CN108808895A - 一种π型混合励磁双凸极电机 - Google Patents

一种π型混合励磁双凸极电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108808895A
CN108808895A CN201810414588.3A CN201810414588A CN108808895A CN 108808895 A CN108808895 A CN 108808895A CN 201810414588 A CN201810414588 A CN 201810414588A CN 108808895 A CN108808895 A CN 108808895A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
motor
rotor
mixed excitation
permanent magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810414588.3A
Other languages
English (en)
Inventor
胡雅倩
金沁
屠逸翔
孙琦
裴进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201810414588.3A priority Critical patent/CN108808895A/zh
Publication of CN108808895A publication Critical patent/CN108808895A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/223—Rotor cores with windings and permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明提出了一种π型混合励磁双凸极电机，包括：定子、转子，所述定子与转子同轴设置，定子包括6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片，6个π型定子铁芯冲片之间依次间隔设置永磁体、励磁绕组附着铁芯，励磁绕组附着铁芯上绕有励磁绕组，π型定子铁芯冲片的凸极齿上绕有电枢绕组。本发明的π型混合励磁双凸极电机使得三相绕组的电磁特性平衡，有效降低电机转矩脉动；采用电励磁与永磁体励磁混合励磁方式，气隙磁场可调节。

Description

一种π型混合励磁双凸极电机
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种π型混合励磁双凸极电机。
背景技术
双凸极永磁电机(doubly salient permanent magnet motor,DSPM电机)最初由Rauch和Johnson提出，其以磁通变换为运行原理，但因当时永磁材料的性能比较低，造成DSPM电机的尺寸比较大，使其没有得到重视。
随着高性能永磁材料的进步，DSPM逐渐展现出优势，各科研机构和学者提出了多种结构的DSPM电机，为双凸极永磁电机的发展做了很大贡献。英国谢菲尔德大学诸自强教授提出一种新型6/7极定子永磁型电机，引入容错的概念，可实现相与相之间电路、磁路以及温度的独立。(Wu D,Shi J T,Zhu Z Q,et al.Electromagnetic Performance of NovelSynchronous Machines With Permanent Magnets in StatorYoke[J].IEEETransactions on Magnetics,2014,50(9):1-9.)华中理工大学的詹琼华教授提出了一种单相4/6极DSPM电机，由四个定子齿、六个转子齿和一对永磁体组成电机本体，结构简单，可实现双向起动。(边敦新,詹琼华,哈里布·法迪,郭伟.一种新型双凸极单相永磁电动机的工作原理与参数计算[J].中国电机工程学报,2000,(10):15-19)。南京航天大学孟小利副教授提出一种新型12/8极电励磁式双凸极电机，定子均为凸极齿槽结构，定子装有集中电枢绕组和励磁绕组，转子无绕组，空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相，可实现四象限运行(孟小利,严仰光.双凸极无刷直流电机的静态特性[J].中国电器工业,2003,30,2:7-9,30.)。东南大学的林明耀教授提出了一种新型12/8极DSPM电机，它集永磁无刷直流电机和SRM的主要优点于一身，加上其独特的转子斜槽和12/8极结构，该电机具有功率密度高、用铜量小、绕组电阻小和转矩脉动小等优点(林明耀,程明,周鹗.新型12/8极双凸极变速永磁电机的设计与分析[J].东南大学学报(自然科学版),2002,(06):944-948.)。
基于以上文献可知，DSPM电机为一种定子永磁式电机，永磁体以及电枢绕组均位于定子上，转子上既无绕组也无永磁体，仅为有凸极的铁芯，相对于转子永磁式电机，DSPM电机鲁棒性好、功率密度高、散热性较好，但传统的三相DSPM电机三相绕组与相邻永磁体的距离不等，造成电机磁路不对称，使三相电枢绕组匝链的磁链幅值不平衡，使电机具有较高的转矩脉动。
发明内容
本发明提出了一种π型混合励磁双凸极电机，解决三相绕组所有线圈与永磁体距离不均等问题。
实现本发明的技术解决方案为：一种π型混合励磁双凸极电机，包括：定子、转子，所述定子与转子同轴设置，定子包括6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片，6个π型定子铁芯冲片之间依次间隔设置永磁体、励磁绕组附着铁芯，励磁绕组附着铁芯上绕有励磁绕组，π型定子铁芯冲片的凸极齿上绕有电枢绕组。
优选地，永磁体均采用径向充磁，且方向一致。
优选地，电枢绕组采用集中绕组形式。
优选地，转子上均匀分布7个凸极齿。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)从磁路结构上看，每一相绕组的两个线圈均位于永磁体与每一个励磁绕组之间，从点击磁路本身解决了磁路不对称问题，使三相绕组电磁特性平衡，降低电机转矩波动。(2)从磁路结构上看，与传统的三相12/8极和6/4极DSPM电机相比，磁路更短，永磁体利用率更高。(3)从电机结构上看，采用六边形结构，减小体积，相对应的永磁体与励磁绕组之间所设的定子凸极齿数量与电机相数不等。(4)从应用场合上看，本发明的电机属于定子永磁式，永磁体和绕组均位于电机定子，转子仅设有凸极的铁心，结构简单、机械强度高，适合高转速等应用场合，可做电动汽车驱动用。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明π型混合励磁双凸极电机的横截面剖面图。
图2是本发明π型混合励磁双凸极电机的爆破图。
图3是本发明π型混合励磁双凸极电机的定子结构示意图。
图4是本发明π型混合励磁双凸极电机的转子结构示意图。
图5是本发明π型混合励磁双凸极电机的绕组接线示意图。
图6是本发明π型混合励磁双凸极电机的1/2圆周展开图。
图7是本发明π型混合励磁双凸极电机运行磁通路径图(a)。
图8是本发明π型混合励磁双凸极电机运行磁通路径图(b)。
图9是本发明π型混合励磁双凸极电机运行磁通路径图(c)。
图10是本发明π型混合励磁双凸极电机运行磁通路径图(d)。
图11是本发明π型混合励磁双凸极电机每相理想永磁磁链、反电势波形。
具体实施方式
结合图1-图5所示，一种π型混合励磁双凸极电机，包括：定子(1)、转子(2)，所述定子(1)与转子(2)同轴设置，定子(1)包括6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片(101)，6个π型定子铁芯冲片(101)之间依次间隔设置永磁体102、励磁绕组附着铁芯(103)，励磁绕组附着铁芯(103)上绕有励磁绕组(4)，π型定子铁芯冲片(101)的凸极齿(104)上绕有电枢绕组(3)。本发明的电机定子转子均采用凸极结构，电机整体结构呈六边形。6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片(101)形成的定子(1)上均匀分布12个凸极齿(104)，永磁体和电枢绕组均置于定子上，便于电机散热。
进一步的实施例中，永磁体(102)均采用径向充磁，且方向一致。
进一步的实施例中，电枢绕组(3)采用集中绕组形式，每相绕组含有四个电枢线圈，端部小，铜耗小，集中绕组可降低下线难度，制造简单。
进一步的实施例中，转子(2)上均匀分布7个凸极齿(201)，由带有凸极的硅钢片叠成，没有永磁体和绕组，结构简单。
旋转正方向和转子位置角的定义
图6为12/7极π型混合励磁双凸极电机1/2圆周的展开图，用以给出电机旋转正方向和转子位置角的定义。电机旋转正方向定义为逆时针旋转方向。转子位置角θr定义为转子槽中心线与a相定子极中心线的距离。并且规定：转子槽中心线沿逆时针超前a相定子极中心线时，转子位置角值为正，θr>0；否则为负，θr<0。
本发明π型混合励磁双凸极电机的运行原理为：
当转子位于图7位置时，定义此时的电枢线圈A1匝链的混合励磁磁链为正向最大值，相应电枢线圈A2匝链的混合励磁磁链为正向最小值；与此同时，与电枢线圈A1相对称的电枢线圈A7为反向最小值，与电枢线圈A2对称的电枢线圈A8为反向最大值。
随着转子的运动，当转子位于图8所示位置时，此时电枢线圈A1与电枢线圈A2匝链的混合励磁磁链相等；电枢线圈A7与电枢线圈A8匝链的混合励磁磁链相等；并且，电枢线圈A1、A2与电枢线圈A7、A8匝链的混合励磁磁链幅值相等、极性相反。
当转子继续运动到图9所示位置时，电枢A1所匝链的混合励磁磁链为正向最小值，相应电枢线圈A2匝链的混合励磁磁链为正向最大值；与此同时，与电枢线圈A1相对称的电枢线圈A7为反向最大值，电枢线圈A2对称的电枢线圈A8为反向最小值。
当转子运动到图10位置时，此时电枢线圈A1与电枢线圈A2匝链的混合励磁磁链相等；电枢线圈A7与电枢线圈A8匝链的混合励磁磁链相等；并且，电枢线圈A1、A2与电枢线圈A7、A8匝链的混合励磁磁链幅值相等、极性相反。理想磁链与反电势波形
因此随着转子位置的不同，电枢线圈A1匝链的混合励磁磁链磁链将呈现最大值一最小值一最大值的周期性正弦变化。与此同时，与电枢线圈A1相同，电枢线圈A8也会产生变化趋势一致的大小相同但极性相反的永磁磁链；而电枢线圈A2匝链的混合励磁磁链将呈现最小值一最大值一最小值的周期性正弦变化。与电枢线圈A2相同，电枢线圈A7也会产生趋势一致的大小相同但极性相反的混合励磁磁链；当电枢线圈A1和A7正向串联，再与电枢线圈A2,A8反向串联时，消除了混合励磁磁链中的直流分量，从而得到双极性正弦变化的A相电枢混合励磁磁链，B,C相原理相同。图11为每相理想永磁磁链、反电势波形。
本发明的π型混合励磁双凸极电机理想空载感应电动势的波形为正弦分布，因此在电枢绕组中通入正弦电流，而且电流相位和空载反电势相位保持一致，若忽略电阻，电机输入功率Pin公式：
其中，e(t)为空载感应电动势随时间变化函数，Em为空载感应电动势峰值，T为电枢绕组电流与空载反电动势的周期，m为电机相数,i(t)为绕组输入电流随时间变化函数，Im为绕组输入电流峰值,则电机输出功率Pout公式：
其中，η为电机效率，考虑到w相电机空载磁链ψw，则其空载感应电动势ew满足关系式：
其中，Nc为每相绕组匝数，φw为每相绕组磁通，φw为正弦分布，相绕组磁通φw是由有效气隙磁密谐波匝链电枢绕组产生的，可以表示成：
其中，φm为效气隙磁密谐波匝链相绕组的磁通峰值，θr为转子位置机械角度，θm为有效气隙磁场谐波位置机械角度，τmp为有效气隙磁通谐波的极距，Nr为转子极数，pfh为有效气隙磁通谐波的极对数。
根据π型混合励磁双凸极电机磁路设计，忽略漏磁，上式中磁通幅值关系式为：
其中，Bgm为有效气隙磁通密度谐波幅值，ls为电机有效长度，Di为定子内径，Ns为定子极数，ks为电机定子齿周向长度极弧系数，kw为相绕组系数，为则相绕组磁通φw可表示为：
将公式(3-6)带入公式(3-3)，可得:
其中，wr为转子电角速度。
则每相反电势幅值关系式:
每相电枢电流峰值Im：
其中，As为线负荷峰值，其公式为:
其中，mcond为当电机通入电枢电流时，在一个电周期内通入的m相电枢电流值的绝对值相加之和的峰值与其中一相电流的峰值之比，在本发明的π型混合励磁双凸极电机中，每相电枢电流正弦变化，每相相位差120°，因此mcond＝2。
综上所述，可得输出功率关系式：
其中，Do为定子外径，kio为定义为定子内外径比，等于Di/Do。
电机的尺寸方程为：
电机的功率密度ζp：
电机的平均输出转矩T等于平均电磁转矩Te，可得：
转矩密度ξT:

Claims (4)

1.一种π型混合励磁双凸极电机，其特征在于，包括：定子(1)、转子(2)，所述定子(1)与转子(2)同轴设置，定子(1)包括6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片(101)，6个π型定子铁芯冲片(101)之间依次间隔设置永磁体(102)、励磁绕组附着铁芯(103)，励磁绕组附着铁芯(103)上绕有励磁绕组(4)，π型定子铁芯冲片(101)的凸极齿(104)上绕有电枢绕组(3)。
2.根据权利要求1所述的π型混合励磁双凸极电机，其特征在于，永磁体(102)均采用径向充磁，且方向一致。
3.根据权利要求1所述的π型混合励磁双凸极电机，其特征在于，电枢绕组(3)采用集中绕组形式。
4.根据权利要求1所述的π型混合励磁双凸极电机，其特征在于，转子(2)上均匀分布7个凸极齿(201)。
CN201810414588.3A 2018-05-03 2018-05-03 一种π型混合励磁双凸极电机 Pending CN108808895A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810414588.3A CN108808895A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 一种π型混合励磁双凸极电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810414588.3A CN108808895A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 一种π型混合励磁双凸极电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108808895A true CN108808895A (zh) 2018-11-13

Family

ID=64093520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810414588.3A Pending CN108808895A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 一种π型混合励磁双凸极电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108808895A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518765A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 沈阳工业大学 一种爪型定子轭部嵌入永磁体辅助双转子轴向双凸极电机
CN112542903A (zh) * 2020-11-13 2021-03-23 南京航空航天大学 一种三相混合励磁双凸极电机结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101127461A (zh) * 2007-07-13 2008-02-20 南京航空航天大学 混合励磁双凸极无刷直流发电机
CN101699713A (zh) * 2009-10-28 2010-04-28 南京航空航天大学 转子分段式磁通切换电机及其提高反电势正弦度的方法
CN104821668A (zh) * 2015-04-29 2015-08-05 江苏大学 一种新型定子永磁型电机
CN106549547A (zh) * 2016-11-25 2017-03-29 南京航空航天大学 一种混合磁钢磁通切换记忆电机
CN107453573A (zh) * 2017-09-20 2017-12-08 华中科技大学 一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101127461A (zh) * 2007-07-13 2008-02-20 南京航空航天大学 混合励磁双凸极无刷直流发电机
CN101699713A (zh) * 2009-10-28 2010-04-28 南京航空航天大学 转子分段式磁通切换电机及其提高反电势正弦度的方法
CN104821668A (zh) * 2015-04-29 2015-08-05 江苏大学 一种新型定子永磁型电机
CN106549547A (zh) * 2016-11-25 2017-03-29 南京航空航天大学 一种混合磁钢磁通切换记忆电机
CN107453573A (zh) * 2017-09-20 2017-12-08 华中科技大学 一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518765A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 沈阳工业大学 一种爪型定子轭部嵌入永磁体辅助双转子轴向双凸极电机
CN112542903A (zh) * 2020-11-13 2021-03-23 南京航空航天大学 一种三相混合励磁双凸极电机结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108448849B (zh) 一种定子永磁型双转子磁场调制电机及其设计方法
CN104578661B (zh) 一种轴向分布的双凸极无刷直流电机
CN107070031A (zh) 一种转子、定子及多工作谐波永磁电机
CN201038839Y (zh) 绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机
CN110224563B (zh) 三相聚磁式双边无源转子横向磁通永磁电机
CN103887908B (zh) 一种无刷谐波励磁同步电机
CN101662172A (zh) 混合励磁型磁通反向电机
Liang et al. Design of a novel dual flux modulation machine with consequent-pole spoke-array permanent magnets in both stator and rotor
CN110086308B (zh) 六相聚磁式内外无源转子横向磁通永磁电机
CN203289210U (zh) 一种混合励磁型定子表面贴装式双凸极电机
CN105811696A (zh) 混合励磁型复合磁通切换永磁电机
CN110112878A (zh) 一种交替极切向励磁游标永磁电机
CN112491169A (zh) 一种定子聚磁型双边永磁电机
CN103248189A (zh) 一种双极性定子表面贴装式永磁电机
CN110838779B (zh) 一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机
CN202334229U (zh) 绕组磁路互补的定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN104467333A (zh) 转子励磁多相磁阻电机及其控制方法
CN203278585U (zh) Halbach并列转子混合励磁同步电机
CN108808895A (zh) 一种π型混合励磁双凸极电机
Zhao et al. A high power factor permanent magnet vernier machine with modular stator and yokeless rotor
CN201536282U (zh) 一种具有磁场调节能力的磁通反向电机
CN206313551U (zh) 一种永磁电机
CN102403857A (zh) 绕组磁路互补的定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN109713868B (zh) 轴向并列型多相永磁容错电机
CN103904855A (zh) 一种具有初始自启动能力的无刷谐波励磁电动机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181113

RJ01 Rejection of invention patent application after publication