CN112803692A - 一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，涉及轴向磁场电机技术领域，包括机壳和转轴，所述机壳内设置有转子盘和两个定子盘，两个定子盘对称设置在所述转子盘的两侧，且所述转子盘与各所述定子盘在轴向上均具有间隙，转轴依次穿过一所述定子盘、所述转子盘和另一所述定子盘，所述转轴与所述转子盘固定连接，所述转轴与两个所述定子盘转动连接。本发明采用双定子单转子的形式，形成单极性，制造成本低，制作工艺简单，维修方便，良品率高，且避免永磁电机故障情况下灭磁困难的缺陷；磁场调节范围宽；采用轴向电机拓扑结构，轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在电动汽车等对空间要求高的场合集成。

Description

一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机
技术领域
本发明涉及轴向磁场电机技术领域，特别是涉及一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机。
背景技术
能源和环境问题是目前世界可持续发展遇到的主要挑战，逐渐引起各国关注，发展可再生能源的需求日益增长。目前发电机存在的故障率高、体积大、成本高的问题，制约了其发展。
专利CN200780049559.1提出一种多转子多定子的轴向磁通永磁无铁心复式发电机，其具有轴向长度短，功率密度高的优势，但其永磁体用量高，制造工序、成本上身，故障灭磁难。公开号为CN201811403459.0的专利中，提出了一种三级式飞机混合励磁应急发电机，由永磁副励磁机、励磁机、主发电机三级式结构组成，为避免碳刷滑环结构，采用交流励磁机加旋转整流器实现无刷化，但旋转整流器故障率高，发生故障时将使电机无法获得励磁电流，导致无法输出电能，导致这种混合励磁无刷发电机容错性差，可靠性不高，且结构复杂，电机体积大，制造成本高。公开号为CN201010122060.2的专利提出一种两级式混合励磁无刷同步电机，在三级式的基础上，用一个外部直流源取代副励磁机给励磁机提供励磁电流，形成两级式无刷结构，这种结构同样没有规避三级式无刷发电机的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，以解决上述现有技术存在的问题，具有成本低、磁场调节范围宽、故障率低和稳定性强的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，包括机壳和转轴，所述机壳内设置有转子盘和两个定子盘，两个定子盘对称设置在所述转子盘的两侧，且所述转子盘与各所述定子盘在轴向上均具有间隙，所述转轴依次穿过一所述定子盘、所述转子盘和另一所述定子盘，所述转轴与所述转子盘固定连接，所述转轴与两个所述定子盘转动连接。
优选的，各所述定子盘均通过轴承安装在所述转轴上，各所述定子盘均包括定子铁心、电枢绕组、励磁绕组和导磁圆盘，所述定子铁心位于靠近所述转子盘的一侧并与所述转子盘具有一定间隙，所述定子铁心包括定子背轭和均匀设置在所述定子背轭一侧的若干定子齿，所述电枢绕组嵌设在若干所述定子齿形成的凹槽中，两个所述定子铁心的凹槽相对设置，所述励磁绕组位于所述定子铁心与所述导磁圆盘之间的中空区域，两个所述定子盘的所述导磁圆盘扣合形成中空的导磁环，所述转子盘、所述定子铁心、所述电枢绕组和所述励磁绕组均位于所述导磁环中。
优选的，所述导磁圆盘的截面形状为L形，所述导磁圆盘包括导磁端盘和导磁侧环，所述导磁端盘的内径与所述定子铁心、所述电枢绕组的内径相同，所述导磁侧环的内径大于所述定子铁心和所述电枢绕组的外径，所述导磁侧环的轴向长度大于所述定子铁心的轴向长度。
优选的，所述励磁绕组为圆环状，所述励磁绕组安装在所述定子铁心的定子轭上，所述励磁绕组位于所述定子铁心和所述导磁侧环之间，所述定子铁心的背轭侧与所述导磁端盘的内侧接触。
优选的，所述定子铁心由硅钢片卷绕而成或用导磁复合材料压制成形。
优选的，所述转子盘包括转子支架，所述转子支架固定套设在所述转轴上，所述转子支架上沿周向均匀开设有若干通孔，各所述通孔内分别设置有一铁心极。
优选的，所述铁心极采用卷绕成形、径向叠压成形、切向叠压成形或整块SMC材料制成。
优选的，所述铁心极的形状为扇形、圆形或方形；所述转子支架采用不锈钢或环氧树脂制成。
优选的，所述定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机还包括旋转变压器，所述旋转变压器的定子设置在所述机壳或所述定子盘上，所述机壳与所述定子盘固定连接，所述旋转变压器的转子设置在所述转轴或所述转子盘上，所述旋转变压器用于识别所述转子盘的位置信息。
优选的，所述机壳包括前机壳和后机壳，所述前机壳和所述后机壳通过螺栓连接，所述前机壳和所述后机壳分别位于一所述定子盘的外侧，且所述前机壳和所述后机壳均套设在所述转轴上且与所述转轴转动连接，所述前机壳和所述后机壳的外侧均设置有一端盖，所述端盖套设在所述转轴上且与所述转轴转动连接，所述端盖与所述前机壳和所述后机壳均通过螺栓连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明采用双定子单转子的形式，形成单极性，制造成本低，制作工艺简单，维修方便，良品率高，且避免永磁电机故障情况下灭磁困难的缺陷；磁场调节范围宽；采用轴向电机拓扑结构，轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在电动汽车等对空间要求高的场合集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机的结构爆炸图；
图2是本发明的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机的内部结构示意图；
图3是本发明的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机的外部结构示意图；
图4是本发明的双侧定子盘的结构爆炸图；
图5是本发明的转子盘的结构爆炸图；
图6是本发明的转子盘的结构示意图；
图7a是本发明的铁心极径向叠压示意图；
图7b是本发明的铁心极切向叠压示意图；
图7c是本发明的铁心极卷绕示意图；
图8是本发明的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机磁路运行原理图；
其中：100-定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，1-定子盘，101-定子铁心，102-电枢绕组，103-励磁绕组，104-导磁圆盘，2-铁心极，3-转子支架，4-转轴，5-轴承，6-前机壳，7-后机壳，8-端盖，9-旋转变压器，10-转子盘。
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，以解决上述现有技术存在的问题，具有成本低、磁场调节范围宽、故障率低和稳定性强的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图8所示：本实施例提供了一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机100，包括机壳和转轴4，机壳内设置有转子盘10和两个定子盘1，两个定子盘1对称设置在转子盘10的两侧，且转子盘10与各定子盘1在轴向上均具有间隙，即转子盘10分别与两个定子盘1形成轴向气隙，转轴4依次穿过一定子盘1、转子盘10和另一定子盘1，转轴4与转子盘10固定连接，转轴4与两个定子盘1转动连接。本实施例采用双定子单转子的形式，形成单极性，制造成本低，制作工艺简单，维修方便，良品率高，且避免永磁电机故障情况下灭磁困难的缺陷；磁场调节范围宽；采用轴向电机拓扑结构，轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在电动汽车等对空间要求高的场合集成。
具体地，本实施例中，转子盘10包括转子支架3，转子支架3固定套设在转轴4上，转子支架3上沿周向均匀开设有若干通孔，各通孔内分别设置有一铁心极2，铁心极2与转子支架3固定连接，从而将铁心极2在径向和轴向上保持固定。本实施例采用铁心极2替代永磁材料，通过电励磁形成单极性，制造成本低，制作工艺简单，且避免永磁电机绕组短路故障下灭磁困难的缺陷，磁场调节范围宽。
本实施例中，铁心极2的形状为扇形、圆形或方形，优选为扇形；转子支架3采用不锈钢或环氧树脂制成。
本实施例中，铁心极2采用卷绕成形、径向叠压成形、切向叠压成形或整块SMC材料制成。励磁绕组103在本实施例的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机100中形成的励磁磁通垂直于铁心极2的扇形面穿过，如图中箭头所示(图7a-图7c)，若采用轴向叠压，每个叠片间会产生额外气隙，因此只能采用卷绕成形、径向叠压成形、切向叠压成形。
本实施例中，各定子盘1均通过轴承5安装在转轴4上，各定子盘1均包括定子铁心101、电枢绕组102、励磁绕组103和导磁圆盘104，定子铁心101位于靠近转子盘10的一侧并与转子盘10具有一定间隙，定子铁心101包括定子背轭和均匀设置在定子背轭一侧的若干定子齿，电枢绕组102嵌设在若干定子齿形成的凹槽中，本实施例共45个凹槽，两个定子铁心101的凹槽相对设置，励磁绕组103位于定子铁心101与导磁圆盘104之间的中空区域，两个定子盘1的导磁圆盘104扣合形成中空的导磁环，导磁环采用金属材料制成，转子盘10、定子铁心101、电枢绕组102和励磁绕组103均位于导磁环中。本实施例的定子盘1不随着转子盘10转动，不需要碳刷滑环等结构，实现了轴向磁场电机的电励磁无刷化，相比于传统转子励磁型电励磁电机，转子结构简单可靠，漏磁小励磁效率高，运行效率高，故障率低，稳定性强，适合应用在可靠性要求高的发电系统、电动汽车轮毂驱动系统等场合。通过给电枢绕组102、励磁绕组103通入直流电，磁通经过定子铁心101、铁心极2、定子铁心101、导磁环形成闭合路径，由于每个铁心极2处磁通方向一致，使本实施例的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机100呈现一种单极性结构特性。
本实施例的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机100的磁路如图8所示，两组励磁绕组103电流导通方向一致，图中虚线为励磁磁通路径，电励磁磁通经过两侧定子盘1形成的轴向间隙通过扇形铁心极2，再经过定子铁心101以及导磁圆盘104形成回路，通过调节励磁电流的大小和方向来调节铁心极2处的磁密和方向，进而实现混合励磁。
本实施例中，导磁圆盘104的截面形状为L形，导磁圆盘104包括导磁端盘和导磁侧环，导磁端盘的内径与定子铁心101、电枢绕组102的内径相同，导磁侧环的内径大于定子铁心101和电枢绕组102的外径，为电枢绕组102的安装留下空间，确保拼接成导磁环后不与电枢绕组102安装产生干涉，导磁侧环的轴向长度大于定子铁心101的轴向长度，从而在两个定子铁心101之间形成了一个轴向间隙，在这个间隙中安装有环形励磁绕组103，两个导磁圆盘104形成的U形导磁环安装在机壳内侧，以固定其在径向上的位置。
本实施例中，励磁绕组103为圆环状，励磁绕组103安装在定子铁心101的定子轭上，励磁绕组103位于定子铁心101和导磁侧环之间，定子铁心101的背轭侧与导磁端盘的内侧接触。
本实施例中，定子铁心101由硅钢片卷绕而成或用导磁复合材料压制成形。具体地，定子铁心101若采用硅钢片，沿切向卷绕。
本实施例中，定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机100还包括旋转变压器9，旋转变压器9的定子设置在机壳或定子盘1上，机壳与定子盘1固定连接，旋转变压器9的转子设置在转轴4或转子盘10上，旋转变压器9用于识别转子盘10的位置信息。
本实施例中，机壳包括前机壳6和后机壳7，前机壳6和后机壳7通过螺栓连接，前机壳6和后机壳7分别位于一定子盘1的外侧，且前机壳6和后机壳7均套设在转轴4上且与转轴4转动连接，前机壳6和后机壳7的外侧均设置有一端盖8，端盖8套设在转轴4上且与转轴4转动连接，端盖8与前机壳6和后机壳7均通过螺栓连接。
本实施实现了轴向磁场电机的电励磁无刷化，相比于传统转子励磁型电励磁电机，转子结构简单可靠，漏磁小励磁效率高，运行效率高；采用铁心极2替代永磁材料，通过电励磁形成单极性，制造成本低，对转子结构形状要求低，制作工艺简单，维修方便，良品率高，且避免永磁电机故障情况下灭磁困难的缺陷；由于励磁电流产生的磁通经过铁心极2，励磁磁通回路磁阻小，励磁效率高，磁场调节范围宽；采用轴向电机拓扑结构，轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在电动汽车等对空间要求高的场合集成；定子盘1上增加的导磁环为金属材料，其与机壳接触后散热性能高，有利于励磁绕组103和电枢绕组102的冷却。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：包括机壳和转轴，所述机壳内设置有转子盘和两个定子盘，两个定子盘对称设置在所述转子盘的两侧，且所述转子盘与各所述定子盘在轴向上均具有间隙，所述转轴依次穿过一所述定子盘、所述转子盘和另一所述定子盘，所述转轴与所述转子盘固定连接，所述转轴与两个所述定子盘转动连接。
2.根据权利要求1所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：各所述定子盘均通过轴承安装在所述转轴上，各所述定子盘均包括定子铁心、电枢绕组、励磁绕组和导磁圆盘，所述定子铁心位于靠近所述转子盘的一侧并与所述转子盘具有一定间隙，所述定子铁心包括定子背轭和均匀设置在所述定子背轭一侧的若干定子齿，所述电枢绕组嵌设在若干所述定子齿形成的凹槽中，两个所述定子铁心的凹槽相对设置，所述励磁绕组位于所述定子铁心与所述导磁圆盘之间的中空区域，两个所述定子盘的所述导磁圆盘扣合形成中空的导磁环，所述转子盘、所述定子铁心、所述电枢绕组和所述励磁绕组均位于所述导磁环中。
3.根据权利要求2所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述导磁圆盘的截面形状为L形，所述导磁圆盘包括导磁端盘和导磁侧环，所述导磁端盘的内径与所述定子铁心、所述电枢绕组的内径相同，所述导磁侧环的内径大于所述定子铁心和所述电枢绕组的外径，所述导磁侧环的轴向长度大于所述定子铁心的轴向长度。
4.根据权利要求3所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述励磁绕组为圆环状，所述励磁绕组安装在所述定子铁心的定子轭上，所述励磁绕组位于所述定子铁心和所述导磁侧环之间，所述定子铁心的背轭侧与所述导磁端盘的内侧接触。
5.根据权利要求3所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述定子铁心由硅钢片卷绕而成或用导磁复合材料压制成形。
6.根据权利要求1所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述转子盘包括转子支架，所述转子支架固定套设在所述转轴上，所述转子支架上沿周向均匀开设有若干通孔，各所述通孔内分别设置有一铁心极。
7.根据权利要求6所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述铁心极采用卷绕成形、径向叠压成形、切向叠压成形或整块SMC材料制成。
8.根据权利要求6所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述铁心极的形状为扇形、圆形或方形；所述转子支架采用不锈钢或环氧树脂制成。
9.根据权利要求1所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机还包括旋转变压器，所述旋转变压器的定子设置在所述机壳或所述定子盘上，所述机壳与所述定子盘固定连接，所述旋转变压器的转子设置在所述转轴或所述转子盘上，所述旋转变压器用于识别所述转子盘的位置信息。
10.根据权利要求1所述的定子励磁型单极性轴向磁场无刷电机，其特征在于：所述机壳包括前机壳和后机壳，所述前机壳和所述后机壳通过螺栓连接，所述前机壳和所述后机壳分别位于一所述定子盘的外侧，且所述前机壳和所述后机壳均套设在所述转轴上且与所述转轴转动连接，所述前机壳和所述后机壳的外侧均设置有一端盖，所述端盖套设在所述转轴上且与所述转轴转动连接，所述端盖与所述前机壳和所述后机壳均通过螺栓连接。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210514

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