CN113452163A - 一种双层定子结构的磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双层定子结构的磁阻电机，属于电机领域，包括：转轴；转子，设置于转轴的外侧，包括非导磁支架和多个转子分块铁心；多个转子分块铁心均匀固定在非导磁支架的卡槽内；定子，设置于转子的外侧，设有多个定子齿组，每个定子齿组包括内齿和外齿，各个内齿上缠绕有定子绕组，相邻定子绕组通电时产生的第一磁场的磁场极性相反；多个永磁体，嵌在定子外围且与定子齿组一一对应，在转子中永磁体产生的第二磁场的磁场方向与第一磁场的磁场方向相同，形成并联型混合励磁结构。本发明定子绕组直接绕在内齿上，绕组端部很小且无交叠；在外齿外侧内嵌永磁体提高了电机的平均转矩；转子铁心分块嵌入非导磁支架中，磁路短，铁耗少。

Description

一种双层定子结构的磁阻电机
技术领域
本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种双层定子结构的磁阻电机。
背景技术
传统开关磁阻电机定转子为双凸极结构，转子上既无绕组，也无永磁体，结构简单可靠，特别适合高速运行；各相独立工作，容错能力强；控制参数多，可实现宽调速范围。
但是传统开关磁阻电机在高速运行时，电机的效率偏低，发热大，主要是因为高速时电机工作频率高，产生的铁耗大；同时凸极结构的转子会引起很大的风阻损耗。铁耗大、转子风阻损耗大的缺点成为限制开关磁阻电机向更高转速、更大功率发展的技术瓶颈。
现有的开关磁阻电机一般采用长磁路结构，铁心损耗较大、转矩性能差、功率密度低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双层定子结构的磁阻电机，其目的在于在环形绕组开关磁阻电机的基础上，将“分块转子”与“混合励磁”相融合，由此解决高速开关磁阻电机的铁心损耗大、转子风阻损耗大的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双层定子结构的磁阻电机，包括：
转轴；
转子，设置于所述转轴的外侧，包括非导磁支架和多个转子分块铁心；多个所述转子分块铁心均匀固定在所述非导磁支架的卡槽内；
定子，设置于所述转子的外侧，设有多个定子齿组，每个所述定子齿组包括内齿和外齿，各个所述内齿上缠绕有定子绕组，相邻所述定子绕组通电时产生的第一磁场的磁场极性相反；
多个永磁体，嵌在所述外齿外围且与所述定子齿组一一对应，相邻两所述永磁体相对面的极性相同，在所述转子中所述永磁体产生的第二磁场的磁场方向与所述第一磁场的磁场方向相同，形成并联型混合励磁结构。
在其中一个实施例中，当所述永磁磁阻电机为三相电机时，
所述转子分块铁心的数目为4n，n为正整数；所述定子齿组的数目为6n；每间隔180°/n的所述定子绕组属于同一相，同一相的定子绕组之间串联或者并联，所有定子绕组共同形成三相绕组。
在其中一个实施例中，当所述三相绕组中通入电流时，各个所述永磁体产生的第二磁场与各个所述定子绕组产生的第一磁场相互叠加，等效于在所述定子绕组产生的励磁基础上并联一个永磁体磁源。
在其中一个实施例中，当一个定子齿组的轴线与其正对的转子铁心分块的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最小；
当一个定子齿组的轴线与相邻两转子铁心分块之间非导磁支架的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最大。
在其中一个实施例中，多个所述永磁体，嵌在所述外齿外围的多个定子轭上，所述定子轭与所述定子齿组位置对应。
在其中一个实施例中，所述永磁铁的数目、所述定子轭的数目和所述定子齿组的数目均相等。
在其中一个实施例中，所述各个所述永磁体沿圆周方向充磁，相邻两所述永磁体的充磁方向相反。
在其中一个实施例中，所述转子分块铁心与所述非导磁支架配合在靠近所述定子的一侧形成光滑圆柱面。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明采用环形绕组结构，定子绕组直接绕在内层定子磁轭上而不必跨越定子齿，绕组端部很小且无交叠；在外层定子磁轭内嵌永磁体，提高了电机的平均转矩；而且不产生齿槽转矩，空载时没有铁耗；转子铁心分块嵌入非导磁的转子支架中，磁路短，铁耗少。本发明的电机在航空航天、飞轮储能、精密加工、天然气输送等领域具有应用前景。另外，转子的外形呈圆柱状，运行时风阻小。
附图说明
图1是本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机截面图；
图2是本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机A相绕组自感最小时的磁力线分布图；
图3是本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机A相绕组自感最大时的磁力线分布图；
图4是本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机空载时的磁力线分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种双层定子结构的磁阻电机，包括：
转轴；
转子，设置于所述转轴的外侧，包括非导磁支架和多个转子分块铁心；多个转子分块铁心均匀固定在非导磁支架的卡槽内；
定子，设置于转子的外侧，设有多个定子齿组，每个定子齿组包括内齿和外齿，各个内齿上缠绕有定子绕组，相邻定子绕组通电时产生的第一磁场的磁场极性相反；
多个永磁体，嵌在定子外围且与定子齿组一一对应，相邻两永磁体相对面的极性相同，在转子中永磁体产生的第二磁场的磁场方向与第一磁场的磁场方向相同，形成并联型混合励磁结构。
在其中一个实施例中，当永磁磁阻电机为三相电机时，转子分块铁心的数目为4n，n为正整数；定子齿组的数目为6n；每间隔180°/n的定子绕组属于同一相，同一相的定子绕组之间串联或者并联，所有定子绕组共同形成三相绕组。
具体的，图1是本发明实施例的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机二维结构示意图，其中，1是定子，2是定子绕组，3是转子铁心分块，4是非导磁的转子支架，5是永磁体，6是转轴。举例来说，电机转子由4个扇形转子块组成，并嵌入非导磁的转子支架中。定子为两层结构，定子内外层齿数均为6，定子绕组缠绕在内层定子磁轭上，相邻的定子绕组磁场极性相反，形成NSSNNSSNNSSN的极性分布；外层定子磁轭内嵌有永磁体，相邻永磁体相对面的极性相同，永磁体的N、S极方向已在图1中标示。绕组A1和A2、B1和B2、C1和C2分别串联或并联连接为一相，组成三相绕组。当相绕组中通入电流时，永磁体与绕组产生的磁链相互叠加，相当于在绕组产生的励磁基础上并联一个永磁体磁源。
在其中一个实施例中，当三相绕组中通入电流时，各个永磁体产生的第二磁场与各个定子绕组产生的第一磁场相互叠加，等效于在定子绕组产生的励磁基础上并联一个永磁体磁源。
在其中一个实施例中，当一个定子齿组的轴线与其正对的转子铁心分块的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最小；
当一个定子齿组的轴线与相邻两转子铁心分块之间非导磁支架的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最大。
具体的，当定子极轴线与和它正对的转子块轴线对齐时，定子极上相应的定子绕组的自感最小，本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机定子极上A相绕组自感最小时的磁力线分布图如图2所示；当定子极轴线与相邻两转子铁心分块间不导磁的转子支架轴线对齐时，定子极上相应的定子绕组的自感最大，本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机定子极上A相绕组自感最大时的磁场力线分布图如图3。各相绕组通过外电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，磁通经过相邻两个定子极和其间的定子轭，穿过定、转子间气隙，进入转子组件，形成闭合回路，电机磁动势为永磁体磁动势和电励磁产生的磁动势之和，从而增加了电机的输出转矩。本发明的三相6/4极并联型混合励磁分块转子磁阻电机空载时的磁场力线分布图如图4。当电机空载时，电机磁动势由永磁体产生，磁通经过外层定子磁轭、外层定子齿、内层定子磁轭形成闭合回路，没有经过转子，因此电机在空载运转时不产生齿槽转矩，不产生铁耗。
在其中一个例中，多个永磁体，嵌在定子外围的多个定子轭上，定子轭与定子齿组位置对应。
在其中一个实施例中，永磁铁的数目、定子轭的数目和定子齿组的数目均相等。
在其中一个实施例中，各个永磁体沿圆周方向充磁，相邻两永磁体的充磁方向相反。
在其中一个实施例中，转子分块铁心与非导磁支架配合在靠近定子的一侧形成光滑圆柱面。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，包括：
转轴；
转子，设置于所述转轴的外侧，包括非导磁支架和多个转子分块铁心；多个所述转子分块铁心均匀固定在所述非导磁支架的卡槽内；
定子，设置于所述转子的外侧，设有多个定子齿组，每个所述定子齿组包括内齿和外齿，各个所述内齿上缠绕有定子绕组，相邻所述定子绕组通电时产生的第一磁场的磁场极性相反；
多个永磁体，嵌在所述外齿外围且与所述定子齿组一一对应，相邻两所述永磁体相对面的极性相同，在所述转子中所述永磁体产生的第二磁场的磁场方向与所述第一磁场的磁场方向相同，形成并联型混合励磁结构。
2.如权利要求1所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，当所述永磁磁阻电机为三相电机时，
所述转子分块铁心的数目为4n，n为正整数；所述定子齿组的数目为6n；每间隔180°/n的所述定子绕组属于同一相，同一相的定子绕组之间串联或者并联，所有定子绕组共同形成三相绕组。
3.如权利要求2所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，当所述三相绕组中通入电流时，各个所述永磁体产生的第二磁场与各个所述定子绕组产生的第一磁场相互叠加，等效于在所述定子绕组产生的励磁基础上并联一个永磁体磁源。
4.如权利要求2所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，
当一个定子齿组的轴线与其正对的转子铁心分块的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最小；
当一个定子齿组的轴线与相邻两转子铁心分块之间非导磁支架的轴线对齐时，该定子齿组上定子绕组的自感最大。
5.如权利要求1所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，多个所述永磁体，嵌在所述外齿外围的多个定子轭上，所述定子轭与所述定子齿组位置对应。
6.如权利要求5所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，所述永磁铁的数目、所述定子轭的数目和所述定子齿组的数目均相等。
7.如权利要求1-6任一项所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，所述各个所述永磁体沿圆周方向充磁，相邻两所述永磁体的充磁方向相反。
8.如权利要求1-6任一项所述的双层定子结构的磁阻电机，其特征在于，所述转子分块铁心与所述非导磁支架配合在靠近所述定子的一侧形成光滑圆柱面。
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