CN115603536A - 基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其包括外定子、内定子和夹设于内定子与外定子之间的转子,外定子包括外定子铁芯,外定子铁芯的内周面均布有多个外定子轭,外定子轭上缠绕有外定子直流偏置电枢绕组,每个外定子轭延伸出单个外定子齿,外定子齿横向延伸出外定子极靴;内定子包括内定子铁芯,内定子铁芯的外周面设有多个内定子轭,内定子轭上缠绕有内定子电枢绕组,内定子轭的延伸端设有两个内定子齿,来自同一内定子轭延伸端的两个内定子齿中间形成内齿槽,内定子永磁体容置于内齿槽内;转子包括多个转子铁芯块。本发明能实现针对双定子磁通反向电机在不单独设置直流励磁绕组条件下的高灵活性增磁弱磁调控。
Description
技术领域
本发明涉及电机设备控制技术领域,特别涉及一种基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机。
背景技术
目前主要使用的电机为感应电机,绕组磁极式同步电机以及永磁同步电机。非永磁电机具有经济优势,但在电机性能方面有所欠缺。混合励磁特种电机以特殊的结构获得突出的性能表现,是今后的发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够较好地满足低速大转矩直驱系统要求的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机。
为达到上述目的,本发明提供了一种基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其包括:
外定子,其包括外定子铁芯,所述外定子铁芯的内周面均布有多个径向延伸的外定子轭,所述外定子轭上缠绕有外定子直流偏置电枢绕组,每个所述外定子轭延伸出单个外定子齿,所述外定子齿横向延伸出外定子极靴;
内定子,其设置于所述外定子的内部,所述内定子包括内定子铁芯,所述内定子铁芯的外周面设有多个径向延伸的内定子轭,所述内定子轭上缠绕有内定子电枢绕组,所述内定子轭的延伸端设有两个内定子齿,来自同一所述内定子轭的延伸端的两个所述内定子齿的中间形成内齿槽,所述内齿槽内容置有内定子永磁体;
转子,其夹设于所述内定子与所述外定子之间,所述转子包括沿周向均匀分布的多个转子铁芯块。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组的槽满率小于或者等于60%。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子与所述转子之间的气隙长度和所述转子与所述内定子之间的气隙长度相等。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组均为双层集中绕组。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述直流偏置为向所述外定子直流偏置电枢绕组中通入交直流电流,所述交直流电流有效值比可变,且所述交直流电流的方向可变。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组的电流密度相等。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,各所述外定子齿的弧度相等,各所述内定子齿的弧度相等。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子铁芯、所述内定子铁芯和所述转子铁芯块均由硅钢片叠压形成。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子直流偏置电枢绕组的交流极对数和所述内定子电枢绕组的极对数相等;所述外定子直流偏置电枢绕组的直流极对数和所述内定子永磁体极对数相等。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述外定子直流偏置电枢绕组的交流极对数与所述转子的极数以及所述内定子永磁体极对数之间的关系满足游标调制计算模型。
如上所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其中,所述游标调制计算模型为:
所述游标调制计算模型为:
Nr=kpPM±ps
其中,Nr是转子的极数,pPM是永磁体的极对数,ps是电枢的极对数,k是奇数,k=1,3,5,……。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,将双定子拓扑结构与游标磁齿轮效应相结合,内定子齿与转子共同起到谐波调节作用,保证了电机的高效率、高转矩输出;
本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,外定子直流偏置电枢绕组通入交直流组合电流,可以在未额外设置纯直流励磁绕组的情况下实现电机的增磁弱磁调控,大大增加了电机的灵活性以及弱磁扩速能力;外定子极靴的弧度较大,提升了外定子的导磁面积,增大了直流偏置励磁作用;内定子保持交流电枢绕组,降低电机复杂度;总体来说,本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机在保持转矩输出的同时实现了混合励磁调磁功能。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1是本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的结构示意图;
图2是基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的磁通分布图;
图3是外定子直流偏置电枢绕组(12个线圈分别标注为A1至A4,B1至B4,C1至C4)交直流通入方向标注;
图4a是在无直流偏置下,本发明的双定子混合励磁磁通反向电机的所述内电枢绕组的A、B、C三相反电动势波形图;图4b是在无直流偏置下,本发明的双定子混合励磁磁通反向电机的所述外电枢绕组的A、B、C三相6组反电动势波形图;
图5是电磁转矩波形图。
附图标号说明:
1、外定子;11、外定子铁芯;12、外定子轭;13、外轭槽;14、外定子直流偏置电枢绕组;15、外定子齿;16、外定子极靴;
2、内定子;21、内定子铁芯;22、内定子轭;23、内定子槽;24、内定子电枢绕组;25、内定子齿;26、内齿槽;27、内定子永磁体;
3、转子;31、转子铁芯块。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解,现结合附图说明本发明的具体实施方式。其中,形容词性或副词性修饰语“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考,且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示,本发明提供了一种基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其包括外定子1、内定子2和转子3,其中:
外定子,其包括外定子铁芯11,外定子铁芯11呈环状,外定子铁芯11的内周面均布有多个径向延伸的外定子轭12,即多个外定子轭12沿外定子铁芯11的周向等间隔设置,相邻两个外定子轭12之间形成有外轭槽13,较佳的,外轭槽13为半闭口型槽,外定子轭12上缠绕有外定子直流偏置电枢绕组14,外定子直流偏置电枢绕组14能容置于外轭槽13内,每一外定子轭12延伸出单个外定子齿15,每个外定子齿15横向延伸出外定子极靴16;
内定子2设置于外定子1的内部,内定子2包括内定子铁芯21,内定子铁芯21呈环状,内定子铁芯21的外周面设有多个分别与各外定子轭12相对应的内定子轭22,即多个内定子轭22沿内定子铁芯21的周向等间隔设置,且多个外定子轭12与多个内定子轭22一一对应设置,相邻两个内定子轭22之间形成有内定子槽23,较佳的,内定子槽23为半闭口型槽,内定子轭22上缠绕有内定子电枢绕组24,内定子电枢绕组24能容置于内定子槽23内,每一内定子轭22的延伸端设有两个内定子齿25,来自同一内定子轭22的延伸端的两个内定子齿25之间形成内齿槽26,较佳的,内齿槽26为开口型槽,内定子永磁体27容置于内齿槽26内,进一步,内定子永磁体27为径向充磁,且相邻两内定子永磁体27的充磁方向相反;
转子3夹设于内定子2与外定子1之间,且转子3与外定子1之间以及转子3与内定子2之间均设有气隙,如图3所示,转子3包括沿周向均匀分布的多个转子铁芯块31;
本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,将双定子结构与游标磁齿轮效应相结合,内定子齿与转子共同起到谐波调节作用,保证了电机的高效率和高转矩输出;
本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,外定子直流偏置电枢绕组14通入交直流组合电流,可以在未额外增设直流励磁绕组的情况下实现电机的增磁弱磁调控,大大增加了电机的灵活性以及弱磁扩速能力;外定子极靴16的弧度较大,提升了外定子1的导磁面积,增大了直流偏置励磁作用;内定子2保持交流电枢绕组,降低电机复杂度;总体来说,本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机在保持转矩输出的同时实现了混合励磁调磁功能。
进一步,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的槽满率小于或者等于60%,以保证外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24在绕线时,能够尽量远离气隙边缘,以防止趋肤效应和邻近效应等交流损耗。
进一步,外定子1与转子3之间的气隙长度以及转子3与内定子2之间的气隙长度相等,较佳的,外定子1与转子3之间的气隙长度以及转子3与内定子2之间的气隙长度均为0.6mm。
进一步,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24均为双层集中绕组,以减少端部绕组,降低损耗和绕线难度。
进一步,外定子直流偏置电枢绕组14的交直流电流有效值比可变,外定子直流偏置电枢绕组14中所通入的直流电流方向可变,以实现不同程度的增磁弱磁,大大提升电机灵活性;外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的电流密度相等。
进一步,外定子铁芯11、内定子铁芯21和转子铁芯块31均由硅钢片叠压形成,内定子永磁体27采用钕铁硼材料制成,以利于基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的运行。
进一步,各外定子轭12的宽度相等,各内定子齿25的弧度相等,这样便于加工制造。
进一步,如图3所示,外定子直流偏置电枢绕组14的每相分成两部分串联,以实现直流偏置增磁弱磁操作。
在本发明的一种实施方式中,外定子直流偏置电枢绕组14的交流极对数和内定子电枢绕组24的极对数相等;外定子直流偏置电枢绕组14的直流极对数和内定子永磁体27的极对数相等;这样的极对数设置使内外定子遵从于同一磁场调制极对数组合,降低了所述电机的设计难度。
进一步,外定子直流偏置电枢绕组14的交流极对数与转子3的极数以及内定子永磁体27的极对数之间的关系满足游标调制计算模型。
进一步,游标调制计算模型为:
Nr=kpPM±ps
其中,Nr是转子3的极数,pPM是内定子永磁体27的极对数和外定子直流偏置电枢绕组14的直流极对数,ps是外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的交流极对数,k是奇数,k=1,3,5,……。
根据相关应用和性能的要求,转子3的极数为22,内定子永磁体27的极对数和外定子直流偏置电枢绕组14的直流极对数为6,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的交流极对数是4,k是3。
进一步,图2是本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的磁通分布图,如图2所示,由该磁通分布情况可知,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的交流极对数是4,转子3的极数为22,通过所提出的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的转子铁芯块31的调磁环结构对低极对数的外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的磁场进行调制,得到和高极对数内定子永磁体27磁场以及外定子直流偏置电枢绕组14的直流励磁磁场相匹配的谐波磁场分量,从而形成电磁转矩波形;通过外定子直流偏置电枢绕组14的交直流电流有效值比可变,以及外定子直流偏置电枢绕组14中所通入的直流电流方向可变,以实现不同程度的增磁弱磁,大大提升电机灵活性。
进一步,图3是外定子直流偏置电枢绕组14(三相12个线圈分别标注为A1~A4,B1~B4,C1~C4)交直流电流通入方向标注,由图3可见,由于交流与直流极对数不同,因此为实现直流偏置调制,每相4个线圈分为两组进行串联,对于A相,绕组A1和A3串联为A相I组,A2和A4串联为A相II组,对于B相,绕组B1和B3串联为B相I组,B2和B4串联为B相II组,对于C相,绕组C1和C3串联为C相I组,C2和C4串联为C相II组;
进一步,图4a是在无直流偏置下,本发明的双定子混合励磁磁通反向电机的内电枢绕组的A、B、C三相反电动势波形图;图4b是在无直流偏置下,本发明的双定子混合励磁磁通反向电机的外电枢绕组的A、B、C三相6组反电动势波形图,波形图是由转子3以200r/min转速旋转,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24在旋转的磁场中感应出三相对称的反电动势而形成,具体绕组标号请参考图3以及上文描述;无直流偏置状态下即可反映出外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的三相反电动势的分布特征。如图4a和图4b所示,内外反电动势波形三相对称,每相总反电动势有效值为77V和141V,性能符合相关应用的要求。
进一步,图5是本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机电磁转矩波形图,外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的电流密度相等,则当总电流密度为6A/mm2情况下,如图5所示为外定子直流偏置电枢绕组14的A1线圈中通入直流2A/mm2,-2A/mm2情况下的输出转矩波形图,由图5可知,当直流电流由2A/mm2变为-2A/mm2时,转矩降低23%,电机显著的调磁能力得到了体现,使其性能符合相关应用的要求。
具体的,电磁转矩波形的形成过程为:外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24通入三相正弦交流电,旋转的磁场带动转子3旋转,转速为200r/min。其中,通过所提出的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机的转子铁芯块31调磁环结构对低极对数的外定子直流偏置电枢绕组14和内定子电枢绕组24的磁场进行调制,得到和高极对数的内定子永磁体27磁场以及外定子直流偏置电枢绕组14的直流励磁磁场相匹配的谐波磁场分量,形成电磁转矩波形。
综上所述,本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,将双定子结构与游标磁齿轮效应相结合,内定子齿与转子共同起到谐波调节作用,保证了电机的高效率、高转矩输出;
本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,外定子直流偏置电枢绕组通入交直流组合电流,可以在未增设纯直流励磁绕组的情况下实现电机的增磁弱磁调控,大大增加了电机的灵活性以及弱磁扩速能力;外定子极靴的弧度较大,提升了外定子的导磁面积,增大了直流偏置励磁作用;内定子保持交流电枢绕组,降低电机复杂度;总体来说,本发明的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机在保持转矩输出的同时实现了混合励磁调磁功能。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是,本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用,本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用,因此,本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (11)
1.一种基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,所述基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机包括:
外定子,其包括外定子铁芯,所述外定子铁芯的内周面均布有多个径向延伸的外定子轭,所述外定子轭上缠绕有外定子直流偏置电枢绕组,每个所述外定子轭延伸出单个外定子齿,所述外定子齿横向延伸出外定子极靴;
内定子,其设置于所述外定子的内部,所述内定子包括内定子铁芯,所述内定子铁芯的外周面设有多个径向延伸的内定子轭,所述内定子轭上缠绕有内定子电枢绕组,所述内定子轭的延伸端设有两个内定子齿,来自同一所述内定子轭的延伸端的两个所述内定子齿的中间形成内齿槽,所述内齿槽内容置有内定子永磁体;
转子,其夹设于所述内定子与所述外定子之间,所述转子包括沿周向均匀分布的多个转子铁芯块。
2.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组的槽满率小于或者等于60%。
3.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子与所述转子之间的气隙长度和所述转子与所述内定子之间的气隙长度相等。
4.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组均为双层集中绕组。
5.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述直流偏置为向所述外定子直流偏置电枢绕组中通入交直流电流,所述交直流电流有效值比可变,且所述交直流电流的方向可变。
6.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子直流偏置电枢绕组和所述内定子电枢绕组的电流密度相等。
7.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
各所述外定子齿的弧度相等,各所述内定子齿的弧度相等。
8.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子铁芯、所述内定子铁芯和所述转子铁芯块均由硅钢片叠压形成。
9.根据权利要求1所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子直流偏置电枢绕组的交流极对数和所述内定子电枢绕组的极对数相等;所述外定子直流偏置电枢绕组的直流极对数和所述内定子永磁体极对数相等。
10.根据权利要求9所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述外定子直流偏置电枢绕组的交流极对数与所述转子的极数以及所述内定子永磁体极对数之间的关系满足游标调制计算模型。
11.根据权利要求10所述的基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机,其特征在于,
所述游标调制计算模型为:
Nr=kpPM±ps
其中,Nr是转子的极数,pPM是永磁体的极对数,ps是电枢的极对数,k是奇数,k=1,3,5,………。
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CN202110719602.2A CN115603536A (zh) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | 基于直流偏置的双定子混合励磁磁通反向电机 |
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2021
- 2021-06-28 CN CN202110719602.2A patent/CN115603536A/zh active Pending
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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