CN112564443A - 一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构 - Google Patents

一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机设计领域，具体的是一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，包括两个对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连；定子包括第一定子铁心、第二定子铁心、电枢绕组和直流励磁绕组，转子包括转子护套、转子铁心以及扇形永磁体，扇形永磁体设置在转子铁心内部，转子护套套设在转子铁心和扇形永磁体的外部。本发明的混合励磁轴向磁场永磁电机结构，采用了交替极双转子与混合励磁绕组单定子，直流励磁绕组可以有效调节气隙磁场强度、反电势以及输出转矩，提高了电机的调速范围与过载性能，且分段的定子可以有效减小定子铁心损耗与定子重量，提高电机效率与功率密度。

Description

一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构
技术领域
本发明涉及电机设计领域，具体的是一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构。
背景技术
20世纪80年代，美国学者Spooner.E提出一种混合励磁电机，内部有两种磁势源：永磁源与电励磁源，其中永磁源产生主气隙磁场，电励磁用于调节(增强或削弱)主气隙磁场，二者与电枢磁场相互作用实现电磁能量转换。该类电机结合了传统永磁同步电机与电励磁同步电机的特点，气隙磁场可控，适合需要宽速度范围与高过载性能的场合，如电动汽车等。
轴向磁场永磁电机具有轴向长度短、结构紧凑、功率/转矩密度高等特点。现有的轴向磁场永磁同步电机气隙磁场主要由永磁体提供，同样不易调节，调磁范围窄。只能通过直轴电枢电流弱磁提高电机转速，但永磁体磁阻很大，气隙磁场调节困难；另一方面，过大的直轴电枢电流可能引起永磁体永久退磁，且会减小交流电枢电流分量，降低电机带负载能力。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，解决了调磁范围窄、过载性能差等问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，包括两个对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，所述定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连；
所述定子包括第一定子铁心、第二定子铁心、电枢绕组和直流励磁绕组，定子铁心为分段模块化结构，包括相等数量的小齿和大齿，小齿为第一定子铁心，大齿为第二定子铁心，电枢绕组缠绕在第二定子铁心上，直流励磁绕组缠绕在第一定子铁心上，且线圈平面与气隙平面平行，电枢绕组为单层绕组；
所述转子包括转子护套、转子铁心以及扇形永磁体，扇形永磁体设置在转子铁心内部，转子护套套设在转子铁心和扇形永磁体的外部。
进一步地，所述小齿和大齿的数量均为s/2，大小齿沿圆周交替排列，形成s个定子槽，定子槽均为矩形平行槽，槽口宽度小于槽身宽度，每段定子铁心均为等腰梯形，梯形的上底靠近转轴，下底远离转轴，相邻梯形的腰平行。
进一步地，所述第二定子铁心与第一定子铁心在同一半径处的宽度之比为1.2-1.6。
进一步地，所述定子槽数s和转子磁极对数p满足分数槽集中绕组的约束且定子槽数s为偶数。
进一步地，所述转子铁心为圆环状且一侧沿圆周均匀的开有p个扇形凹槽，p为电机的磁极对数，扇形凹槽的弧度与扇形永磁体弧度之比为10/9-10/7，扇形凹槽的深度与扇形永磁体的厚度相等。
进一步地，两个所述转子中的2*p个扇形永磁体的充磁方向相同且为轴向。
本发明的有益效果：
本发明的混合励磁轴向磁场永磁电机结构，采用了交替极双转子与混合励磁绕组单定子，直流励磁绕组可以有效调节气隙磁场强度、反电势以及输出转矩，提高了电机的调速范围与过载性能，且分段的定子可以有效减小定子铁心损耗与定子重量，提高电机效率与功率密度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构示意图；
图2是本发明混合励磁轴向磁场永磁同步电机定子铁心结构；
图3是本发明混合励磁轴向磁场永磁同步电机转子铁心结构。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，如图1所示，包括两个对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连，定子包括第一定子铁心21、第二定子铁心22、电枢绕组32和直流励磁绕组31，转子包括转子护套11、转子铁心12以及扇形永磁体13，扇形永磁体13设置在转子铁心12内部，转子护套11套设在转子铁心12和扇形永磁体13的外部。
如图2所示，定子铁心为分段模块化结构，共有s/2个小齿和s/2个大齿，小齿为第一定子铁心21，大齿为第二定子铁心22，大小齿沿圆周交替排列，形成s个定子槽。定子槽均为矩形平行槽，且槽口宽度小于槽身宽度。从轴向视图来看，每段定子铁心均为等腰梯形，梯形的上底靠近转轴，下底远离转轴，相邻梯形的腰平行。定子齿的材料可选为硅钢或复合软磁材料，当采用叠压的硅钢时，叠压方向为半径方向。
电枢绕组32缠绕在第二定子铁心22上，直流励磁绕组31缠绕在第一定子铁心21上，且线圈平面与气隙平面平行，即电枢绕组32为单层绕组。为了提高槽满率，电枢绕组32和直流励磁绕组31采用矩形导线。同时，第二定子铁心22与第一定子铁心21在同一半径处的宽度之比为1.2-1.6。
其中，电机定子槽数s和转子磁极对数p满足分数槽集中绕组的约束且定子槽数s为偶数，本实施例中s＝12，p＝5。
如图3所示，转子铁心12为圆环状且一侧沿圆周均匀的开有p个扇形凹槽，p为电机的磁极对数。且扇形凹槽的弧度与扇形永磁体13弧度之比为10/9-10/7，扇形凹槽的深度与扇形永磁体13的厚度相等。
其中，两个转子中的2*p个扇形永磁体13的充磁方向相同且为轴向。当直流励磁方向与永磁体主磁路方向一致时，气隙磁密幅值增大，适用于过载工况；当直流励磁方向与永磁体主磁路方向相反时，气隙磁密幅值减小，适用于弱磁工况。由于转自侧交替极永磁和定子侧直流励磁源的加入，降低了电机永磁体的用量，改善了电机的调速范围与过载性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，包括两个对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，其特征在于，所述定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连；
所述定子包括第一定子铁心(21)、第二定子铁心(22)、电枢绕组(32)和直流励磁绕组(31)，定子铁心为分段模块化结构，包括相等数量的小齿和大齿，小齿为第一定子铁心(21)，大齿为第二定子铁心(22)，电枢绕组(32)缠绕在第二定子铁心(22)上，直流励磁绕组(31)缠绕在第一定子铁心(21)上，且线圈平面与气隙平面平行，电枢绕组(32)为单层绕组；
所述转子包括转子护套(11)、转子铁心(12)以及扇形永磁体(13)，扇形永磁体(13)设置在转子铁心(12)内部，转子护套(11)套设在转子铁心(12)和扇形永磁体(13)的外部。
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，其特征在于，所述小齿和大齿的数量均为s/2，大小齿沿圆周交替排列，形成s个定子槽，定子槽均为矩形平行槽，槽口宽度小于槽身宽度，每段定子铁心均为等腰梯形，梯形的上底靠近转轴，下底远离转轴，相邻梯形的腰平行。
3.根据权利要求1所述的一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，其特征在于，所述第二定子铁心(22)与第一定子铁心(21)在同一半径处的宽度之比为1.2-1.6。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，其特征在于，所述定子槽数s和转子磁极对数p满足分数槽集中绕组的约束且定子槽数s为偶数。
5.根据权利要求1所述的一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，其特征在于，所述转子铁心(12)为圆环状且一侧沿圆周均匀的开有p个扇形凹槽，p为电机的磁极对数，扇形凹槽的弧度与扇形永磁体(13)弧度之比为10/9-10/7，扇形凹槽的深度与扇形永磁体(13)的厚度相等。
6.根据权利要求1所述的一种混合励磁轴向磁场永磁同步电机结构，其特征在于，两个所述转子中的2*p个扇形永磁体(13)的充磁方向相同且为轴向。
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