CN111030330A - 一种混合励磁的永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合励磁的永磁电机，定子部分包括第一定子部分和第二定子部分，第一定子部分由若干个C型定子铁芯沿圆周排列而成，转子部分包含转子齿，每个转子齿上嵌有径向充磁的永磁体块，第二定子部分设有爪型定子齿，每个爪型定子齿上缠绕有励磁绕组。实施中，该电机结构简单，具有双极性磁通，通过增设励磁绕组，与永磁体混合励磁，可有效调节电机磁通，拓宽电机调速范围。
Description
技术领域
本发明涉及电机的技术领域，具体地说是一种混合励磁的永磁电机,尤其涉及一种混合励磁横向磁通的永磁电机。
背景技术
随着大功率电气传动技术发展，对驱动电机提出了高转矩密度、高效率、低成本的要求。传统结构的永磁电机，由于定子齿磁通流经面与电枢绕组槽切面位于同一截面，导致定子齿的宽度与电枢绕组槽的宽度相互制约，限制了电机转矩密度的提高。因此提出了转子旋转方向与磁通面相互垂直的横向磁通永磁电机，该电机具有空间设计灵活的优点，电机较多尺寸具有独立性，便于结构的调整优化；定子各相相互独立，各相电流、感应电动势不互不影响；磁负荷与电负荷相互解耦，提高了电机的功率密度。横向磁通永磁电机在许多低速大转矩领域具有较好的应用前景。
然而，传统的横向磁通永磁电机多为单极性磁通，定子空间利用率低，成本较高，永磁体利用不充分，同时具有永磁电机气隙磁场难以调节的问题，并且横向磁通电机一般结构复杂，规模化生产加工困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的混合励磁的永磁电机，通过增设励磁绕组，与永磁体混合励磁，可有效调节电机磁通，拓宽电机调速范围。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种混合励磁的永磁电机，包括定子部分和转子部分，其特征在于：定子部分包括第一定子部分和第二定子部分，第一定子部分由若干个C型定子铁芯沿圆周排列而成，转子部分包含与C型定子铁芯数量相对应的转子齿，每个转子齿上嵌有径向充磁的永磁体块，第二定子部分设有与转子齿数量相对应的爪型定子齿，每个爪型定子齿上缠绕有励磁绕组；每个C型定子铁芯与每个对应的转子齿之间形成磁通回路，同时相邻的一组C型定子铁芯、一组对应的转子齿和一组对应爪型定子齿之间也形成磁通回路。
优选的，若干个转子齿共用一个转子轭部，若干个转子齿沿圆周均匀围绕转子轭部分布，转子齿的中部位置设有永磁体块，相连的两个转子齿上的永磁体块充磁方向相反。
进一步，第二定子部分共有一个第二定子轭部，若干个爪型定子齿沿圆周均匀分布在第二定子轭部四周，每个爪型定子齿的外侧边与每个C型定子铁芯的外侧边齐平。
相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：
1、本发明所述的改进方案，第一定子部分、转子部分和第二定子部分综合作用，产生双极性磁通，提高了功率密度与转矩密度；
2、本发明的技术方案的中，第二定子部分设有与转子齿数量相对应的爪型定子齿，每个爪型定子齿上缠绕有励磁绕组，可实现对电机磁通的有效调节，解决永磁电机气隙磁密难以调节的问题，拓宽电机的调速范围；
3、本发明第一定子部分和第二定子部分由模块化的定子部件组装而成，结构简单，利于加工，降低生产成本；
4、本发明为了的结构布局合理，在保证电机转矩输出的同时，一定程度上减少永磁体材料的使用量，降低成本，便于推广和利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的一块C型定子铁芯结构示意图。
图3为本发明的第二定子部分结构示意图。
图4为本发明的转子部分结构示意图。
图5、6为本发明实施例中第一定子部分与转子部分形成磁通回路的结构示意图。
图7、8为本发明实施例中第一定子部分、转子部分和第二定子部分形成磁通回路的结构示意图。
附图标记：
1第一定子部分、2第二定子部分、3转子部分、4电枢绕组、5励磁绕组、6爪型定子齿、7第二定子轭部、8 C型定子铁芯、9转子轭部、10永磁体；
3-1转子齿A、3-2转子齿B、3-3转子齿C、3-4转子齿D；
8-1 C型定子铁芯A、8-2 C型定子铁芯C、8-3 C型定子铁芯D；
6-1爪型定子齿C、6-2、爪型定子齿D；
10-1永磁体A、10-2永磁体B、10-3永磁体C、10-4永磁体D。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种混合励磁的永磁电机，具体参见图1，包括定子部分和转子部分，其与现有技术的区别在于：定子部分包括第一定子部分和第二定子部分，第一定子部分由若干个C型定子铁芯沿圆周排列而成，转子部分包含与C型定子铁芯数量相对应的转子齿，每个转子齿上嵌有径向充磁的永磁体块，第二定子部分设有与转子齿数量相对应的爪型定子齿，每个爪型定子齿上缠绕有励磁绕组。
具体来说，每个C型定子铁芯与每个对应的转子齿之间形成小的磁通回路，同时相邻的一组C型定子铁芯、一组对应的转子齿和一组对应爪型定子齿之间也形成大的磁通回路，这里的小磁通回路和大磁通回路可以顺时针或者逆时针运行。因此，当电机以一定的角速度进行旋转时，永磁体10极性持续性有规律改变使C型定子铁芯8中的磁通周期性变化，呈双极性，使位于圆形定子槽中的电枢绕组产生感应电势。并且，在电机运行全过程中，无论转子位置如何变化，都能有效利用到每一块永磁体10，提高了永磁体材料的利用率。
实施例1
第一定子部分、第二定子部分与转子轴向分布，转子位于第一定子部分与第二定子部分中间；所述第一定子部分由2P（P为奇数）个C型定子铁芯组成，2P个定子铁芯沿圆周均匀分布；所述电枢绕组嵌在C形定子铁芯中；所述转子包含2P个转子齿，每个转子齿上嵌有径向充磁的永磁体块；所述第二定子部分由2P个爪型定子齿组成，每个爪形定子齿上缠绕励磁绕组。
第一定子部分的C型定子铁芯与第二定子部分的爪型定子齿可通过硅钢片叠制成模块化部件，便于第一定子部分与第二定子部分的组装，简化电机结构，降低生成成本，易于安装和维护。
实施中，若干个转子齿共用一个转子轭部，若干个转子齿沿圆周均匀围绕转子轭部分布，转子齿的中部位置设有永磁体块，（永磁体不是在齿中部，永磁体径向位于C型定子铁芯两个齿的中部位置）相连的两个转子齿上的永磁体块充磁方向相反，便于后期形成有效的磁通回路。永磁体径向上位于C型定子铁芯两个齿根的中部位置，永磁体沿转子齿的径向长度与转子铁芯的轴向厚度相同。
第二定子部分共有一个第二定子轭部，若干个爪型定子齿沿圆周均匀分布在第二定子轭部四周，每个爪型定子齿的外侧边与每个C型定子铁芯的外侧边齐平，也就是第一定子部分的外圆周与第二定子部分的外圆周大小是相同的，同时转子部分的外圆周大小与前两者也是相同的，三者形成一个配合的整体结构。
通过第一定子、转子和第二定子的定、转子铁芯与转子上的永磁体块综合作用，实现对电机内所有的永磁体材料的高效利用，产生双极性磁通，较传统横向磁通电机提高了功率密度与转矩密度。并且，可在保证电机转矩输出的同时，一定程度上减少永磁体材料的使用量，降低成本。
实施例2
第一定子部分1中的14个C型定子铁芯8沿圆周均匀分布，电枢绕组4放置在C型定子铁芯组成的圆形定子槽中。转子部分3中转子轭部9外环绕着14个转子齿，每个转子齿上设置永磁体10，永磁体10径向充磁，相邻转子齿上的永磁体充磁方向相反，永磁体10在径向上位于C型定子铁芯8两个齿的中间位置。第二定子部分2中的第二定子轭部7连接着14个爪型定子齿6，每个爪型定子齿6上缠绕有励磁绕组5。
C型定子铁芯8与爪型定子齿6由硅钢片叠压粘结而成，14个C型定子铁芯8模块拼接组成第一定子部分1，14个爪型定子齿6模块与第二定子轭部拼接组成第二定子部分2，电机结构简单，便于大规模加工生产。
C型定子铁芯由横梁和与横梁垂直相连的两个齿根，C型定子的最外侧边距离电机轴轴心的直径为200mm，最内侧边距离电机轴轴心的直径为87mm，横梁一端粗一端细，细端对应轴心的圆弧角度为16.8°，粗端对应轴心的圆弧角度为12.8°，两个齿根分别设置在横梁的两端，也是一根粗一根细，两个齿根沿半径的径向厚度相等，为10mm，C型定子铁芯的数量为偶数。 爪型定子齿包括爪部和与爪部垂直相连的齿部，爪型定子外径与C型定子铁芯外径相同，为200mm，爪部由一端大一端小的横杆组成，爪部大端对应轴心的圆弧角度为10°，爪型定子齿的齿部与C型定子铁芯的粗齿根对应设置，C型定子铁芯高度与爪型定子齿高度相同。
永磁电机工作时，遵循“磁阻最小”原理，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因磁力线扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩，拖动电机产生旋转运动，本实施例同样遵循该原理。如图5、6所示，8-1表示一个C型定子铁芯A，3-1和3-2表示两个相邻的转子齿A、B，10-1和10-2表示两个相邻转子齿上的永磁体A、B。当转子位于图5所示的位置时，磁通沿着永磁体10-1的N极—转子齿3-1—气隙—C型定子铁芯8-1—气隙—转子齿3-1—永磁体10-1的S极形成磁通回路，此刻C型定子铁芯8-1的磁通方向为顺时针方向；当转子位于图6所示的位置时，磁通沿着永磁体10-2的N极—转子齿3-2—气隙—C型定子铁芯8-1—气隙—转子齿3-2—永磁体10-2的S极形成磁通回路，此刻C型定子铁芯8-1中的磁通方向为逆时针，因此，当电机以一定的角速度进行旋转时，永磁体10极性持续性有规律改变使C型定子铁芯8中的磁通周期性变化，呈双极性，使位于圆形定子槽中的电枢绕组产生感应电势。并且，在电机运行全过程中，无论转子位置如何变化，都能有效利用到每一块永磁体10，提高了永磁体材料的利用率。
实施例3
如图7、8所示，8-2和8-3表示两块相邻的C型定子铁芯C、D，10-3和10-4表示两个相邻转子齿上的永磁体C、D，3-3和3-4表示两个相邻的转子齿C、D，6-1和6-2表示两块相邻的爪型定子齿C、D。如图7所示，当爪型定子齿6-2上的励磁绕组通以增磁电流时，励磁磁通沿爪型定子齿6-2—气隙—转子齿3-4—气隙—C型定子铁芯8-3—气隙—转子齿3-4—转子轭部9—转子齿3-3—气隙—C型定子铁芯8-2—气隙—转子齿3-3—气隙—爪型定子齿6-1—第二定子轭部7—爪型定子齿6-2，形成闭合磁通回路，可以看出，C型定子铁芯8-3中的磁通增加。如图8所示，当爪型定子齿6-2上的励磁绕组通以去磁电流时，励磁磁通沿爪型定子齿6-2—第二定子轭部7—爪型定子齿6-1—气隙—转子齿3-3—气隙—C型定子铁芯8-2—气隙—转子齿3-3—转子轭部9—转子齿3-4—气隙—C型定子铁芯8-3—气隙—转子齿3-4—气隙—爪型定子齿6-2，形成闭合磁通回路，可以看出，C型定子铁芯8-3中的磁通减小。相邻C型定子铁芯8-2中的励磁磁通回路原理与C型定子铁芯8-3相同，这里不做详细解释。因此，通过设置励磁绕组，可以有效调节电机磁通，进一步拓宽电机的调速范围。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种混合励磁的永磁电机，包括定子部分和转子部分，其特征在于：定子部分包括第一定子部分和第二定子部分，第一定子部分由若干个C型定子铁芯沿圆周排列而成，转子部分包含与C型定子铁芯数量相对应的转子齿，每个转子齿上嵌有径向充磁的永磁体块，第二定子部分设有与转子齿数量相对应的爪型定子齿，每个爪型定子齿上缠绕有励磁绕组；每个C型定子铁芯与每个对应的转子齿之间形成磁通回路，同时相邻的一组C型定子铁芯、一组对应的转子齿和一组对应爪型定子齿之间也形成磁通回路。
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁的永磁电机，其特征在于：若干个转子齿共用一个转子轭部，若干个转子齿沿圆周均匀围绕转子轭部分布，转子齿设有永磁体块，相邻的两个转子齿上的永磁体块充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种混合励磁的永磁电机，其特征在于：第二定子部分共有一个第二定子轭部，若干个爪型定子齿沿圆周均匀分布在第二定子轭部四周，每个爪型定子齿的外侧边与每个C型定子铁芯的外侧边齐平，C型定子铁芯高度与爪型定子齿高度相同。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁的永磁电机，其特征在于：C型定子铁芯由横梁和与横梁垂直相连的两个齿根，横梁一端粗一端细，两个齿根分别设置在横梁的两端，也是一根粗一根细，C型定子铁芯的数量为偶数。
5.根据权利要4求所述的一种混合励磁的永磁电机，其特征在于：爪型定子齿包括爪部和与爪部垂直相连的齿部，爪部由一端大一端小的横杆组成，爪型定子齿的齿部与C型定子铁芯的粗齿根对应设置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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