CN217010497U

CN217010497U - 高转矩无磁电机

Info

Publication number: CN217010497U
Application number: CN202220407732.2U
Authority: CN
Inventors: 科兹洛夫·伊利亚·尼古拉耶维奇; 谢军
Original assignee: Houhua Tianjin Power Technology Co ltd
Current assignee: Houhua Tianjin Power Technology Co ltd
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2032-02-25

Abstract

本申请实施例公开了一种高转矩无磁电机，包括：定子，具有定子铁芯和设置在其上的多相线圈绕组；复合转子，包括支撑环和与其连接的磁极电感器，磁极电感器上设有励磁绕组；定子齿数为z，转子极对数为p，相内线圈组数为d，三者具有以下关系1<Z/p<4,其中Z/p 2和P/d＝k，k为正整数或者是与正整数相差0.5的数。通过在定子铁芯上设置多相线圈绕组，每个线圈位于铁芯上单独的齿上，以及设置包括具有励磁绕组的磁极电感器和支撑环，使得复合转子能够相对于定子转动，相较于传统的永磁铁结构的电机来说，本申请中采用励磁绕组来替代永磁体的电机结构能够消除电机因电流大时，永磁体退磁的问题，从而提供一种可靠的高转矩无磁电机。

Description

高转矩无磁电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种高转矩无磁电机。

背景技术

常规的交流和直流电机磁场是脉动的，只有旋转磁场才能达到可接受的特性要求。直流电动机是转子上存在永磁体，此种结构限制了电机用于低功率和中等功率的驱动器的使用。同时电机中的永磁体受到大电流的影响会退磁，降低电机工作的可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的为：提供一种高转矩无磁电机。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本申请提供一种高转矩无磁电机，包括：

定子，包括定子铁芯和设置在其上的多相线圈绕组，每个线圈位于铁芯上的一个单独的齿上，所述多相线圈绕组中的线圈彼此相对连接；

复合转子，包括支撑环和与其连接的磁极电感器，所述磁极电感器上设有励磁绕组，并且磁极电感器磁极面向定子并且采用交替方式制成极性，使得所述复合转子可相对于所述定子转动；

定子齿数为z，转子极对数为p，相内线圈组数为d，三者具有以下关系

1<Z/p<4,

其中Z/p 2和P/d＝k，k为正整数或者是与正整数相差0.5的数；

当k与整数相差0.5且d为偶数时，每相线圈组的绕组反向连接。

可选地，相数为m，定子线圈组中的线圈数为λ，相数m、极对数p、相内线圈组数d、定子线圈组中的线圈数λ满足如下关系式：

2p＝d(λm±1)。

可选地，所述励磁绕组线圈串联或并联。

可选地，所述励磁绕组通过连续导线缠绕在所述磁极电感器上的线圈组成，终止于端子，通过二极管桥获得恒定的励磁电压并连接到输出端转盘变压器一半的绕组，在转盘变压器另一半绕组的输入端，由逆变器提供交流电压，逆变器与电池相连。

实施本申请实施例，将具有如下有益效果：

通过在定子铁芯上设置多相线圈绕组，每个线圈位于铁芯上单独的齿上，多项线圈绕组中的线圈彼此相对连接，以及设置包括具有励磁绕组的磁极电感器和支撑环，磁极电感器固定在支撑环上，使得复合转子能够相对于定子转动，相较于传统的永磁铁结构的电机来说，本申请中采用励磁绕组来替代永磁体的电机结构能够消除电机因电流大时，永磁体退磁的问题，从而提供一种可靠的高转矩无磁电机。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为带有外部电感器和内部电枢的电机有源部分的横截面示意图；

图2为直流电机接通示意图；

图3为本申请电机一种实施方式的剖视图；

图4为图3中定子与复合转子部分结构的放大图；

图5为本申请电机在一种实施方式下的磁感应模量分布图；

图6为本申请电机一种实施方式下空载模式下盘式变压器中的磁场感应图；

图7为电机励磁电路图；

图8为电机电路中电源打开时的电流波形图；

图9为电机电路中电源打开时的电压波形图。

图中：10-定子；11-定子铁芯；12-多相线圈绕组；13-电池；20-复合转子；21-支撑环；22-磁极电感器；23-二极管桥；24-晶体管模块；25-逆变器；30-励磁系统。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如根据上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(根据附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

参考图1至图9，高转矩无磁电机，通过励磁绕组以非接触、电流隔离的方式施加电压，包括定子10，具有定子铁芯11和设置在定子铁芯上的多相线圈绕组12，多相线圈绕组12中的每个线圈设置在铁芯上与其对应的一个单独的齿上，同时多相线圈绕组中的线圈彼此相对连接；定子铁芯11采用具有高导磁率的材料制成，多相线圈绕组A、B、C放置在定子铁芯上。

复合转子20，包括支撑环21和磁极电感器22，磁极电感器22上设有励磁绕组，并且磁极电感器的磁极面向定子并且采用交替方式制成极性，使得复合转子可相对定子转动。本申请的无磁电机相较于现有的采用永磁体的电机来说，能够消除因大电流导致的永磁体退磁的问题，从而提高电机的可靠性，以及降低电机成本，提高电机的工作效率和振动声学指标。

在一些实施方式中，励磁绕组由相互串联和并联连接并用连续导线缠绕在转子的齿上的线圈组成，通过在二极管桥23施加恒定电压获得的励磁，并连接到转盘式变压器的一半绕组的输出端，转盘式变压器的另一半由逆变器25提供交流电压，逆变器25与电池13相连。

本申请的高转矩无磁电机通过降低电动势对时间的依赖性的高次谐波分量的幅度，降低了电机的功率损耗，从而提高了电机的工作效率，更多的，由于采用励磁绕组替代永磁体，使得电机的制造成本降低。更多地，通过带有励磁绕组的复合转子20能够调节励磁通量并简化电动机的速度调节方式，并且由于交流电压施加到旋转变压器的输入端，励磁电流不依赖于当前的旋转速度，从而使得电机的转速恒定，启动扭矩大。

优选地，高转矩无磁电机还包括励磁系统30，通过励磁系统为励磁绕组供给定定值的准恒定电流。在一个实施方式中励磁系统为通过电刷组件和一个PWM组成一个直流电压转换器，当由电池13供电时，可以调节电机励磁绕组中的电流。在另一个实施方式中，通过磁场将能量采用非接触的方式传输到励磁绕组中。

参考图3，电机的定子齿数z＝72，转子极数p＝66，具有与带有用磁体的电动机相同的效率。

电机的工作原理如下：参考图1至图4，当定子10的多相线圈绕组由恒压电源供电时，例如电池，通过晶体管模块使得装置在电机模式下运行。在A、B、C三相绕组中，当电枢为定子，电感为转子时，通过传感器在每个时刻控制晶体管模块的控制系统必须由恒压源为多相线圈绕组供电。

晶体管模块24的反向电流二极管允许图2的电路以电机模式运行，为电池充电。可选地，复合转子20可以连接成星型，也可以连接成三角形。

复合转子20的励磁绕组由可相互串联和并联连接并在转子齿上缠绕连续导线的线圈组成，它们的端部出来通过二极管桥获得恒压励磁施加到图1中D端和E端，连接到转盘变压器26的一半绕组的输出端，绕组的输入端转盘变压器的另一半由逆变器提供交流电压，逆变器连接到电池上。

优选地，为了减小电机体积，提高变压器电压的频率，选择频率为100HZ。

当供电电池电压为48V时，逆变器输出相电压的最大幅值不高于48V，即有效值为34V。

在图3中带有励磁绕组的图7、图8和图9的电机中，选择励磁绕组的励磁电流为2A，在这种情况下，励磁绕组的有功电阻为11.3欧姆，需要直流电压为22.6V。考虑到二极管桥的平均整流电压为U_d≈0.9U₂，其中U₂为变压器的次级电压，得到最小次级电压为25V。

以上所述实施例的各个技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.高转矩无磁电机，其特征在于，包括：

定子，具有定子铁芯和设置在其上的多相线圈绕组，每个线圈位于铁芯上与其对应的一个单独的齿上，所述多相线圈绕组中的线圈彼此相对连接；

复合转子，包括支撑环和与其连接的磁极电感器，所述磁极电感器上设有励磁绕组，并且磁极电感器的磁极面向定子并且采用交替方式制成极性，使得所述复合转子可相对于所述定子转动；

1<Z/p<4,

其中Z/p≠2和P/d＝k，k为正整数或者是与正整数相差0.5的数；

2.根据权利要求1所述的高转矩无磁电机，其特征在于，相数为m，定子线圈组中的线圈数为λ，相数m、极对数p、相内线圈组数d、定子线圈组中的线圈数λ满足如下关系式：

2p＝d(λm±1)。

3.根据权利要求2所述的高转矩无磁电机，其特征在于，所述励磁绕组线圈串联或并联。

4.根据权利要求2所述的高转矩无磁电机，其特征在于，所述励磁绕组通过连续导线缠绕在所述磁极电感器上的线圈组成，终止于端子，通过二极管桥获得恒定的励磁电压并连接到输出端转盘变压器一半的绕组，在转盘变压器另一半绕组的输入端，由逆变器提供交流电压，逆变器与电池相连。