CN108631530A - 一种模块化混合励磁开关磁阻电机 - Google Patents

一种模块化混合励磁开关磁阻电机 Download PDF

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Abstract

本发明一种模块化混合励磁开关磁阻电机，外定子由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Ns个相同的C形定子分块组成，C形定子分块的轴向两侧壁形成两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组，C形定子分块的C形开口沿径向朝内，C形开口形成一个定子槽；内转子由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Nr个相同的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口沿径向朝外，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽；在每个C形转子分块的C形开口中固定嵌有一块永磁体，每个永磁体都是轴向充磁且所有的永磁体充磁方向一致；采用模块化结构，各个磁回路相互独立，完全隔离，容错性能好。

Description

一种模块化混合励磁开关磁阻电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体为一种混合励磁开关磁阻电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机定转子上都没有永磁体，结构简单，可靠性高，但同时由于没有永磁体，在相同的电机大小的情况下，电机的功率密度更低，在励磁功率相同的情况下，转矩更小。为了克服传统的开关磁阻电机的缺点，在电机中加入永磁体能够提高电机的功率密度。例如中国专利公开号为CN104935095A、名称为“一种U形定子混合励磁开关磁阻电机”文献中公开了一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，该电机由若干U形定子块组成模块化定子，每个U形定子块的两个定子齿上均缠绕励磁绕组，每个U形定子块的内侧通过设置一个永磁体增加电机的功率密度。中国专利公开号为CN2081432Y、名称为“混合励磁开关磁阻电机”文献中公开了一种电磁与永磁混合励磁的开关磁阻电机，该电机在每个宽槽中都镶有永磁体，提高了电机的性能体积比和性能重量比。以上公开的电机结构，虽然能在一定程度上增大电机的功率密度，但不足之处在于都是将永磁体嵌在定子槽内，相对地就减小了定子绕组的布置空间，使得结构复杂。
发明内容
本发明的目的是为解决现有混合励磁开关磁阻电机存在的问题，提出一种新的模块化混合励磁开关磁阻电机，在未减小定子绕组空间的情况下还能增大开关磁阻电机的功率密度。
为了实现上述目的，本发明提出的一种模块化混合励磁开关磁阻电机具体采用如下方案：转轴外同轴固定套有内转子，内转子外同轴套外定子，外定子由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Ns个相同的C形定子分块组成，C形定子分块的轴向两侧壁形成两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组，C形定子分块的C形开口沿径向朝内，C形开口形成一个定子槽；内转子由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Nr个相同的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口沿径向朝外，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽；在每个C形转子分块的C形开口中固定嵌有一块永磁体，每个永磁体都是轴向充磁且所有的永磁体充磁方向一致。
进一步地，C形转子分块在轴向上的长度等于C形定子分块在轴向上的长度，转子齿与定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
进一步地，每块永磁体都是长方体结构，其轴向长度大于转子槽的轴向长度，径向长度小于或者等于转子槽的径向长度，每个永磁体在其中心圆周的切向方向上的厚度与C形转子分块在切向方向上的厚度相同。
本发明的有益效果是：
1、本发明将永磁体置放在内转子的C形槽内，转子上没有绕组，不影响定子绕组布置，不占用绕组空间，不会减小绕组空间，布置方式灵活。
2、本发明不仅拥有普通开关磁阻电机所具有的励磁绕组产生的磁回路，同时叠加了永磁体产生的磁回路，磁密更高，在相同的励磁功率下，可产生更大的转矩。
3、本发明中的外定子和内转子都是C形分块结构，采用模块化结构，各个磁回路相互独立，完全隔离，电机容错性能好。
4、本发明中的外定子和内转子都是C形分块结构，采用模块化结构，各个磁回路相互独立，完全隔离，电机容错性能好。
5、本发明电机的磁路短，有效降低了铁心损耗，提高了电机效率和增加了电机的功率密度，提高了电机的性能体积比和性能重量比。
附图说明
图1是本发明所述一种模块化混合励磁开关磁阻电机中的内转子、外定子和永磁体的空间结构示意图；
图2是本发明所述一种模块化混合励磁开关磁阻电机的轴向剖视图；
图3是图2的径向剖视图；
图4是本发明工作时的磁通路径图；
图中：1.外定子；2.内转子；3.永磁体；4.定子梯形键；5.转子梯形键；6.非导磁定子固定环；7.非导磁转子固定环；8.绕组；9.转轴；10.端盖；11.轴承。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明包括转轴9、外定子1、内转子2、永磁体3和绕组8。最中间是转轴9，转轴9外同轴固定套有内转子2、外定子1，内转子2外同轴套外定子1，内转子2和外定子1之间留有径向气隙。
外定子1由沿圆周均匀分布的Ns个相同的C形定子分块组成，C形定子分块是轴向截面呈C形，这样，C形定子分块的轴向两侧壁形成两个定子齿，两个定子齿部位于轴向两侧且沿转轴9的轴向中心点对称。在C形定子分块的两个定子齿上绕有绕组8，为定子绕组。C形定子分块的C形状的开口是沿径向朝向内端开口，C形开口形成一个定子槽，即定子槽的开口沿径向朝内。相邻的两个C形定子分块之间的夹角为360/Ns度。每个C形定子分块都由C形的硅钢片叠压而成。
内转子2由沿圆周均匀分布的Nr个相同的C形转子分块组成，C形转子分块是轴向截面呈C形，这样，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，两个转子齿部位于轴向两侧，沿转轴9的轴向中心点对称。C形转子分块的C形状的开口是沿径向朝向外端开口，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽，转子槽的开口朝外。相邻的两个C形转子分块的夹角为360/Nr度，每个C形转子分块都由C形的硅钢片叠压而成。
内转子2的C形转子分块的C形开口与外定子1的C形定子分块的C形开口在径向上面对面。内转子2的C形转子分块在轴向上的长度等于外定子1的C形定子分块在轴向上的长度，C形转子分块的转子齿与C形定子分块的定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
C形定子分块的个数Ns和C形转子分块的个数Nr的关系满足：LCM(Ns,Nr)＝mNr LCM为取最小公倍数，m为电机相数为。
外定子1的每个C形定子分块的内端都固定连接一个定子梯形键4，通过一个定子梯形键4嵌在同一个非导磁定子固定环6上。每个C形定子分块对应一个定子梯形键4，共Ns个定子梯形键4，定子梯形键4在C形定子分块的径向外侧，所有的定子梯形键4的内端都固定嵌在同一个非导磁定子固定环6内壁上，非导磁定子固定环6套在所有的定子梯形键4外部。非导磁定子固定环6由非导磁材料制成，其内表面加工了沿圆周均匀分布的Ns个梯形槽，用于固定Ns个C形定子分块。非导磁定子固定环6的轴向长度与外定子1的轴向长度相同。外定子1通过转子梯形键5嵌在非导磁定子固定环6上，每个C形定子分块对应一个梯形键。
内转子2的每个C形转子分块的内表面都固定连接一个转子梯形键5，共Nr个转子梯形键5。转子梯形键5在C形转子分块的径向内侧。所有的转子梯形键5的内端都固定嵌在同一个非导磁转子固定环7外壁上，非导磁转子固定环7套在转子梯形键5内部。非导磁转子固定环7由非导磁材料制成，其上沿圆周方向均匀加工了Nr个梯形槽，用于固定Nr个转子梯形键5和C形转子分块。非导磁转子固定环7的轴向长度与C形转子分块的轴向长度相同。非导磁转子固定环7同轴固定套在转轴9外，与转轴9固联成一体，使转轴9、非导磁转子固定环7、C形转子分块同轴转动。
在每个C形转子分块的C形开口中固定嵌有一块永磁体3，即永磁体3布置在C形转子分块的转子槽内，个数是Nr个。每个永磁体3都是轴向充磁，且所有的永磁体3充磁方向一致。永磁体3与C形转子分块装配时，在C形转子分块的两个转子齿的轴向内部加工了两个凹口，永磁体3在轴向两端固定卡在凹口中。
每块永磁体3都是长方体结构，其轴向长度略大于转子槽的轴向长度，径向长度小于或者等于转子槽的径向长度，两个径向相对的永磁体3关于转轴9的中心线径向对称分布。Nr个永磁体3在沿其中心的圆周上均匀分布，每个永磁体3在其中心圆周的切向方向上的厚度与C形转子分块在切向方向上的厚度相同。
为了减少漏磁，各个C形转子分块的转子齿端在圆周的切向厚度略大于各个C形定子分块在同方向的厚度。
在外定子1的轴向两端各安装一个端盖10，端盖10通过轴承11支撑在转轴9上，通过端盖10对外定子1的轴向进行定位，从而限制外定子1的轴向位移。
每个C形定子分块的两个定子齿部有绕组8，其余部位没有绕组，C形分块转子没有绕组。径向相对的两个C形定子分块上的绕组8构成一相。当某相绕组8励磁时，参见图4，与普通开关磁阻电机磁回路不同之处在于，本发明所述电机的磁回路只经过自身励磁的定子齿极，不通过其他定子齿极，因此各个磁路独立，完全隔离。当某个定子齿极励磁时，有两个磁通回路，分别为绕组8产生的磁回路A和永磁体3产生的磁回路B，两个回路在经过相同路径时，磁通沿同向，产生叠加效果。同侧绕组8的磁极与同侧永磁体3的磁极磁性相反。其中，磁回路A的路径依次为：C形定子分块、径向气隙、C形转子分块、径向气隙-C形定子分块；磁回路B的路径依次为：永磁体3、C形转子分块的齿端部位、径向气隙、C形定子分块、径向气隙、C形转子分块的齿端部位、永磁体3。每相的两个C形定子分块的定子齿上的绕组8并联连接，同时，每相的绕组8布置形式相同。
本发明所述电机不仅拥有普通开关磁阻电机所具有的励磁绕组8产生的磁回路，同时叠加了永磁体3产生的磁回路，磁密更高，在相同的励磁功率下，可产生更大的转矩。同时，由于永磁体3固定在内转子2上，内转子2上没有绕组，因此布置方式灵活，不占用绕组空间。
本发明所述电机工作时，在电机每相定子齿极上的绕组8依次通电，根据最小磁阻原理带动内转子2转动，内转子2带动非导磁转子固定环7转动，由于非导磁转子固定环7与转轴9紧密固定，进而带动转轴9转动。

Claims (8)

1.一种模块化混合励磁开关磁阻电机，转轴9外同轴固定套有内转子(2)，内转子(2)外同轴套外定子(1)，内转子(2)和外定子(1)之间留有径向气隙，其特征是：外定子(1)由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Ns个相同的C形定子分块组成，C形定子分块的轴向两侧壁形成两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组(8)，C形定子分块的C形开口沿径向朝内，C形开口形成一个定子槽；内转子(2)由沿圆周均匀分布的轴向截面呈C形的Nr个相同的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口沿径向朝外，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽；在每个C形转子分块的C形开口中固定嵌有一块永磁体(3)，每个永磁体(3)都是轴向充磁且所有的永磁体(3)充磁方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：C形转子分块在轴向上的长度等于C形定子分块在轴向上的长度，转子齿与定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
3.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：每块永磁体(3)都是长方体结构，其轴向长度大于转子槽的轴向长度，径向长度小于或者等于转子槽的径向长度，每个永磁体(3)在其中心圆周的切向方向上的厚度与C形转子分块在切向方向上的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：C形定子分块的个数Ns和C形转子分块的个数Nr满足：LCM(Ns,Nr)＝mNr LCM为取最小公倍数，m为电机相数为。
5.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：每个C形定子分块的内端都固定连接一个定子梯形键(4)，所有定子梯形键(4)的内端都固定嵌在同一个非导磁定子固定环(6)内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：每个C形转子分块的内表面都固定连接一个转子梯形键(5)，所有的转子梯形键(5)的内端都固定嵌在同一个非导磁转子固定环(7)外壁上，非导磁转子固定环(7)同轴固定套在转轴(9)外。
7.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：外定子(1)的轴向两端各装有一个端盖(10)，端盖(10)通过轴承(11)支撑在转轴(9)上。
8.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁开关磁阻电机，其特征是：径向相对的两个C形定子分块上的绕组(8)构成一相，每相的两个C形定子分块上的绕组(8)并联。
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