CN112152357A - 一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机 - Google Patents

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杨光勇
何成艳
李宝林
张�林
陈小华
王秀境
方学智
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Abstract

本发明涉及电机技术领域，且公开了一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子、调磁极转子，电枢绕组的外侧安装有励磁绕组，定子位于最外侧，调磁极转子位于定子的最内侧，电枢绕组和励磁绕组放置在定子上，电枢绕组位于调磁极转子的外侧，励磁绕组位于电枢绕组的外侧，调磁极转子为外凸极铁芯结构。本发明通过调磁极转子采用凸极铁心结构，结构简单，可靠性高，还充分利用电机内部空间，提高电机功率密度，通过调磁极转子保持低速旋转，能够满足直驱应用要求，可以避免传统电机齿轮箱等减速装置，从而适合应用于直驱低速大转矩场合，通过电枢绕组和励磁绕组放置在定子上，易于绕组散热。

Description

一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体为一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机。
背景技术
电机(英文：Electric machinery，俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，电机在电路中是用字母M(旧标准用D)表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能，直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，直流电机实图靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
现有的电机结构复杂，可靠性较低，散热性能不好。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子，所述定子上安装有电枢绕组和调磁极转子。
优选的，所述电枢绕组的外侧安装有励磁绕组。
优选的，所述定子位于最外侧，所述调磁极转子位于定子的最内侧，所述电枢绕组和励磁绕组放置在定子上，所述电枢绕组位于调磁极转子的外侧，所述励磁绕组位于电枢绕组的外侧，所述调磁极转子为外凸极铁芯结构。
优选的，所述调磁极转子位于最外侧，所述定子安装在调磁极转子的内侧，所述电枢绕组安装在定子的外侧，所述励磁绕组安装在电枢绕组的外侧，所述调磁极转子为内凸极铁芯结构。
优选的，所述定子位于最外侧，所述调磁极转子位于最内侧，所述电枢绕组安装在定子的内侧，所述电枢绕组的内侧安装有S极永磁体，所述S极永磁体之间和调磁极转子的外侧均安装有N极永磁体，所述调磁极转子为外凸极铁芯结构。
优选的，所述N极永磁体为径向充磁，相邻的S极永磁体一个是往顺时针圆周向充磁，另一个是逆时针圆周向充磁。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，具备以下有益效果：
1、本发明通过调磁极转子采用凸极铁心结构，结构简单，可靠性高，还充分利用电机内部空间，提高电机功率密度。
2、本发明通过调磁极转子保持低速旋转，能够满足直驱应用要求，可以避免传统电机齿轮箱等减速装置，从而适合应用于直驱低速大转矩场合。
3、本发明通过电枢绕组和励磁绕组放置在定子上，易于绕组散热，电枢绕组采用双层集中绕组，绕制简单方便，励磁绕组充分利用定子槽面积，可以实现强磁场励磁，也克服了转子励磁型电机在旋转过程中励磁绕组需要固定封装等问题，此外，励磁方式采用直流励磁，可以人为控制励磁电流大小，存在励磁可调性，避免了灭磁困难等问题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例一的结构图；
图2为本发明实施例二的结构图；
图3为本发明实施例三的结构图。
图中：1定子、2电枢绕组、3调磁极转子、4励磁绕组、5S极永磁体、6N极永磁体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
请参阅图1：
一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子1，定子1上安装有电枢绕组2和调磁极转子3，电枢绕组2的外侧安装有励磁绕组4，定子1位于最外侧，调磁极转子3位于定子1的最内侧，电枢绕组2和励磁绕组4放置在定子1上，电枢绕组2位于调磁极转子3的外侧，励磁绕组4位于电枢绕组2的外侧，调磁极转子3为外凸极铁芯结构；
工作原理：在励磁绕组4中通入直流励磁电源，在气隙中建立极对数为po的磁场，经过凸极结构的调磁极转子3时，利用调磁极转子3交替排列形成的气隙磁阻变化，该磁阻变化与磁通的相对运动，调制出极对数为ps的旋转空间谐波磁场，此时，满足调磁极转3极对数等于超导励磁绕组极对数和电枢绕组极对数之和，得如下公式：
pr＝po+ps
由上可知，调磁极转子3极对数pr，超导励磁绕组极对数po和电枢绕组2极对数ps，三者满足pr＝po+ps，电机能正常工作，根据该电机结构的特点，为了降低制造成本，选用现有的机壳，选定电机的外径为145mm；在此基础之上，以pr＝15，po＝6，ps＝9为例，进行有限元分析；由上述参数对电机进行有限元计算，当电机空载时，励磁电流为10A，励磁绕组为60匝，电枢绕,2为41匝，定子齿部磁密为1.1T，励磁磁场单独作用形成9对极磁场，漏磁较少，该电机设计合理。
实施例二：
请参阅图2：
一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子1，定子1上安装有电枢绕组2和调磁极转子3，电枢绕组2的外侧安装有励磁绕组4，调磁极转子3位于最外侧，定子1安装在调磁极转子3的内侧，电枢绕组2安装在定子1的外侧，励磁绕组4安装在电枢绕组2的外侧，调磁极转子3为内凸极铁芯结构；
由上述参数对电机进行有限元计算，当电机空载时，励磁电流为10A，励磁绕组4为54匝，电枢绕组2为38匝，反电势幅值为11V。
实施例三：
请参阅图3：
一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子1，定子1上安装有电枢绕组2和调磁极转子3，定子1位于最外侧，调磁极转子3位于最内侧，电枢绕组2安装在定子1的内侧，电枢绕组2的内侧安装有S极永磁体5，S极永磁体5之间和调磁极转子3的外侧均安装有N极永磁体6，调磁极转子3为外凸极铁芯结构，N极永磁体6为径向充磁，相邻的S极永磁体5一个是往顺时针圆周向充磁，另一个是逆时针圆周向充磁；
工作原理：利用场调制原理提出的凸极调磁极结构，永磁体在气隙中建立极对数为pr的磁场，经过凸极结构的调磁极转子3时，利用调磁极转子3交替排列形成的气隙磁阻变化，该磁阻变化与磁通的相对运动，调制出极对数为ps的旋转空间谐波磁场，此时，满足定子齿数N等于永磁体极对数pr和电枢绕组极对数ps之和，得如下公式：
N＝po+ps
把永磁体放置在调磁极转,3凹极部分和定子槽内，使得永磁体存在不同的充磁方向，磁力线从调磁极转子N极永磁体6穿过气隙到定子槽内N极永磁体6，再沿圆周向通过S极永磁体5，最后通过定子齿部、轭部形成磁场回路，形成4对极均匀对称磁场，并且漏磁较少，该电机设计合理。
综上可得，本发明通过调磁极转子3采用凸极铁心结构，结构简单，可靠性高，还充分利用电机内部空间，提高电机功率密度，通过调磁极转子3保持低速旋转，能够满足直驱应用要求，可以避免传统电机齿轮箱等减速装置，从而适合应用于直驱低速大转矩场合，通过电枢绕组2和励磁绕组4放置在定子1上，易于绕组散热。电枢绕组2采用双层集中绕组，绕制简单方便，励磁绕组4充分利用定子槽面积，可以实现强磁场励磁，也克服了转子励磁型电机在旋转过程中励磁绕组4需要固定封装等问题，此外，励磁方式采用直流励磁，可以人为控制励磁电流大小，存在励磁可调性，避免了灭磁困难等问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，包括定子(1)，其特征在于：所述定子(1)上安装有电枢绕组(2)和调磁极转子(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述电枢绕组(2)的外侧安装有励磁绕组(4)。
3.根据权利要求2所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述定子(1)位于最外侧，所述调磁极转子(3)位于定子(1)的最内侧，所述电枢绕组(2)和励磁绕组(4)放置在定子(1)上，所述电枢绕组(2)位于调磁极转子(3)的外侧，所述励磁绕组(4)位于电枢绕组(2)的外侧。
4.根据权利要求3所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述调磁极转子(3)为外凸极铁芯结构。
5.根据权利要求2所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述调磁极转子(3)位于最外侧，所述定子(1)安装在调磁极转子(3)的内侧，所述电枢绕组(2)安装在定子(1)的外侧，所述励磁绕组(4)安装在电枢绕组(2)的外侧。
6.根据权利要求5所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述调磁极转子(3)为内凸极铁芯结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述定子(1)位于最外侧，所述调磁极转子(3)位于最内侧，所述电枢绕组(2)安装在定子(1)的内侧，所述电枢绕组(2)的内侧安装有S极永磁体(5)，所述S极永磁体(5)之间和调磁极转子(3)的外侧均安装有N极永磁体(6)，所述调磁极转子(3)为外凸极铁芯结构。
8.根据权利要求7所述的一种基于调磁极结构的定子励磁型场调制电机，其特征在于：所述N极永磁体(6)为径向充磁，相邻的S极永磁体(5)一个是往顺时针圆周向充磁，另一个是逆时针圆周向充磁。
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