CN115664146A - 一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机。包括同轴安装的第一定子、第二定子和转子，第一定子包括若干导磁铁芯、轴向磁场永磁体以及隔磁块，永磁体采用平行永磁轴向充磁且相邻永磁体充磁方向相反；第二定子设置若干T型槽，T型槽将第二定子分成若干双齿结构的定子齿，定子齿的双齿之间设置平行槽，相邻定子齿的相邻齿绕制电枢线圈，定子齿根部绕制励磁绕组；转子包括隔磁盘和设置于隔磁盘两侧的转子铁芯，每一铁芯包括若干转子齿和连接转子齿的导磁桥。本发明中的电极轴向长度小，磁路相对较短，磁阻相应较小，结构较为简单且该电机励磁磁场不会经过永磁体，可以避免永磁体不可逆退磁情况的发生。

Description

一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机

技术领域

本发明属于混合励磁电机技术领域，特别是一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机。

背景技术

普通的永磁电机具有高功率密度和高效率等优点，但其气隙内为永磁体产生的固定磁场，气隙磁场难以调节。而混合励磁电机的气隙磁场由永磁体和直流励磁绕组共同建立，它不仅继承了永磁电机功率密度大和可靠性高等诸多优点，而且拥有电励磁电机磁场可灵活调节的优点，其气隙磁场可平滑调节，且具有体积小、重量轻和效率高的优点，在工业领域应用前景广阔。

法国学者E.Hoang于1997年提出的磁通切换型永磁电机是一种定子永磁型电机，该种电机定、转子都采用双凸极结构，永磁体和绕组均置于定子上，转子上既无永磁体也无绕组，结构简单，易于散热冷却，机械强度高。混合励磁磁通切换电机兼具磁通切换电机和混合励磁电机的优点，通过控制励磁电流的大小和方向调节气隙磁通密度。具有磁通切换永磁电机工作可靠、功率密度高以及混合励磁电机效率高、气隙磁场可平滑调节的优点。

目前混合励磁磁通切换电机普遍存在的缺点是调磁范围不够宽，齿槽转矩和谐波分量都比较大，导致其在宽速驱动系统场合的应用受限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，解决现有技术中存在的混合励磁型轴向磁场磁通切换电机气隙磁场调节范围不够宽、齿槽转矩以及谐波分量大和永磁体去磁等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，包括同轴安装的第一定子、第二定子和转子，所述转子位于第一定子和第二定子之间且与第一定子和第二定子留有气隙；

第一定子包括6块导磁铁芯、12块轴向磁场永磁体、6个集中电枢线圈、6个隔磁块；导磁铁芯与隔磁块接续放置构成定子圆盘，轴向磁场永磁体采用平行永磁轴向充磁且相邻永磁体充磁方向相反；

第二定子上的第二定子铁芯设置12个T型槽，T型槽将第二定子分成12个双齿结构的二号定子齿，二号定子齿的双齿之间设置平行槽，相邻二号定子齿的相邻单齿之间绕制电枢线圈，二号定子齿根部绕制励磁绕组；

转子包括隔磁盘和设置于隔磁盘两侧的一号转子铁芯、二号转子铁芯，一号转子铁芯和二号转子铁芯均包括11个转子齿和连接转子齿的导磁桥，一号转子铁芯和二号转子铁芯上的转子齿不对称扇形角方向相反。

优选的，所述导磁铁芯包括两侧一号定子齿和中间齿，中间齿和一号定子齿的底部通过定子轭部连接，一号定子齿和中间齿之间沿径向设置定子槽。

优选的，所述轴向磁场永磁体设置于轴向一号定子齿表面，所述轴向磁场永磁体沿轴向充磁，相邻一号定子齿上的轴向磁场永磁体充磁方向相反。

优选的，励磁绕组绕制在二号定子齿的根部，相邻励磁绕组通入电流的方向相反。

优选的，所述第一定子的一号定子齿为平行齿结构；所述第一定子的中间齿为平行齿结构；所述轴向磁场永磁体为平行永磁结构；所述隔磁块为平行结构；所述第二定子的二号定子齿双齿横截面相同，双齿中设平行槽。

优选的，所述第一定子集中电枢线圈绕置在相邻导磁铁芯的相邻一号定子齿上，6个集中电枢线圈成三相，每两个集中电枢线圈串联构成一相绕组；所述第二定子集中电枢线圈绕置在相邻二号定子齿的相邻单齿之间，12个集中电枢线圈成三相，每四个集中电枢线圈串联构成一相绕组；第一定子和第二定子上正对的集中电枢线圈串联。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)该电机轴向长度小，磁路相对较短，磁阻相应较小，结构较为简单；(2)该电机励磁磁场不会经过永磁体，可以避免永磁体不可逆退磁情况的发生；(3)电机两侧定子均有电枢线圈线圈，在电枢线圈短路的情况下，永磁体产生的磁场可以通过调节电励磁电流进行抵消，有较好的故障灭磁能力；(4)转子上没有永磁体和绕组，结构简单，工作可靠，可以用于高速运行；(5)两侧转子齿不对称扇形角方向相反，可以改善气隙磁场分布和磁路饱和，减少齿槽转矩；(6)两侧定子铁芯均采用多齿结构，有效降低齿槽转矩大小；(7)电枢线圈与励磁绕组均采用集中绕组，端部较短，铜耗较小；(8)转子奇数齿设置，可使单侧定子电枢线圈具有谐波互补性，磁链和反电动势谐波含量低，波形正弦度高；(9)第二定子所产生齿槽转矩电周期为第一定子产生齿槽转矩电周期的一半，可结合结构参数优化有效抑制齿槽转矩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明电机的结构示意图；

图2是本发明电机第一定子导磁铁芯的结构示意图；

图3是本发明电机第二定子铁芯的结构示意图；

图4是本发明电机转子结构示意图；

图5是本发明电机转子角度为β₁时的永磁磁通路径图；

图6是本发明电机转子角度为β₂时的永磁磁通路径图；

图7是本发明电机的去磁运行原理图；

图8是本发明电机的增磁运行原理图。

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做出创造性劳动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。

请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：

结合图1，一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，包括同轴安装的第一定子1、第二定子3和转子2，所述转子2位于第一定子1和第二定子3之间且与第一定子1和第二定子3留有气隙。第一定子1包括交替设置的6个导磁铁芯4、6个隔磁材块9、12块永磁体5以及6个电枢线圈7，第二定子铁芯6上沿周向均匀设置12个开口槽，转子3位于第一定子1和第二定子2之间。导磁铁芯4与隔磁块9接续放置构成定子圆盘，轴向磁场永磁体5采用平行永磁轴向充磁且相邻永磁体5充磁方向相反；所述轴向磁场永磁体5设置于轴向一号定子齿4-1表面，所述轴向磁场永磁体5沿轴向充磁，相邻一号定子齿4-1上的轴向磁场永磁体5充磁方向相反。

第一定子1、第二定子3和转子2均采用凸极结构，由硅钢片叠压而成，第一定子1和第二定子2采用不对称结构，转子2分别与第一定子1和第二定子3之间留有气隙。轴向磁场永磁体5仅位于第一定子1上，由钕铁硼材料制成，采用平行永磁轴向充磁结构，相邻永磁体5充磁方向相反。本发明将永磁体5与励磁绕组8分别放在两个定子上，对于电机运行散热和稳定性都比较好。

结合图2，第一定子1的导磁铁芯4包括两个一号定子齿4-1和一个中间齿4-2，二者通过定子轭部4-3相连。一号定子齿4-1和中间齿4-2之间沿径向设置定子槽4-4。

再结合图3，第二定子铁芯6沿周向均匀设置了12个T型槽6-1，二号定子齿6-2为双齿结构，齿上设有平行槽6-3。定子铁芯采用多齿结构，有效地降低了齿槽转矩的大小。

所述第一定子1的一号定子齿4-1为平行齿结构；所述第一定子1的中间齿4-2为平行齿结构；所述轴向磁场永磁体5为平行永磁结构；所述隔磁块9为平行结构；所述第二定子3的二号定子齿6-2双齿横截面相同，双齿中设平行槽6-3。

相邻二号定子齿6-2的相邻单齿之间绕制电枢线圈7，二号定子齿6-2根部绕制励磁绕组8；第二定子3上增加了电枢线圈7的安放空间，提高了电机的功率密度；增加了励磁绕组8的安放空间，提高了电机的调磁范围。电枢线圈7和励磁绕组8采用集中式绕组，缩短了端部长度，减少了用铜量，降低了铜耗。励磁绕组8仅位于第二定子3上，绕制在二号定子齿6-2的根部，相邻励磁绕组所通电流的方向相反。

结合图4，转子2包括隔磁盘2-2和设置于隔磁盘2-2两侧且对称的一号转子铁芯2-1、二号转子铁芯2-3，每一铁芯包括11个转子齿2-4和连接转子齿2-4的导磁桥2-5。转子2上既无永磁体也无绕组，结构简单，工作可靠。一号转子铁芯2-1和二号转子铁芯2-3上的转子齿2-4不对称扇形角方向相反。中间转子的结构可使电机获得最小的转动惯量和最优的散热条件。转子2的两个铁芯采用非导磁材料隔开，实现了两个定子磁路的解耦，大大提高了电机的容错运行能力，两侧转子齿不对称扇形角方向相反，可以改善磁路饱和，减少齿槽转矩。

所述第一定子1集中电枢线圈7绕置在相邻导磁铁芯4的相邻一号定子齿4-1上，6个集中电枢线圈7成三相，每两个集中电枢线圈7串联构成一相绕组；所述第二定子3集中电枢线圈7绕置在相邻二号定子齿6-2的相邻单齿之间，12个集中电枢线圈7成三相，每四个集中电枢线圈7串联构成一相绕组；第一定子1和第二定子3上正对的集中电枢线圈7串联。

当励磁绕组8中通入的励磁电流为零时，气隙磁场仅由永磁体5提供，当转子2运行至β₁角度时，其永磁磁通路径如图5所示磁通沿箭头的方向自上而下穿过A1绕组。当转子2运行至β₂角度时，其永磁磁通路径如图6所示磁通沿箭头的方向自下而上穿过A1绕组。在两种位置，A1绕组匝链的磁通数值相同但极性相反，当转子3连续转动时，匝链的磁通在正负最大值之间周期变化，对应产生幅值和相位交变的感应电动势。

当励磁绕组7中通入的励磁电流为负时，如图7所示，上虚线为永磁磁通路径，下虚线为励磁磁通路径，两者以不同方向穿过电枢线圈7，在电枢线圈7中产生方向相反的感应电势，与永磁体单独作用相比，此时电励磁绕组起到去磁作用；在相同转子位置，改变励磁电流方向，即励磁绕组7中通入的励磁电流为正，如图8所示，励磁磁通和永磁磁通以相同方向穿过电枢线圈7，在电枢线圈7中产生方向相同的感应电势，与永磁体单独作用相比，此时电励磁绕组起到增磁作用。通过调节励磁电流的方向和大小，可改变励磁磁场，实现电枢线圈7感应电势大小的调节，使得电机在宽广的恒功率调速范围运行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，包括同轴安装的第一定子(1)、第二定子(3)和转子(2)，所述转子(2)位于第一定子(1)和第二定子(3)之间且与第一定子(1)和第二定子(3)留有气隙；

第一定子(1)包括6块导磁铁芯(4)、12块轴向磁场永磁体(5)、6个集中电枢线圈(7)、6个隔磁块(9)；导磁铁芯(4)与隔磁块(9)接续放置构成定子圆盘，轴向磁场永磁体(5)采用平行永磁轴向充磁且相邻永磁体(5)充磁方向相反；

第二定子(3)上的第二定子铁芯(6)设置12个T型槽(6-1)，T型槽(6-1)将第二定子(3)分成12个双齿结构的二号定子齿(6-2)，二号定子齿(6-2)的双齿之间设置平行槽(6-3)，相邻二号定子齿(6-2)的相邻单齿之间绕制电枢线圈(7)，二号定子齿(6-2)根部绕制励磁绕组(8)；

转子(2)包括隔磁盘(2-2)和设置于隔磁盘(2-2)两侧的一号转子铁芯(2-1)、二号转子铁芯(2-3)，一号转子铁芯(2-1)和二号转子铁芯(2-3)均包括11个转子齿(2-4)和连接转子齿(2-4)的导磁桥(2-5)，一号转子铁芯(2-1)和二号转子铁芯(2-3)上的转子齿(2-4)不对称扇形角方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，所述导磁铁芯(4)包括两侧一号定子齿(4-1)和中间齿(4-2)，中间齿(4-2)和一号定子齿(4-1)的底部通过定子轭部(4-3)连接，一号定子齿(4-1)和中间齿(4-2)之间沿径向设置定子槽(4-4)。

3.根据权利要求1所述的一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，所述轴向磁场永磁体(5)设置于轴向一号定子齿(4-1)表面，所述轴向磁场永磁体(5)沿轴向充磁，相邻一号定子齿(4-1)上的轴向磁场永磁体(5)充磁方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，励磁绕组(8)绕制在二号定子齿(6-2)的根部，相邻励磁绕组(8)通入电流的方向相反。

5.根据权利要求1所述的一种双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，所述第一定子(1)的一号定子齿(4-1)为平行齿结构；所述第一定子(1)的中间齿(4-2)为平行齿结构；所述轴向磁场永磁体(5)为平行永磁结构；所述隔磁块(9)为平行结构；所述第二定子(3)的二号定子齿(6-2)双齿横截面相同，双齿中设平行槽(6-3)。

6.根据权利要求2所述的双定子去耦混合励磁轴向磁通切换电机，其特征在于，所述第一定子(1)集中电枢线圈(7)绕置在相邻导磁铁芯(4)的相邻一号定子齿(4-1)上，6个集中电枢线圈(7)成三相，每两个集中电枢线圈(7)串联构成一相绕组；所述第二定子(3)集中电枢线圈(7)绕置在相邻二号定子齿(6-2)的相邻单齿之间，12个集中电枢线圈(7)成三相，每四个集中电枢线圈(7)串联构成一相绕组；第一定子(1)和第二定子(3)上正对的集中电枢线圈(7)串联。

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