CN111555483B - 一种双层定子模块式调磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双层定子模块式调磁电机，包括双层定子单元、永磁体单元、不导磁固定块、转子和转轴。双层定子单元沿圆周设置，相邻双层定子单元的定子齿之间形成定子槽。定子槽被槽楔分隔成径向截面为扇形的上层槽和圆弧酒杯形的下层槽，该槽型不仅便于绕组缠绕，而且可减小外定子齿磁密、避免电机运行中此处过热问题。上层槽中缠绕电枢绕组，下层槽中缠绕励磁绕组，利用槽楔固定以及分隔上下层绕组，能够解决槽型复杂时下线困难，以及槽满率应用不高的问题。永磁体单元和不导磁固定块依次交替沿圆周布设在定子内表面。励磁绕组通入直流脉冲电流来改变铝镍钴永磁体的磁化状态，从而通过对永磁体单元充去磁实现电机气隙磁通的可调。

Description

一种双层定子模块式调磁电机
技术领域
本发明涉及一种双层定子模块式调磁电机，属于永磁电机技术领域。
背景技术
由于永磁同步电机具有高效率、高功率密度、强过载能力等优点，使得其在航天航空、工农业生产和汽车等领域得到广泛应用。但传统的永磁同步电机存在气隙磁场无法调节的问题。为了实现气隙磁场的可调，德国学者Vlado Ostovic提出了直接改变永磁体的磁化水平的“记忆电机”，该电机转子由铝镍钴永磁体、非磁性夹层和转子铁心共同组成三明治结构，这种特殊结构能够随时实现对永磁体进行在线反复充去磁来改变气隙磁场。然而，由于永磁体位于转子上，存在散热困难的问题；又由于低矫顽力永磁较低的磁性能，往往需要采用复杂的铁心结构保证低矫顽力永磁正常工作，以提供足够强的气隙磁场，这大大增加了电机的加工难度，降低了电机的机械可靠性。同时，定子槽满率应用不高在电机的实际加工过程中也是重要的难点。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种双层定子模块式调磁电机，解决永磁同步电机气隙磁场调速范围有限、槽满率应用不高的问题，并且解决复杂定子结构加工过程中下线难的问题。
技术方案：一种双层定子模块式调磁电机，包括双层定子单元、永磁体单元、不导磁固定块、转子和转轴；所述双层定子单元由上模块和下模块构成，所述上模块包括定子轭，所述上模块和下模块共同形成定子齿；所述双层定子单元沿圆周设置，相邻双层定子单元的定子齿之间形成定子槽；所述定子槽被槽楔分隔成径向截面为扇形的上层槽和径向截面为圆弧酒杯形的下层槽；所述上层槽中缠绕电枢绕组，所述电枢绕组采用三相集中绕组，所述下层槽中缠绕励磁绕组，所述励磁绕组采用单相集中绕组；所述永磁体单元沿圆周布设在定子内表面，相邻的永磁体单元之间设有不导磁固定块，所述不导磁固定块贴在定子内表面；所述永磁体单元采用铝镍钴永磁材料并沿切向交替充磁；所述励磁绕组通入直流脉冲电流来改变铝镍钴永磁体的磁化状态，从而通过对所述永磁体单元充去磁实现电机气隙磁通的可调。
进一的步，所述双层定子单元共有18组，所述永磁体单元和不导磁固定块的径向面均为扇形结构，并且二者数量均为18块。
有益效果：本发明所提出的双层定子模块式调磁电机，定子槽被槽楔分隔成扇形结构的上层槽和圆弧酒杯形的下层槽，该槽型不仅便于绕组缠绕，而且可减小外定子齿磁密饱和避免电机运行中此处过热问题。
永磁体采用低矫顽力的铝镍钴永磁材料，沿切向交替充磁，和不导磁块横截面均为扇形结构，并且二者相间沿圆周方向布设在定子内表面；励磁绕组通过施加不同幅值的脉冲电流，使低矫顽力永磁工作于不同的磁化水平，从而调节气隙磁场，实现较宽的磁通调节范围。
双层定子单元由上模块和下模块构成，定子上模块布设电枢绕组，定子下模块布设励磁绕组，利用槽楔固定以及分隔上下层绕组；这种模块式结构和组装方式，能够解决槽型复杂时下线困难，以及槽满率应用不高的问题。
永磁体内壁与转子外壁间设有气隙，气隙的厚度与电机的功率等级、所选取的永磁材料、定子、转子和装配工艺有关。
附图说明
图1为一种双层定子模块式调磁电机的径向截面结构示意图；
图中有：双层定子单元1、永磁体单元2、不导磁固定块3、转子4、转轴5、定子槽6、上层槽7、下层槽8、上模块9、下模块10；
图2为图1中1/4模型结构示意图；
图中有：电枢绕组11、槽楔12、定子齿13、定子轭14、励磁绕组15；
图3为本发明的轴向截面结构示意图；
图中有：机壳16、连接架17、轴承18。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图3所示，一种双层定子模块式调磁电机，包括双层定子单元1、永磁体单元2、不导磁固定块3、转子4和转轴5。双层定子单元1由上模块9和下模块10构成，上模块9包括定子轭14，上模块9和下模块10共同形成定子齿13。双层定子单元1沿圆周设置，相邻双层定子单元1的定子齿13之间形成定子槽6。定子槽6被槽楔12分隔成径向截面为扇形的上层槽7和径向截面为圆弧酒杯形的下层槽8，该槽型不仅便于绕组缠绕，而且可减小外定子齿磁密、避免电机运行中此处过热问题。上层槽7中缠绕电枢绕组11，电枢绕组11采用三相集中绕组；下层槽8中缠绕励磁绕组15，励磁绕组15采用单相集中绕组。永磁体单元2和不导磁固定块3的径向面均为扇形结构，永磁体单元2沿圆周布设在定子内表面，相邻的永磁体单元2之间设有不导磁固定块3，不导磁固定块3贴在定子内表面，这种结构能够使永磁体单元2更加牢固的固定于定子内表面。
永磁体单元2采用低矫顽力的铝镍钴永磁材料，铝镍钴永磁体沿切向交替充磁，和不导磁块横截面均为扇形结构。励磁绕组15通入直流脉冲电流来改变铝镍钴永磁体的磁化状态，从而通过对永磁体单元2充去磁实现电机气隙磁通的可调。定子上模块9布设电枢绕组11，定子下模块10布设励磁绕组15，利用槽楔固定以及分隔上下层绕组，这种模块式结构和组装方式，能够解决槽型复杂时下线困难，以及槽满率应用不高的问题。
如图1和图3所示，定子固定在机壳16上，转子4和转轴5连接在一起同步旋转，并且通过连接架17、轴承18转动连接。永磁体单元的内壁与转子外壁间设有气隙，气隙的厚度与电机的功率等级、所选取的永磁材料、定子、转子和装配工艺有关。本实施中，双层定子单元1共有18组，永磁体单元2和不导磁固定块3的数量均为18块。
需要说明的是，本发明的定子槽双层绕组结构，还可将基本的层数进行整数倍扩充，得到3层、4层……等结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种双层定子模块式调磁电机，其特征在于，包括双层定子单元(1)、永磁体单元(2)、不导磁固定块(3)、转子(4)和转轴(5)；所述双层定子单元(1)由上模块(9)和下模块(10)构成，所述上模块(9)包括定子轭(14)，所述上模块(9)和下模块(10)共同形成定子齿(13)；所述双层定子单元(1)沿圆周设置，相邻双层定子单元(1)的定子齿(13)之间形成定子槽(6)；所述定子槽(6)被槽楔(12)分隔成径向截面为扇形的上层槽(7)和径向截面为圆弧酒杯形的下层槽(8)；所述上层槽(7)中缠绕电枢绕组(11)，所述电枢绕组(11)采用三相集中绕组，所述下层槽(8)中缠绕励磁绕组(15)，所述励磁绕组(15)采用单相集中绕组；所述永磁体单元(2)沿圆周布设在定子内表面，相邻的永磁体单元(2)之间设有不导磁固定块(3)，所述不导磁固定块(3)贴在定子内表面；所述永磁体单元(2)采用铝镍钴永磁材料并沿切向交替充磁；所述励磁绕组(15)通入直流脉冲电流来改变铝镍钴永磁体的磁化状态，从而通过对所述永磁体单元(2)充去磁实现电机气隙磁通的可调。
2.根据权利要求1所述的双层定子模块式调磁电机，其特征在于，所述双层定子单元(1)共有18组，所述永磁体单元(2)和不导磁固定块(3)的径向面均为扇形结构，并且二者数量均为18块。
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