机拖动旋转，由于气隙磁阻的变化，集中电枢绕组8中铰链的磁链发生变化，感应出电势，从而实现电机的发电运行。如图5所示，定子齿9中的某一相定子齿与转子铁芯块3的某一个铁芯正对时，该定子齿上的集中电枢绕组所铰链的磁链达到最大值；当定子齿9中的某一相定子齿与转子铁芯块3的槽正对时，该定子齿上的集中电枢绕组所铰链的磁链达到最小值，以此往复，集中电枢绕组8所铰链的磁链变化。同时，当采用环形集中励磁绕组7时，通过调节环形集中励磁绕组7中的励磁电流的大小与方向，调节气隙磁场，从而实现发电机电势的调节。

作为电动机使用时，在所述的环形集中励磁绕组7中通入直流励磁电流或者环形永磁磁钢10励磁，形成的励磁磁路依次如图5(a)和5(b)所示。在集中电枢绕组8中通入电枢电流，产生电磁转矩带动转子结构5旋转。根据最小磁阻闭合原理，转子铁芯块3的某一个铁芯与定子齿9中的某一相定子齿正对时，这时磁阻最小。若此时其他任意一相电枢绕组通入电枢电流时，便会在相应的定子齿中产生磁场，产生转矩拖动转子结构5旋转，按一定的次序分别向各向电枢绕组中通入电枢电流，该电机实现电动运行。当采用环形集中励磁绕组7时，通过调节励磁电流的大小和方向，能平滑的调节气隙磁场，从而方便实现电机的弱磁控制。

本发明的分区定子盘式双凸极电机有效的利用了电机的空间和体积，提高了电机的功率密度和转矩密度；电机的结构较为简单，方便制造，降低了制造成本；轴向长度较短，能够应用于对轴向长度有要求的场合。

以上所述实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种分区定子盘式双凸极电机，其特征在于，包括同轴安装的第一定子(1)、第二定子(2)、转子结构(5)、导磁外壳(6)、环形集中励磁绕组(7)和集中电枢绕组(8)；其中：

所述转子结构(5)包括M个转子铁芯块(3)和一个非导磁支架(4)；非导磁支架(4)上开有M个均匀分布的孔，用于安装所述M个转子铁芯块(3)；所述M个转子铁芯块(3)为转子凸极，相邻的两个转子铁芯块之间的槽为转子槽，每个转子槽的结构、尺寸大小相同；

所述转子结构(5)位于第一定子(1)和第二定子(2)之间，三者共轴设置；转子结构(5)与第一定子(1)与第二定子(2)上的定子齿(9)齿面之间气隙尺寸相同；所述第一定子(1)与第二定子(2)结构、尺寸相同，在第一定子(1)和第二定子(2)内壁上都均匀分布有N个结构、尺寸、设置位置相同的定子齿(9)，所有定子齿(9)构成电机的定子凸极；相邻的两个定子齿之间的槽为定子槽，每个定子槽的结构、尺寸相同；2N个集中电枢绕组线圈(8)嵌在定子槽内且分别环绕在第一定子(1)和第二定子(2)的各个定子齿(9)上；全部集中电枢绕组线圈(8)平均分成m相，每2N/m个集中绕组线圈串联或者并联构成电机的一相绕组；

所述环形集中励磁绕组(7)用于产生励磁磁场，其同轴安装在所述导磁外壳(6)的内侧；所述导磁外壳(6)包覆着所述第一定子(1)、第二定子(2)和转子结构(5)，且与两端的第一定子(1)、第二定子(2)相连，形成闭合磁路；所述环形集中励磁绕组(7)环形围绕着定子齿(9)和转子结构(5)，且与它们不接触。

2.一种分区定子盘式双凸极电机，其特征在于，所述环形集中励磁绕组(7)采用环形永磁磁钢(10)替代，该环形永磁磁钢(10)尺寸与导磁外壳相当，嵌在导磁外壳上，与其共同以电机转轴为轴线，用于产生励磁磁场。

3.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：所述的转子铁芯块采用硅钢片沿径向叠压制成。

4.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：所述的定子齿采用硅钢片冲制或者SMC材料压制而成。

5.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：所述非导磁支架(4)采用铝合金制成。

6.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：所述定子齿数与转子铁芯块数的比例为N/M＝2mk/(2mk±2k)，m为整数，表示电机的相数，k为整数。

7.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：所述的定子齿与转子铁芯块在垂直于电机轴的截平面为扇形结构，定子槽与转子槽在垂直于电机轴的截平面为矩形或者扇形结构。

8.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：M≥1，且为整数。

9.根据权利要求1所述的分区定子盘式双凸极电机，其特征在于：N≥1，且为整数。