CN112968542A - 一种无刷爪极电机结构 - Google Patents

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杨都
卓亮
施道龙
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Abstract

本发明提供了一种无刷爪极电机结构，包括机壳组件；所述机壳组件内装有盘式电枢构成定子，盘式电枢穿过气隙同轴安装有转子外爪极，转子外爪极通过隔磁环嵌套装有转子内爪极，隔磁环、转子内爪极和转子外爪极形状配合构成转子；转子内爪极上有筒型激磁架，筒型激磁架上绕有励磁线圈。本发明能够在保持低成本的前提下实现无刷励磁可调、大功率、高可靠、长寿命的优势，同时在高速工况下具有良好的结构稳定性。

Description

一种无刷爪极电机结构
技术领域
本发明涉及一种无刷爪极电机结构，属于电气工程技术领域。
背景技术
随着国防工业和民用汽车工业的不断发展，对电机系统的高可靠性、长寿命性能要求不断提升。爪极电机由于其耐高转速、高功率密度和成本低的优点被广泛用于汽车发电机和国防武器供电系统中。
传统爪极电机一般采用径向磁通结构，即电枢在外包容着转子，径向尺寸往往较大，当发电机工作时转子产生的热量无法通过机壳传导散出，导致发电机发热严重，造成效率下降和寿命减短的后果。同时，由于传统爪极发电机转子一般为轴向左右两爪组成磁极，在转子上嵌有磁钢或装有昂贵的电刷、集电环及励磁组件，永磁体和励磁线圈常常无法承受高转速时带来的离心应力而发生故障，励磁组件还会增加转子发热，电刷和集电环也会产生机械磨损和火花，使其故障变多、寿命变短、效率变低、维护工作量变大，且成本也居高不下。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种无刷爪极电机结构，该无刷爪极电机结构能够在保持低成本的前提下实现无刷励磁可调、大功率、高可靠、长寿命的优势，同时在高速工况下具有良好的结构稳定性。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种无刷爪极电机结构，包括机壳组件；所述机壳组件内装有盘式电枢构成定子，盘式电枢穿过气隙同轴安装有转子外爪极，转子外爪极通过隔磁环嵌套装有转子内爪极，隔磁环、转子内爪极和转子外爪极形状配合构成转子；转子内爪极上有筒型激磁架，筒型激磁架上绕有励磁线圈。
所述转子内爪极和转子外爪极均为导磁材料制成，隔磁环由非导磁材料制成。
所述转子内爪极、转子外爪极、隔磁环焊接固定。
所述筒型激磁架位于机座内，机座由导磁材料制成；所述励磁线圈与转子内爪极之间存在径向气隙δ1和斜面气隙δ2。
所述转子外爪极后端以连接轴穿过盘式电枢，转子外爪极与盘式电枢之间存在轴向气隙δ3，连接轴通过第二轴承可转动固定。
所述转子外爪极外圆与机座之间存在径向气隙δ4，机壳组件和机座间通过螺钉连接构成封闭腔体。
所述转子内爪极前端通过第一轴承可转动固定于机座。
所述盘式电枢以硅钢片卷绕而成铁芯，铁芯一边侧面开有多个绕组槽，以扁线作为绕组绕制并侧向嵌入铁芯。
本发明的有益效果在于：能够在保持低成本的前提下实现无刷励磁可调、大功率、高可靠、长寿命的优势，同时在高速工况下具有良好的结构稳定性。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是图1的爆炸结构示意图；
图3是图2中转子外爪极和转子内爪极的装配示意图；
图4是图3中转子内爪极的结构示意图；
图5是图3中转子外爪极的结构示意图；
图6是图1中盘式电枢的结构示意图；
图7是图1中各气隙位置示意图；
图中：1-机座，2-第一轴承，3-励磁线圈，4-隔磁环，5-转子内爪极，6-转子外爪极，7-连接轴，8-盘式电枢，9-第二轴承，10-机壳组件。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明提供一种无刷爪极电机结构，包括机壳组件10；所述机壳组件10内装有盘式电枢8构成定子，盘式电枢8穿过气隙同轴安装有转子外爪极6，转子外爪极6通过隔磁环4嵌套装有转子内爪极5，隔磁环4、转子内爪极5和转子外爪极6形状配合构成转子；转子内爪极5上有筒型激磁架，筒型激磁架上绕有励磁线圈3。
所述转子内爪极5和转子外爪极6均为导磁材料制成，隔磁环4由非导磁材料制成。
所述转子内爪极5、转子外爪极6、隔磁环4焊接固定。
所述筒型激磁架位于机座1内，机座1由导磁材料制成；所述励磁线圈3与转子内爪极5之间存在径向气隙δ1和斜面气隙δ2。
所述转子外爪极6后端以连接轴7穿过盘式电枢8，转子外爪极6与盘式电枢8之间存在轴向气隙δ3，连接轴7通过第二轴承9可转动固定。
所述转子外爪极6外圆与机座1之间存在径向气隙δ4，机壳组件10和机座1间通过螺钉连接构成封闭腔体。
所述转子内爪极5前端通过第一轴承2可转动固定于机座1。
所述盘式电枢8以硅钢片卷绕而成铁芯，铁芯一边侧面开有多个绕组槽，以扁线作为绕组绕制并侧向嵌入铁芯。
实施例1
采用上述方案，如图1至图7所示，主要由机座1、第一轴承2、励磁线圈3、隔磁环4、转子内爪极5、转子外爪极6、连接轴7、盘式电枢8、第二轴承9、机壳组件10组成。在装配时，转子内爪极5和转子外爪极6通过隔磁环4焊接在一起共同组成转子；励磁线圈3绕制在机座的筒型激磁架上；盘式电枢8采用过盈配合压入机壳组件10共同组成定子，定子与机座采用止口配合，使用螺孔和螺钉进行紧固连接，最后采用第一轴承2和第二轴承9将定子和转子组成整体。
转子装配如图3所示，转子内爪极5和转子外爪极6都由导磁材料制成,隔磁环4由不导磁的铝合金制成,通过隔磁环4使转子内爪极5和转子外爪极4的端面在同一平面对齐焊接，最后与机座端面对齐装配。其中转子内爪极为5爪结构，详细结构如图4所示，转子外爪极为5爪结构，详细结构如图5所示。
电枢结构如图6所示，其中铁芯采用盘式结构，由硅钢片卷绕而成，铁芯一边侧面开有多个绕组槽，电枢绕组采用扁线绕制，侧向嵌入定子铁芯，不超出铁芯端面。
工作原理为：机座上的励磁线圈通电后，产生轴向磁通，依此通过机座-转子内爪极-盘式电枢-转子外爪极-机座，磁场通过内外爪极形成正弦磁场，转子转动后，正弦磁场依此通过盘式电枢三相绕组，从而感应出三相交流电压。
由此，上述方案：
a)转子采用内外爪极结构，而非传统左右爪极结构，无励磁组件嵌入，避免了左右爪极错位的风险，也降低了装配工艺难度无需装配励磁组件，同时提高了转子的耐高速性能。
b)在转子励磁方式上不采用永磁体嵌入和励磁线圈结构，而采用了机座通过气隙无刷励磁的方式，避免了电刷和集电环产生的火花和机械磨损，提高了发电效率和转子寿命。
c)采用了轴向磁路而非传统径向磁路，将定转子分别设计在发电机两端，使定转子产生的热量可以同时分别由机壳和机座传导散出，增大了散热效率，降低了各部分组件的温度，有利于提高发电机整体寿命和可靠性。
d)结构简单，全部零组件由成本较低的材料制成，可以有效减少制造成本。
e)转速可达40000rpm以上，工作环境温度达80℃以上，功率密度可达4kw/kg。

Claims (8)

1.一种无刷爪极电机结构，包括机壳组件(10)，其特征在于：所述机壳组件(10)内装有盘式电枢(8)构成定子，盘式电枢(8)穿过气隙同轴安装有转子外爪极(6)，转子外爪极(6)通过隔磁环(4)嵌套装有转子内爪极(5)，隔磁环(4)、转子内爪极(5)和转子外爪极(6)形状配合构成转子；转子内爪极(5)上有筒型激磁架，筒型激磁架上绕有励磁线圈(3)。
2.如权利要求1所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述转子内爪极(5)和转子外爪极(6)均为导磁材料制成，隔磁环(4)由非导磁材料制成。
3.如权利要求2所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述转子内爪极(5)、转子外爪极(6)、隔磁环(4)焊接固定。
4.如权利要求1所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述筒型激磁架位于机座(1)内，机座(1)由导磁材料制成；所述励磁线圈(3)与转子内爪极(5)之间存在径向气隙δ1和斜面气隙δ2。
5.如权利要求1所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述转子外爪极(6)后端以连接轴(7)穿过盘式电枢(8)，转子外爪极(6)与盘式电枢(8)之间存在轴向气隙δ3，连接轴(7)通过第二轴承(9)可转动固定。
6.如权利要求5所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述转子外爪极(6)外圆与机座(1)之间存在径向气隙δ4，机壳组件(10)和机座(1)间通过螺钉连接构成封闭腔体。
7.如权利要求1所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述转子内爪极(5)前端通过第一轴承(2)可转动固定于机座(1)。
8.如权利要求1所述的无刷爪极电机结构，其特征在于：所述盘式电枢(8)以硅钢片卷绕而成铁芯，铁芯一边侧面开有多个绕组槽，以扁线作为绕组绕制并侧向嵌入铁芯。
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