CN110098707B - 一种长导磁齿双凸极混合励磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长导磁齿双凸极混合励磁电机，包括凸极结构的定子和转子，所述定子包括定子铁心、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，所述转子由转子铁心构成，所述定子铁心由若干定子铁心块组合而成，每块定子铁心块包括定子轭、设置在定子轭两端的导磁齿以及两个导磁齿之间的至少一个电枢齿，所述电枢绕组绕制在电枢齿上；所述永磁体嵌在相邻两块定子铁心块的导磁齿之间，所述永磁体的径向长度小于导磁齿和定子轭的径向长度之和。本发明通过设置长导磁齿，减小了永磁体尺寸和励磁绕组尺寸对电枢绕组尺寸的影响，有效地增加放置电枢绕组和励磁绕组的定子槽面积，同时兼顾转矩和调磁性能，而且不会出现电机局部过热的情况。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其是涉及一种长导磁齿双凸极混合励磁电机。
背景技术
现有的双凸极永磁电机，其定子、转子均为凸极结构，定子轭部嵌有永磁体。当定子电枢绕组中通入电流时，将与永磁磁场作用产生电磁转矩，带动凸极转子旋转。与传统的转子型永磁电机相比，双凸极永磁电机既具有转子机械强度高、结构简单和永磁体退磁风险小等特点，又具有永磁电机功率密度高、控制灵活的优点，赢得了广泛的关注。
然而，双凸极永磁电机的永磁磁场难于有效控制，导致其调速范围窄，调速能力差，限制了其在电动汽车、航空航天、新能源发电与驱动等领域的应用。尽管目前也有一些弱磁控制的方法，如机械分磁、绕组抽头和直流去磁等，但前两种方法装备复杂难以实际应用。
在现有改进后的双凸极永磁电机结构中，利用直流励磁绕组调磁。如公开号CN1601855A的中国专利文献公开了一种宽调速双凸极混合励磁无刷电机及其弱磁控制方法，双凸极永磁电机的定子上的电枢绕组之间设有直流励磁线圈，在直流励磁线圈的外侧对应的设有永磁体，在直流励磁线圈与永磁体之间设有导磁桥，永磁体的磁场方向为沿着电机的圆周方向。
上述结构采用永磁励磁和电励磁相结合的混合励磁方法对双凸极永磁电机进行无极弱磁控制，在一定程度上增大了电机的调速范围。然而，双凸极永磁电机的永磁体尺寸与定子槽尺寸存在制约关系。在定子内外径不变的情况下，增大永磁体尺寸会导致定子槽有效面积减小，再将励磁绕组放置在定子槽中，将进一步减小电枢绕组所占定子槽面积，电机调磁性能的改善以牺牲转矩密度为代价，并且部分定子槽中既有电枢绕组又有励磁绕组，而其余定子槽内只有电枢绕组，将导致不同定子槽中的铜耗不同，发热不同，进而造成电机局部发热较高。
发明内容
本发明提供了一种长导磁齿双凸极混合励磁电机，可以较好地解决增设励磁绕组而导致的有效定子槽面积减小的问题，不但继承了双凸极永磁电机的转矩密度大的优点，同时又有效解决了双凸极永磁电机难以实现弱磁控制、恒功率调速范围小的不足。
本发明的技术方案如下：
一种长导磁齿双凸极混合励磁电机，包括凸极结构的定子和转子，所述定子包括定子铁心、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，所述转子由转子铁心构成，所述定子铁心由若干定子铁心块组合而成，每块定子铁心块包括定子轭、设置在定子轭两端的导磁齿以及两个导磁齿之间的至少一个电枢齿，所述电枢绕组绕制在电枢齿上；所述永磁体嵌在相邻两块定子铁心块的导磁齿之间，所述永磁体的径向长度小于导磁齿和定子轭的径向长度之和。
本发明通过设置长导磁齿，减小了永磁体尺寸和励磁绕组尺寸对电枢绕组尺寸的影响，有效地增加放置电枢绕组和励磁绕组的定子槽面积，同时兼顾转矩和调磁性能，而且不会出现电机局部过热的情况。
本发明中，永磁体在相邻两块定子铁心块的导磁齿之间可以有三种固定位置。第一种固定位置为：所述永磁体径向的一端与所述导磁齿的齿顶齐平。
第二种固定位置为：所述永磁体径向的一端与所述定子轭的底部齐平。
上述两种固定位置，在永磁体和相邻两块定子铁心块围城的空间内可以设置导磁桥，导磁桥和永磁体之间设有间隙，所述导磁桥径向的两侧放置励磁绕组。
第三种固定位置为：所述永磁体径向的两端与导磁齿的齿顶以及定子轭的底部均不齐平，此时，定子铁心块之间不设导磁桥，所述永磁体径向的两侧放置励磁绕组。
本发明中，每块定子铁心块上的电枢齿数量n满足：n＝Ns/Np，Np＝2k，其中，Ns为电枢齿的总数，Np为永磁体数，k，n为正整数。
该电机的机械结构可以为旋转、直线或者两者组合结构；所述定子设在转子内部，或定子设在转子外部。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明结构解除了定子轭及永磁体径向厚度之间的相互约束，定子轭部厚度可根据其磁饱和程度灵活选择，提高电机铁心的使用效率。
2、在本发明结构中，每个定子槽中既有电枢绕组又有励磁绕组，使得各定子槽中的铜耗相同，发热均匀，不会造成电机局部发热较高。
3、本发明结构减小了永磁体尺寸和励磁绕组尺寸对电枢绕组尺寸的影响，有效地增加放置电枢绕组和励磁绕组的定子槽面积，同时兼顾转矩和调磁性能。
附图说明
图1为本发明实施例中永磁体径向一侧和导磁齿的齿顶齐平时，励磁绕组跨导磁桥绕制的截面示意图；
图2为本发明实施例中永磁体径向一侧和导磁齿的齿顶平齐时，励磁绕组跨定子铁心块绕制的截面示意图；
图3为本发明实施例中永磁体径向一侧和定子轭的底部齐平时，励磁绕组跨导磁桥绕制的截面示意图；
图4为本发明实施例中永磁体径向一侧和定子轭的底部齐平时，励磁绕组跨定子铁心块绕制的截面示意图；
图5为本发明实施例中永磁体径向两侧与导磁齿齿顶以及定子轭底部都不齐平时，励磁绕组跨永磁体绕制的截面示意图；
图6为本发明实施例中永磁体径向两侧与导磁齿齿顶以及定子轭底部都不齐平时，励磁绕组跨定子铁心块绕制的截面示意图。
图中：1为定子铁心块，2为转子铁心，3为电枢绕组，4为永磁体，5为励磁绕组，6为导磁桥，11为导磁齿，12为电枢齿，13为定子轭，21为转子轭，22为转子齿。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本实施例及附图只阐述了本发明电机每块定子铁心块上的电枢齿数为1时的情况，但本发明也适用于每块定子铁心块上的电枢齿数大于1时的情况，只要满足总电枢齿数与每块定子铁心块上的电枢齿数之比为偶数。
如图1所示，一种长导磁齿双凸极混合励磁电机，包括定子和转子，所述定子和转子为凸极结构，定子包括定子铁心、永磁体4、电枢绕组3和励磁绕组5，转子仅由转子铁心2构成，转子铁心包括转子轭21和转子齿22。定子铁心被永磁体4分割成若干定子铁心块1，每块定子铁心块1包括定子轭13、设置在定子轭13两端的导磁齿11以及两个导磁齿11之间的电枢齿12，电枢绕组3绕制在电枢齿12上。永磁体4嵌于相邻两块定子铁心块1的导磁齿11之间，永磁体4径向长度小于导磁齿11径向长度与定子轭13径向长度之和。
图2中，永磁体4径向一侧和导磁齿11的齿顶齐平，在永磁体4和相邻两块定子铁心块1围成的空间内设置导磁桥6，导磁桥6切向两侧连接相邻两块定子铁心块1，使若干电机定子铁心块1构成一个整体的定子铁心，导磁桥6径向两侧绕制励磁绕组5，导磁桥6为直流励磁磁通提供一个通路。
在永磁体4径向一侧和导磁齿11的齿顶齐平的情况下，励磁绕组还可以跨定子铁心块1绕制，参见图2。
如图3所示，永磁体4的第二种安装位置为：永磁体4径向一侧和定子轭13的底部齐平，在永磁体4和相邻两块定子铁心1围成的空间内设置导磁桥6，导磁桥6切向两侧连接相邻两块定子铁心块1，导磁桥6径向两侧放置励磁绕组5，导磁桥6为直流励磁磁通提供一个通路。
在永磁体4径向一侧和定子轭13的底部齐平的情况下，励磁绕组还可以跨定子铁心块1绕制，参见图4。
如图5所示，永磁体4的第三种安装位置为：永磁体4径向两侧既不与导磁齿11齿顶平齐也不与定子轭13底部平齐。此时，相邻的定子铁心块1之间不设导磁桥，励磁绕组5绕制在永磁体4径向两侧空间。励磁绕组5也可以跨定子铁心块1绕制，参见图6。
本发明的结构减小了永磁体4的尺寸和励磁绕组5的尺寸对电枢绕组3的尺寸影响，有效地增加放置电枢绕组3和励磁绕组5的定子槽面积，同时兼顾转矩和调磁性能。定子轭13及永磁体4径向厚度之间的相互约束，定子轭部厚度可根据其磁饱和程度灵活选择，提高电机铁心的使用效率。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种长导磁齿双凸极混合励磁电机，包括凸极结构的定子和转子，所述定子包括定子铁心、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，所述转子由转子铁心构成，其特征在于：
所述定子铁心由若干定子铁心块组合而成，每块定子铁心块包括定子轭、设置在定子轭两端的导磁齿以及两个导磁齿之间的至少一个电枢齿，所述电枢绕组绕制在电枢齿上；所述永磁体嵌在相邻两块定子铁心块的导磁齿之间，所述永磁体的径向长度小于导磁齿和定子轭的径向长度之和；
永磁体在相邻两块定子铁心块的导磁齿之间有三种固定位置，具体为：所述永磁体径向的一端与导磁齿的齿顶或定子轭的底部齐平，相邻两块定子铁心块的导磁齿之间还固设有导磁桥，所述导磁桥和永磁体之间设有间隙，所述导磁桥径向的两侧放置励磁绕组；
或者，所述永磁体径向的两端与导磁齿的齿顶以及定子轭的底部均不齐平，所述永磁体径向的两侧放置励磁绕组。
2.根据权利要求1所述的长导磁齿双凸极混合励磁电机，其特征在于，每块定子铁心块上的电枢齿数量n满足：n＝Ns/Np，Np＝2k，其中，Ns为电枢齿的总数，Np为永磁体数，k，n为正整数。
3.根据权利要求1所述的长导磁齿双凸极混合励磁电机，其特征在于，所述定子设在转子内部，或定子设在转子外部。
4.根据权利要求1所述的长导磁齿双凸极混合励磁电机，其特征在于，该电机的机械结构为旋转、直线或者两者组合结构。
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