一种多相盘式混合励磁磁通切换电机制造技术

本发明专利技术公开了一种盘式混合励磁磁通切换电机，由定子铁心、转子铁心、电枢绕组、励磁绕组和永磁体组成。定子与转子同轴安装。单个定子铁心上有4*m*k*n个定子导磁齿，定子上总共设有m*q块永磁体，均匀地镶嵌在励磁槽外侧。转子铁心有(2*m*k±1)*n个沿圆周均匀分布的导磁齿；m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组对数，q为正整数(保证4*k*n/q为正整数，并且小于2*k*n)。本电机通过永磁体和励磁绕组共同提供激励磁通，不仅具有很强的磁场调节能力，而且电机的轴向尺寸较小，适合应用在严格要求薄型安装，如电动汽车等需要宽调速范围的场合。

A multiphase disk type hybrid excitation flux switching motor

【技术实现步骤摘要】
一种多相盘式混合励磁磁通切换电机
本专利技术涉及的是一种盘式混合励磁磁通切换电机，属于电机制造

技术介绍
随着新能源技术的发展，电机作为轨道交通、新能源汽车等领域的核心部件，得到了广泛的研究和应用。直流电机由于电枢电流和励磁电流均可独立调节，因此无论用于电动机时的调速特性，还是作为发电机运行时的输出电压稳定性都是众多电机中最理想的。然而，由于直流电机结构上存在机械电刷和换向器，具有维护频繁，可靠性差等缺点，限制了其使用范围。交流感应电机结构简单，无需电刷，维护方便，可靠性高，在普通传动领域得到了广泛应用，但是该电机的调速性能不佳、功率因数和效率较低。传统的永磁无刷交流电机由于功率密度大，功率因数高等优势近年来得到了较快的发展。电机轴向较长，限制了在空间较小的应用场合。因此，一种新型的盘式永磁磁通切换电机进入了人们的视野。这种电机的轴向较短，电机的永磁体均位于定子侧，而转子仅由铁芯组成，这不仅极大地降低了电机的复杂度，还有效地增强了永磁体的散热性，降低了永磁体发生不可逆退磁风险。电机的磁场不可调节，高速运行时需要采用弱磁控制技术来实现高速运行，这无疑增加了系统的复杂性和成本。近年来，盘式混合励磁磁通切换电机研究较多永磁体和励磁都位于定子侧，具有一定的调磁能力，适合于高速运行。经过研究表明，传统盘式混合励磁磁通切换电机相邻永磁体对向充磁，与永磁体相同槽内的励磁绕组的磁场方向与永磁磁场方向相同或相反，在一定程度上影响了励磁绕组的励磁效率。而且永磁体越多，调磁能力越差，当励磁电流为零时，电机存在定位转矩。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种调磁能力强、调速性能好、运行可靠、无电刷、电枢绕组、励磁绕组和永磁体均置于定子且可以单独控制、结构简单和成本低、高效率的盘式混合励磁磁通切换电机。通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制电机的励磁磁场，从而保证该电机作为电动机运行时在较宽的转速范围内具有较高的效率，作为发电机可以有更宽的调压范围；另外，由于永磁体充磁方向沿圆周切线方向，当励磁电流为零时，永磁磁场仅在定子侧形成闭合回路，此时每相绕组的总磁通为零，齿槽转矩为零。技术方案：为了实现以上功能，本专利技术提供了一种改进型盘式混合励磁磁通切换电机，它由定子铁心(11)、转子铁心(10)、电枢绕组(111)、励磁绕组(112)和永磁体(113)组成；所述定子铁心(11)、转子铁心(10)均由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子铁心(11)上设有定子导磁齿(110)，定子导磁齿(110)之间有槽，部分槽中设有永磁体(113)，定子导磁齿(110)上设有集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)。上述定子铁心(11)的导磁齿(110)的个数为Ns＝4*m*k*n；其中，定子导磁齿(110)上依次绕有2*m*k*n个集中电枢绕组(111)，每个集中电枢绕组(111)套着相邻的两个定子导磁齿(110)，相邻的集中电枢绕组(111)共用一个槽，设置集中电枢绕组(111)的槽称为电枢槽；其余2*m*k*n个槽中依次设置集中励磁绕组(112)，每个集中励磁绕组(112)套着相邻的两个定子导磁齿(110)，相邻两个集中励磁绕组(112)共用或间隔一个槽，设置集中励磁绕组(112)的槽称为励磁槽；所述定子铁心(11)上设有总共m*q块永磁体(113)，均匀地镶嵌在励磁槽底部；槽中的励磁线圈(112)分布在永磁体(113)的轴向外侧；永磁体(113)均匀分布，每两块永磁体(113)之间间隔4*k*n/q个定子导磁齿(110)；所述转子(10)为齿槽型结构，由导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组(111)对数，q为正整数，保证4*k*n/q为正整数。进一步的，上述每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组(111)串联组成，从任意一相的第一个集中电枢绕组(111)起，将k个连续放置的集中电枢绕组(111)设置为同一相，其后依次设置属于相邻相的k个集中电枢绕组(111)，按上述排列方式依次排列，直至电机单元全部排列完成；属于同相的2k个集中电枢绕组(111)形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一对集中电枢绕组中的两个集中电枢绕组(111)与转子(10)的相对位置相差半个转子极距τs，对应为180度电角度，n个电机单元依次设置，不同电机单元中属于同相的集中电枢绕组(111)串联或并联联接。当上述电机每两个集中励磁绕组(112)间隔一个槽时，集中励磁绕组(112)产生的磁场方向相同；当每两个集中励磁绕组(112)共用一个槽时，相邻两集中励磁绕组(112)产生的磁场方向相反；每个电机单元中的集中励磁绕组(112)串联成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串联或并联联接。进一步的，上述电机所有永磁体(113)的充磁方向沿同一圆周切线方向；每块永磁体(113)的充磁方向和位于它轴向外侧的励磁绕组(112)的磁场方向相反。当励磁绕组(112)中通入的励磁电流为零时，电机中只存在永磁磁场，且永磁磁场只在定子(11)部分形成环形闭合磁路，不会穿过气隙和转子(10)，电枢绕组(111)中的总磁通为零。作为一种优选，所述集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)为铜或超导材料，永磁体(113)为铁氧体或铝铁硼等稀土材料。作为一种优选，上述盘式混合励磁磁通切换电机可作电动机或发电机运行。技术效果：本专利技术提供的一种盘式混合励磁磁通切换电机，其电枢绕组、励磁绕组和永磁体均位于定子侧，转子为由导磁材料构成的齿槽型结构，结构简单，可靠性高。电枢绕组和励磁绕组可以单独控制，并且通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制电机的励磁磁场，可以在宽转速范围内适应电机的特性，用作电动汽车领域可提高电机的最大转速，电机从而实现宽范围内的高效率；永磁体能够削弱电机定子轭部的磁场，降低电机的磁场饱和程度，并增加通过三相电枢绕组的磁通量，有效地提高了励磁绕组的利用率和电机效率；电机中所有永磁体的充磁方向沿同一圆周切线方向，当励磁电流为零时，永磁磁场仅在定子侧形成闭合回路，通过三相电枢绕组的总磁通为零，齿槽转矩为零，因此当电机空载时，切断励磁电流，能够有效减小转矩脉动。用作电动机，电机的调节磁场范围宽，适合于宽调速范围的应用场合，如电动汽车。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例1电机三维结构示意图；图2本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例1电机定子轴向结构示意图；图3本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例1电机平面展开图；图4本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例2电机三维结构示意图；图5本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例2电机定子轴向结构示意图；图6本专利技术一种盘式混合励磁磁通切换电机实施例2电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相盘式混合励磁磁通切换电机，其特征在于，由定子铁心(11)、转子铁心(10)、电枢绕组(111)、励磁绕组(112)和永磁体(113)组成；所述定子(11)和转子(10)均由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子(11)上设有定子导磁齿(110)，定子导磁齿(110)之间有槽，部分槽中设有永磁体(113)，定子导磁齿(110)上设有集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)。所述定子铁心(11)上导磁齿(110)的个数均为Ns＝4*m*k*n；其中，定子铁心(11)的导磁齿(110)上依次绕有2*m*k*n个集中电枢绕组(111)，每个集中电枢绕组(111)套着相邻的两个导磁齿(110)，相邻的集中电枢绕组(111)共用一个槽，设置集中电枢绕组(111)的槽称为电枢槽；其余2*m*k*n个槽中依次设置集中励磁绕组(112)，每个集中励磁绕组(112)套着相邻的两个定子导磁齿(110)，相邻两个集中励磁绕组(112)共用或间隔一个槽，设置集中励磁绕组(112)的槽称为励磁槽；所述定子铁心(11)上设有总共m*q块永磁体(113)，均匀地镶嵌在励磁槽外侧；槽中的励磁线圈(112)分布在永磁体(113)的轴向外侧；永磁体(113)均匀分布，每两块永磁体(113)之间间隔4*k*n/q个定子导磁齿(110)；所述转子(10)为导磁材料组成的齿槽型结构，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；/n其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组(111)对数，m、n、k、q均为正整数，其中q小于2*n*k(保证4*k*n/q为正整数)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多相盘式混合励磁磁通切换电机，其特征在于，由定子铁心(11)、转子铁心(10)、电枢绕组(111)、励磁绕组(112)和永磁体(113)组成；所述定子(11)和转子(10)均由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子(11)上设有定子导磁齿(110)，定子导磁齿(110)之间有槽，部分槽中设有永磁体(113)，定子导磁齿(110)上设有集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)。所述定子铁心(11)上导磁齿(110)的个数均为Ns＝4*m*k*n；其中，定子铁心(11)的导磁齿(110)上依次绕有2*m*k*n个集中电枢绕组(111)，每个集中电枢绕组(111)套着相邻的两个导磁齿(110)，相邻的集中电枢绕组(111)共用一个槽，设置集中电枢绕组(111)的槽称为电枢槽；其余2*m*k*n个槽中依次设置集中励磁绕组(112)，每个集中励磁绕组(112)套着相邻的两个定子导磁齿(110)，相邻两个集中励磁绕组(112)共用或间隔一个槽，设置集中励磁绕组(112)的槽称为励磁槽；所述定子铁心(11)上设有总共m*q块永磁体(113)，均匀地镶嵌在励磁槽外侧；槽中的励磁线圈(112)分布在永磁体(113)的轴向外侧；永磁体(113)均匀分布，每两块永磁体(113)之间间隔4*k*n/q个定子导磁齿(110)；所述转子(10)为导磁材料组成的齿槽型结构，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；
其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组(111)对数，m、n、k、q均为正整数，其中q小于2*n*k(保证4*k*n/q为正整数)。


2.根据权利要求1所述的一种多相盘式混合励磁磁通切换电机，其特征在于，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组(111)串联组成，从任意一相的第一个集中电枢绕组(111)起，将k个连续放置的集中电枢绕组(111)设置为同一相，其后依次设置属于相邻相的k个集中电枢绕组(111)，按上述排列方式依次排列，直至电机单元全部排列完成；属于同相的2k个集中电枢绕组(111)形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一对集中电枢绕组中的两个集中电枢绕组(111)与转子(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹瑞武，张学，王凯，王支业，王业彬，王秋岭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，徐州大元电机有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32