CN108054890B - 滑动变矩电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种滑动变矩电机，包括电机壳和穿设于电机壳内的电机转轴，电机壳内设有与其固定连接的磁极线圈，电机转轴上套固有与磁极线圈同轴的磁极转子，磁极转子包括位于磁极线圈外且沿轴向依次连接分布的第一导磁环段、不导磁环段和第二导磁环段，第一导磁环段、第二导磁环段外周边沿轴径向向外分别延伸有若干第一凸块、第二凸块，磁极转子外还同轴设有转子和定子绕组，转子内壁上固定有第一调磁磁钢和第二调磁磁钢，转子上还设有转子磁钢，定子绕组与电机壳固定连接，本发明既可用作电动机，又可用作发电机，用作发动机时，输出转速与转矩可调，用作发电机时，输出电信号的电流、电压、频率可调，且调节简单，应用范围广。

Description

滑动变矩电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是指一种滑动变矩电机。

背景技术

现有电机，发动机如汽车用、船舶用电机，运行过程中功率变化输出的原因，转速与转矩通常呈非线性关系，高转速与大转矩不可兼得，在一些工况或应用场合显得力不从心，不能满足使用要求，且如汽车过坑或爬坡需大转矩时，因汽车输出大转矩并非在高转速时刻，因此，何时可获得大转矩输出也难以把握，控制难度大；发电机如风力发电机，为在不同风速下，仍可输出恒定频率的电能，通常采用双馈式异步发电机，双馈式导步发电机内设有电能变换器，双馈式导步发电机转子绕组通过滑环、电刷与电能变换器连接，电能变换器用于对不同转子频率进行频率补偿，以便最终可输出频率恒定的电能，由于双馈式导步发电机内存在电刷，为有刷电机，不可避免地带来摩擦损耗，增大维护量和噪声，使用寿命短。另电机如航空飞机用电机，无刷交流电机因大电流、大电压输出供电，容易造成电子控制系统的损坏，为此，现有航空飞机用电机大都也还是采用有刷直流电机，但其仍然留有有刷直流电机寿命短，易起火花的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑动变矩电机。

一种滑动变矩电机，包括电机壳和穿设于电机壳内的电机转轴，电机壳内设有与其固定连接的磁极线圈，磁极线圈以电机转轴为中心绕制，电机转轴上套固有与磁极线圈同轴的磁极转子，磁极转子包括位于磁极线圈外且沿轴向依次连接分布的第一导磁环段、不导磁环段和第二导磁环段，第一导磁环段外周边沿轴径向向外延伸有若干第一凸块，第二导磁环段外周边沿轴径向向外延伸有若干第二凸块，第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块均沿轴周向均匀分布，磁极转子外还同轴设有转子和定子绕组，转子通过第一轴承固定于电机转轴上，转子内壁上固定有与磁极转子第一导磁环段上第一凸块沿轴平行方向对齐的第一调磁磁钢，转子内壁上还固定有与第二导磁环段上第二凸块沿轴平行方向对齐的第二调磁磁钢，第一调磁磁钢与磁极线圈通电时磁极转子第一导磁环段上的第一凸块磁性相反，第二调磁磁钢与磁极线圈通电时磁极转子第二导磁环段上的第二凸块磁性相反，转子上还设有与第一调磁磁钢、第二调磁磁钢相对转子不同侧的转子磁钢，定子绕组与电机壳固定连接，定子绕组与转子磁钢沿轴平行方向对齐。

进一步地，第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块周向交错分布。第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块可周向交错分布，也可周向对齐排列分布，由于第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块周向交错分布的情况下，周向任何一位置上，磁极转子第一导磁环段上的第一凸块与第一调磁磁钢的磁力耦合强度最大时，磁极转子第二导磁环段上的第二凸块与第二调磁磁钢的磁力耦合强度最小，如此，可使磁极转子与转子间的磁力耦合强度于周向上更均匀。

进一步地，转子与电机壳间通过第二轴承固定连接。转子位于电机转轴外、电机壳内，其一方面通过第一轴承与电机转轴固定连接，另一方面通过第二轴承与电机壳固定连接，如此，可使转子的安装更稳定、牢固。

进一步地，转子包括通过第一轴承与电机转轴连接的连接部以及与连接部相连接的U形磁钢固定部，第一调磁磁钢、第二调磁磁钢固定于U形磁钢固定部靠近电机转轴的第一支部的外侧壁上，转子磁钢固定于U形磁钢固定部远离电机转轴的第二支部的内侧壁上，定子绕组位于U形磁钢固定部内。定子绕组与转子磁钢组成基础外转子电机单元，如此，一方面，使第一调磁磁钢、第二调磁磁钢与转子磁钢相距较远，另一方面，通过转子将第一调磁磁钢、第二调磁磁钢与转子磁钢隔离，这都使第一调磁磁钢、第二调磁磁钢与转子磁钢产生的磁场可互不干扰，减少能量损耗。

进一步地，所述滑动变矩电机用作电动机或发电机，所述滑动变矩电机用作发动机时，定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元的工作状态固定。

进一步地，所述滑动变矩电机用作发电机时，定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元的工作状态不固定。

进一步地，本发明滑动变矩电机为船舶用电机、航空飞机用电机、水轮发电用电机、风轮发电用电机、车用电机中的任一电机。

本发明滑动变矩电机，定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元，因转子磁钢与第一调磁磁钢、第二调磁磁钢固定于同一转子上，在磁极线圈通电产生磁场，磁极转子第一导磁环段上第一凸块和第二导磁环段上第二凸块在该磁场内磁化的情况下，磁极转子第一导磁环段上第一凸块和第二导磁环段上第二凸块分别与第一调磁磁钢和第二调磁磁钢间产生磁力耦合，因磁力耦合的存在使得转子与磁极转子产生相互作用力，然而磁极转子第一导磁环段上第一凸块和第二导磁环段上第二凸块、与第一调磁磁钢、第二调磁磁钢间磁力耦合强度由调节磁极线圈的通电情况确定，如此通过调节磁极线圈即可调节磁极转子与转子间的磁力耦合强度，进而使电机的输出转矩可得以调节，本发明滑动变矩电机，存在以下优点：

1）既可用作电动机，又可用作发电机，用作电动机时，使用过程中，使定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元的工作状态固定，如转子磁钢、转子以及第一调磁磁钢、第二调磁磁钢始终保持在高转速、大转矩的状态，而后调节磁极线圈的通电电流，调整磁极转子第一导磁环段上第一凸块和第二导磁环段上第二凸块、与第一调磁磁钢、第二调磁磁钢间（即磁极转子与转子间）的磁力耦合强度，最终以调节磁极转子以及电机转轴的输出转速与转矩；用作发电机，进行能量回收时，也只需调节磁极线圈的通电电流，调整磁极转子与转子间的磁力耦合强度，以改变转子及其上的转子磁钢在磁极转子的带动下产生的转速，从而使定子绕组的输出电信号的电流、电压、频率可得以调节；

2）用作电动机时，因转子磁钢、转子以及第一调磁磁钢、第二调磁磁钢始终保持在高转速、大转矩的状态，转子的转速、转矩一定，在磁极转子与转子间的磁力耦合作用下，磁极转子以及由磁极转子带动的电机转轴的转速、转矩为转子转速、转矩的一定倍数，磁极转子、电机转轴的转速与转矩呈线性关系，电机转轴的转速越高，其转矩越大，因此，一方面，电机转轴可同时输出高转速、大转矩，满足更多工况的需求，另一方面，电机需输出大转矩时，只需调节磁极线圈的通电电流，使电机转轴输出高转速即可，其控制简单；

3）不管是用作电动机还是发电机，为调节其输出只需控制磁极线圈的通电情况，一个控制变量，控制简单，可用作伺服电机，应用范围广，且在不需要输出时，只要不给磁极线圈通电即可，该种情况下，电机还用作开关、离合；

4）其避免了电刷的使用，结构简单，因不存在电刷摩擦、起火，其使用更安全，使用寿命更长；

5）磁极线圈与定子绕组所形成的磁场相互垂直，且磁极线圈所产生的磁场磁路经过第一调磁磁钢、第二调磁磁钢，转子磁钢不存生切割磁极线圈磁场磁感线产热、功率大大损耗的问题。

附图说明

图1是本发明滑动变矩电机的剖示结构示意图；

图2是本发明滑动变矩电机沿图1中A-A线的剖示结构示意图；

图3是本发明滑动变矩电机沿图1中B-B线的剖示结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明滑动变矩电机的较佳地实施方式作详细的说明。

如图1至图3所示，一种滑动变矩电机，包括电机壳10和穿设于电机壳10内的电机转轴1，电机壳10内设有与其固定连接的磁极线圈2，磁极线圈2以电机转轴1为中心绕制，电机转轴1上套固有与磁极线圈2同轴的磁极转子3，磁极转子3包括位于磁极线圈2外且沿轴向依次连接分布的第一导磁环段31、不导磁环段32和第二导磁环段33，第一导磁环段31外周边沿轴径向向外延伸有若干第一凸块311，第二导磁环段33外周边沿轴径向向外延伸有若干第二凸块331，第一导磁环段31上的第一凸块311和第二导磁环段33上的第二凸块331均沿周向均匀分布，磁极转子3外还同轴设有转子4和定子绕组5，转子4通过第一轴承61固定于电机转轴1上，转子4内壁上固定有与磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311沿轴平行方向对齐的第一调磁磁钢40，转子4内壁上还固定有与第二导磁环段33上第二凸块331沿轴平行方向对齐的第二调磁磁钢41，第一调磁磁钢40与磁极线圈2通电时磁极转子第一导磁环段31上的第一凸块311磁性相反，第二调磁磁钢41与磁极线圈2通电时磁极转子第二导磁环段33上的第二凸块331磁性相反，转子4上还设有与第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41相对转子4不同侧的转子磁钢42，定子绕组5与电机壳10固定连接，定子绕组5与转子磁钢42沿轴平行方向对齐。

本发明滑动变矩电机，第一导磁环段31上的第一凸块311和第二导磁环段33上的第二凸块331可周向交错分布，也可周向对齐排列分布，由于第一导磁环段31上的第一凸块311和第二导磁环段33上的第二凸块331周向交错分布的情况下，周向任何一位置上，磁极转子第一导磁环段31上的第一凸块311与第一调磁磁钢40的磁力耦合强度最大时，磁极转子第二导磁环段33上的第二凸块331与第二调磁磁钢41的磁力耦合强度最小，如此，可使磁极转子3与转子4间的磁力耦合强度于周向上更均匀，因此，本发明滑动变矩电机，较佳地，第一导磁环段31上的第一凸块311和第二导磁环段33上的第二凸块331周向交错分布。

本发明滑动变矩电机，较佳地，转子4与电机壳10间通过第二轴承62固定连接。转子4位于电机转轴1外、电机壳10内，其一方面通过第一轴承61与电机转轴1固定连接，另一方面通过第二轴承62与电机壳10固定连接，如此，可使转子4的安装更稳定、牢固。

本发明滑动变矩电机，转子磁钢42可在定子绕组5内，与定子绕组5组成基础内转子电机单元；也可在定子绕组5外，与定子绕组5组成基础外转子电机单元。较佳地，转子4包括通过第一轴承61与电机转轴1连接的连接部43以及与连接部43相连接的U形磁钢固定部44，第一调磁磁钢41固定于U形磁钢固定部44靠近电机转轴1的第一支部441的外侧壁上，转子磁钢42固定于U形磁钢固定部44远离电机转轴1的第二支部442的内侧壁上，定子绕组5位于U形磁钢固定部44内。定子绕组5与转子磁钢42组成基础外转子电机单元，如此，一方面，使第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41与转子磁钢42相距较远，另一方面，通过转子4将第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41与转子磁钢42隔离，这都使第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41与转子磁钢42产生的磁场可互不干扰，减少能量损耗。

本发明滑动变矩电机可用作电动机或发电机，所述滑动变矩电机用作发动机时，定子绕组5与转子磁钢42组成基础电机单元的工作状态固定，所述滑动变矩电机用作发电机时，定子绕组5与转子磁钢42组成基础电机单元的工作状态不固定。

本发明滑动变矩电机，可作船舶用电机、航空飞机用电机、水轮发电用电机、风轮发电用电机、车用电机或其他用电机。

本发明滑动变矩电机，可通过第一导磁环段31自由端径向向内延伸与电机转轴1实现固定，也可通过第二导磁环段33自由端径向向内延伸与电机转轴1实现固定，还可通过电机转轴1的结构设置，如使电机转轴1与第一导磁环段31自由端或第二导磁环段33自由端相对应的位置径向向外延伸，与第一导磁环段31自由端或第二导磁环段33自由端固定。

本发明滑动变矩电机，磁极线圈2通电产生磁场，磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311和第二导磁环段33上第二凸块331在该磁场内磁化的情况下，磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311与磁性不同的第一调磁磁钢40间产生磁力耦合，第二导磁环段33上第二凸块331与第二调磁磁钢41间产生磁力耦合；第一导磁环段31和第二导磁环段33间的不导磁环段32用于将第一导磁环段31和第二导磁环段33间隔开，避免第一导磁环段31相第二导磁环段33连接的情况下，磁向发生改变，而严重影响磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311与磁性不同的第一调磁磁钢40间、第二导磁环段33上第二凸块331与第二调磁磁钢41间的磁力耦合强度。

本发明滑动变矩电机，定子绕组5与转子磁钢42组成基础电机单元，因转子磁钢42与第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41固定于同一转子4上，在磁极线圈2通电产生磁场，磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311和第二导磁环段33上第二凸块331在该磁场内磁化的情况下，磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311和第二导磁环段33上第二凸块331分别与第一调磁磁钢40和第二调磁磁钢41间产生磁力耦合，因磁力耦合的存在使得转子4与磁极转子3产生相互作用力，然而磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311和第二导磁环段33上第二凸块331、与第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41间磁力耦合强度由调节磁极线圈2的通电情况确定，如此通过调节磁极线圈2即可调节磁极转子3与转子4间的磁力耦合强度，进而使电机的输出可得以调节，本发明滑动变矩电机，存在以下优点：

1）既可用作电动机，又可用作发电机，用作电动机时，使用过程中，使定子绕组5与转子磁钢42组成基础电机单元的工作状态固定，如转子磁钢42、转子4以及第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41始终保持在高转速、大转矩的状态，而后调节磁极线圈2的通电电流，调整磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311和第二导磁环段33上第二凸块331、与第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41间（即磁极转子3与转子4间）的磁力耦合强度，最终以调节磁极转子3以及电机转轴1的输出转速与转矩；用作发电机，进行能量回收时，也只需调节磁极线圈2的通电电流，调整磁极转子3与转子4间的磁力耦合强度，以改变转子4及其上的转子磁钢42在磁极转子3的带动下产生的转速，从而使定子绕组5的输出电信号的电流、电压、频率可得以调节；

2）用作电动机时，因转子磁钢42、转子4以及第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41工作状态固定，如始终保持在高转速、大转矩的状态，转子4的转速、转矩一定，在磁极转子3与转子4间的磁力耦合作用下，磁极转子3以及由磁极转子3带动的电机转轴1的转速、转矩为转子4转速、转矩的一定倍数，磁极转子3、电机转轴1的转速与转矩呈线性关系，电机转轴1的转速越高，其转矩越大，因此，一方面，电机转轴1可同时输出高转速、大转矩，满足更多工况的需求，另一方面，电机需输出大转矩时，只需调节磁极线圈2的通电电流，使电机转轴1输出高转速即可，其控制简单；

3）不管是用作电动机还是发电机，为调节其输出只需控制磁极线圈2的通电情况，一个控制变量，控制简单，可用作伺服电机，应用范围广，且在不需要输出时，只要不给磁极线圈2通电即可，该种情况下，电机还用作开关、离合；

4）其避免了电刷的使用，结构简单，因不存生电刷摩擦、起火，其使用更安全，使用寿命更长；

5）磁极线圈2与定子绕组5所形成的磁场相互垂直，且磁极线圈2所产生的磁场磁路经过第一调磁磁钢40、第二调磁磁钢41，转子磁钢42不存生切割磁极线圈2磁场磁感线产热、功率大大损耗的问题。

本发明滑动变矩电机，磁极转子第一导磁环段31上第一凸块311与第一调磁磁钢40沿轴平行方向对齐的程度，并不局限于沿轴平行方向上两端严格对齐，其允许存在一定偏差；同样，第二导磁环段33上第二凸块331与第二调磁磁钢41沿轴平行方向对齐的程度，也不局限于沿轴平行方向上两端严格对齐，其允许存在一定偏差；同样，定子绕组5与转子磁钢42沿轴平行方向对齐的程度，也不局限于沿轴平行方向上两端严格对齐，其允许存在一定偏差。

Claims (5)

1.一种滑动变矩电机，包括电机壳和穿设于电机壳内的电机转轴，其特征在于：电机壳内设有与其固定连接的磁极线圈，磁极线圈以电机转轴为中心绕制，电机转轴上套固有与磁极线圈同轴的磁极转子，磁极转子包括位于磁极线圈外且沿轴向依次连接分布的第一导磁环段、不导磁环段和第二导磁环段，第一导磁环段外周边沿轴径向向外延伸有若干第一凸块，第二导磁环段外周边沿轴径向向外延伸有若干第二凸块，第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块均沿轴周向均匀分布，磁极转子外还同轴设有转子和定子绕组，转子通过第一轴承固定于电机转轴上，转子内壁上固定有与磁极转子第一导磁环段上第一凸块沿轴平行方向对齐的第一调磁磁钢，转子内壁上还固定有与第二导磁环段上第二凸块沿轴平行方向对齐的第二调磁磁钢，第一调磁磁钢与磁极线圈通电时磁极转子第一导磁环段上的第一凸块磁性相反，第二调磁磁钢与磁极线圈通电时磁极转子第二导磁环段上的第二凸块磁性相反，转子上还设有与第一调磁磁钢、第二调磁磁钢相对转子不同侧的转子磁钢，定子绕组与电机壳固定连接，定子绕组与转子磁钢沿轴平行方向对齐；转子与电机壳间通过第二轴承固定连接；转子包括通过第一轴承与电机转轴连接的连接部以及与连接部相连接的U形磁钢固定部，第一调磁磁钢、第二调磁磁钢固定于U形磁钢固定部靠近电机转轴的第一支部的外侧壁上，转子磁钢固定于U形磁钢固定部远离电机转轴的第二支部的内侧壁上，定子绕组位于U形磁钢固定部内。

2.根据权利要求1所述的滑动变矩电机，其特征在于：第一导磁环段上的第一凸块和第二导磁环段上的第二凸块周向交错分布。

3.根据权利要求1所述的滑动变矩电机，其特征在于：所述滑动变矩电机用作电动机时，定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元的工作状态固定。

4.根据权利要求1所述的滑动变矩电机，其特征在于：所述滑动变矩电机用作发电机时，定子绕组与转子磁钢组成基础电机单元的工作状态不固定。

5.根据权利要求1所述的滑动变矩电机，其特征在于：所述滑动变矩电机为船舶用电机、航空飞机用电机、水轮发电用电机、风轮发电用电机、车用电机中的任一电机。