CN114785079A - 一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机 - Google Patents
一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,包括沿径向依次设置的转轴、内定子、转子以及外定子,转子包括转子支架以及沿转子支架的圆周方向均匀安装的转子铁心,转子铁心通过转子支架与转轴连接构成电机转子。内定子包括内定子支架,内定子支架沿圆周设有若干内定子铁心,相邻内定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的高矫顽力永磁体;外定子包括外定子支架,外定子支架沿圆周设有若干外定子铁心,相邻外定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的高矫顽力永磁体。本发明在不使用隔磁环的前提下,通过转子磁路设计,解决复杂磁路下双定子无轴承磁通切换电机内、外定子磁路耦合的缺点,有效降低转子体积,提高电机的功率密度和效率。
Description
技术领域:
本发明涉及一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机。
背景技术:
磁通切换永磁电机具转子结构简单,位于定子上的永磁体散热效果好的特点,被应用于大功率传动系统中。无轴承磁通切换电机在原有结构的基础上增加了悬浮绕组,使电机具有磁轴承电机的优点。无轴承磁通切换电机为了精确地实现悬浮控制,由永磁体产生的偏置磁场往往小于普通磁通切换电机,这使得电机的功率密度大大降低。采用双定子结构可以充分利用电机内部空间,有效提高电机的功率密度,但内定子与外定子的磁路会在转子轭部产生耦合,对电机的运行产生不利影响。通常可采用隔磁环来解决这一问题,但隔磁环不仅增加转子径向长度,降低电机的功率密度,而且增加了转子的加工难度。
发明内容:
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进,即本发明所要解决的技术问题是提供一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,包括沿径向依次设置的转轴、内定子、转子以及外定子,所述转子包括转子支架以及沿转子支架的圆周方向均匀安装的转子铁心,所述转子铁心通过转子支架与转轴连接构成电机转子。
进一步的,所述内定子包括圆环状的内定子支架,所述内定子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个内定子铁心槽,每个内定子铁心槽内分别设置有内定子铁心,相邻的内定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的第一高矫顽力永磁体;所述外定子包括圆环状的外定子支架,所述外定子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个外定子铁心槽,每个外定子铁心槽内分别设置有外定子铁心,相邻的外定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的第二高矫顽力永磁体。
进一步的,相邻两个外定子铁心、位于两个外定子铁心之间的第二高矫顽力永磁体、相邻两个转子铁心、相邻两个内定子铁心、位于两个内定子铁心之间的第一高矫顽力永磁体形成磁通闭合回路。
进一步的,所述内定子还包括内定子转矩绕组以及内定子悬浮绕组,所述内定子转矩绕组以及内定子悬浮绕组均采用集中绕组,内定子转矩绕组嵌绕于相邻的内定子铁心槽内,内定子悬浮绕组嵌绕于独立的内定子铁心的永磁体槽内;所述外定子还包括外定子转矩绕组以及外定子悬浮绕组,所述外定子转矩绕组以及外定子悬浮绕组均采用集中绕组,外定子转矩绕组嵌绕于相邻的外定子铁心槽内,外定子悬浮绕组嵌绕于独立的外定子铁心的永磁体槽内。
进一步的,在径向位置相对应的第一高矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体的充磁方向相反。
进一步的,所述转子支架为圆环盘状,转子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个转子铁心槽,转子铁心设置在转子铁心槽内。
进一步的,所述内定子铁心为V形,外定子铁心为U形,所述内定子铁心的齿和外定子铁心的齿均朝向转子铁心。
进一步的,所述内定子支架、转子支架、外定子支架均为非导磁材料制成。
与现有技术相比,本发明具有以下效果:本发明结构新颖,设计合理,在不使用隔磁环的前提下,通过转子磁路设计,解决了复杂磁路下双定子无轴承磁通切换电机内、外定子磁路耦合的缺点,有效降低了转子体积,提高了电机的功率密度和效率。
附图说明:
图1是本发明实施例的径向剖面图;
图2是本发明实施例的中电机典型磁路闭合路径图;
图3是本发明实施例的电机外定子典型绕组连接示意图;
图4是本发明实施例的分解状态示意图;
图5是本发明实施例中外定子的结构示意图;
图6是本发明实施例中外定子铁心缠绕转矩与悬浮绕组的结构示意图;
图7是本发明实施例中内定子的结构示意图;
图8是本发明实施例中内定子铁心缠绕转矩与悬浮绕组的结构示意图;
图9是本发明实施例中转子的结构示意图。
图中:
1-转轴;2-内定子;3-外定子;4-内定子支架;5-内定子铁心;6-内定子永磁体;7-内定子转矩绕组;8-内定子悬浮绕组;9-转子铁心;10-转子支架;11-外定子铁心;12-外定子永磁体;13-外定子悬浮绕组;14-外定子转矩绕组;15-外定子支架;16-转子。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”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,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。
如图1~9所示,本发明一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,包括沿径向依次设置的转轴1、内定子2、转子16、外定子3以及机壳,所述转子16包括转子支架10以及沿转子支架10的圆周方向均匀安装的转子铁心9,所述转子铁心9通过转子支架10与转轴1连接构成电机转子;内定子和外定子均安装在机壳上。
本实施例中,所述内定子2包括内定子支架4,所述内定子支架4上沿圆周方向均匀开设有若干个内定子铁心槽,每个内定子铁心槽内分别设置有内定子铁心5,相邻的内定子铁心5之间镶嵌有切向交替充磁的第一高矫顽力永磁体,第一高矫顽力永磁体即为内定子永磁体6。所述内定子2还包括内定子转矩绕组7以及内定子悬浮绕组8,所述内定子转矩绕组7以及内定子悬浮绕组8均采用集中绕组,内定子转矩绕组7嵌绕于相邻的内定子铁心槽内,内定子悬浮绕组8嵌绕于独立的内定子铁心5的永磁体槽内。
本实施例中,所述外定子3包括外定子支架15,所述外定子支架15上沿圆周方向均匀开设有若干个外定子铁心槽,每个外定子铁心槽内分别设置有外定子铁心11,相邻的外定子铁心11之间镶嵌有切向交替充磁的第二高矫顽力永磁体,第二高矫顽力永磁体即为外定子永磁体12。所述外定子3还包括外定子转矩绕组14以及外定子悬浮绕组13,所述外定子转矩绕组14以及外定子悬浮绕组13均采用集中绕组,外定子转矩绕组14嵌绕于相邻的外定子铁心槽内,外定子悬浮绕组13嵌绕于独立的外定子铁心11的永磁体槽内。
本实施例中,在径向位置相对应的第一高矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体的充磁方向相反。相邻两个外定子铁心11、位于两个外定子铁心11之间的外定子永磁体12、与两个外定子铁心11位置相对应的相邻两个转子铁心9、相邻两个内定子铁心5、位于两个内定子铁心5之间的内定子永磁体6形成典型磁通闭合回路。典型磁通闭合路径如图2所示,以两个外定子铁心分别为外定子铁心A111、外定子铁心B112,两个内定子铁心分别内定子铁心A501、内定子铁心B502,两个转子铁心分别为转子铁心A901、转子铁心B902为例,永磁体磁力线依次经过外定子铁心A111、转子铁心A901、内定子铁心A501、内定子永磁体6、内定子铁心B502、转子铁心B902、外定子铁心B112、外定子永磁体12闭合。
本实施例中,电机内、外定子绕组连接方式相同,外定子典型绕组连接示意图如图3所示,三相转矩绕组为A相、B相、C相,三相悬浮绕组为U相、V相、W相,当U相通入直流电流时, 位于外定子铁心齿与转子铁心外部齿中部的气隙1处的总磁通增强,同样位于外定子铁心齿与转子铁心外部齿中部的气隙6处的总磁通减弱,转子将受到方向由气隙6指向气隙1的麦克斯韦力。
本实施例中,所述转子支架10为圆环盘状,转子支架10上沿圆周方向均匀开设有若干个转子铁心槽,转子铁心9设置在转子铁心槽内。
本实施例中,所述内定子铁心5为V形,外定子铁心11为U形,所述内定子铁心的齿和外定子铁心的齿均朝向转子铁心。
本实施例中,内定子支架与外定子支架均为轴向拉伸的圆环状。
本实施例中,所述内定子支架4、转子支架10、外定子支架15均为非导磁材料制成。
本实施例中,第一高矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体均采用NdFeB材料制成。
本实施例中,内定子铁心数、外定子铁心数以及第一、第二高矫顽力永磁体数均为12。所述转子铁心数为10。
本发明的优点在于:设计合理,由于特殊的转子结构,解决的复杂磁路下双定子无轴承磁通切换电机内、外定子磁路耦合的缺点,缩短了转子的径向长度,有效降低了转子的铁损。同时,该结构在相同外径的情况下,提高了内定子的空间利用率,使得内定子的功率得到提升,从而达到提高效率与功率密度的目的。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件,那么,除另有声明外,固定连接可以理解为:能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接),也可以理解为:不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接),当然,互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外,上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成,也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:包括沿径向依次设置的转轴、内定子、转子以及外定子,所述转子包括转子支架以及沿转子支架的圆周方向均匀安装的转子铁心,所述转子铁心通过转子支架与转轴连接构成电机转子。
2.根据权利要求1所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:所述内定子包括圆环状的内定子支架,所述内定子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个内定子铁心槽,每个内定子铁心槽内分别设置有内定子铁心,相邻的内定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的第一高矫顽力永磁体;所述外定子包括圆环状的外定子支架,所述外定子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个外定子铁心槽,每个外定子铁心槽内分别设置有外定子铁心,相邻的外定子铁心之间镶嵌有切向交替充磁的第二高矫顽力永磁体。
3.根据权利要求2所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:相邻两个外定子铁心、位于两个外定子铁心之间的第二高矫顽力永磁体、相邻两个转子铁心、相邻两个内定子铁心、位于两个内定子铁心之间的第一高矫顽力永磁体形成磁通闭合回路。
4.根据权利要求2所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:所述内定子还包括内定子转矩绕组以及内定子悬浮绕组,所述内定子转矩绕组以及内定子悬浮绕组均采用集中绕组,内定子转矩绕组嵌绕于相邻的内定子铁心槽内,内定子悬浮绕组嵌绕于独立的内定子铁心的永磁体槽内;所述外定子还包括外定子转矩绕组以及外定子悬浮绕组,所述外定子转矩绕组以及外定子悬浮绕组均采用集中绕组,外定子转矩绕组嵌绕于相邻的外定子铁心槽内,外定子悬浮绕组嵌绕于独立的外定子铁心的永磁体槽内。
5.根据权利要求2所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:在径向位置相对应的第一高矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体的充磁方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:所述转子支架为圆环盘状,转子支架上沿圆周方向均匀开设有若干个转子铁心槽,转子铁心设置在转子铁心槽内。
7.根据权利要求2所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:所述内定子铁心为V形,外定子铁心为U形,所述内定子铁心的齿和外定子铁心的齿均朝向转子铁心。
8.根据权利要求2所述的一种无转子铁轭磁路耦合的双定子无轴承磁通切换电机,其特征在于:所述内定子支架、转子支架、外定子支架均为非导磁材料制成。
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CN114785079B (zh) | 2024-07-09 |
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GR01 | Patent grant | ||
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