軸向勵磁的雙凸極電機的製作方法

2023-07-18 04:34:21 1

專利名稱：軸向勵磁的雙凸極電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及兩種軸向勵磁的雙凸極電機，屬於雙凸極結構電機領域。
技術背景
美國威斯康星-麥迪遜大學的Lipo教授等在開關磁阻電機的基礎上增加了永磁 勵磁，提出了永磁雙凸極電機。該電機屬於一種變磁阻電機，其定子、轉子均為凸極結構，結 構簡單，轉子上沒有繞組，功率密度高，但由於其勵磁磁場不易調節，故不能作為發電機使用。
電勵磁雙凸極電機(如「雙凸極無刷直流發電機」，授權公告號CN1099155C)以電 勵磁繞組取代永磁體，使得電機的勵磁磁場可以調節。作為發電機工作時，不需要轉子位置 傳感器，且勵磁繞組僅需要單管變換器進行供電，調節勵磁繞組電流即可調節輸出電壓，故 障時可滅磁，具有可靠性高的特點。作為電動機時，可以實現寬的調速性能。
上述電機由於定子上除了要繞制電樞繞組外，還要設置切向或徑向永磁體或勵磁 繞組，與開關磁阻電機相比勢必會增加定子的外徑。發明內容
本發明針對現有技術的不足，而提出兩種具有軸向磁路、無附加氣隙且徑向空間 利用率高的軸向勵磁雙凸極電機。
第一種軸向勵磁的雙凸極電機的結構包括定子鐵心、電樞繞組、轉子鐵心、定子 軸嚮導磁背鐵、轉軸、轉子軸嚮導磁背鐵，還包括勵磁繞組或永磁磁鋼；
由定子鐵心、電樞繞組和轉子鐵心組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體結構， 定子軸嚮導磁背鐵為定子鐵心提供軸向磁路，轉子軸嚮導磁背鐵為轉子鐵心提供軸向磁 路，電樞繞組繞制於定子鐵心的齒上；
所述雙凸極單體結構的定子鐵心為整體定子結構，所述勵磁繞組或永磁磁鋼均為 環形；
當採用勵磁繞組時，勵磁繞組設置於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁 背鐵內；
當採用永磁磁鋼時，永磁磁鋼嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁背 鐵處。
第二種軸向勵磁的雙凸極電機的結構包括定子鐵心、電樞繞組、轉子鐵心、定子 軸嚮導磁背鐵、轉軸，還包括勵磁繞組或永磁磁鋼；
由定子鐵心、電樞繞組和轉子鐵心組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體結構， 定子軸嚮導磁背鐵為定子鐵心提供軸向磁路，電樞繞組繞制於定子鐵心的齒上；
所述雙凸極單體結構的定子鐵心由2η個等分的圓弧狀定子結構組成，相應地，定 子軸嚮導磁背鐵及永磁磁鋼也為2η個等分的圓弧狀結構，η為自然數；
當採用勵磁繞組時，勵磁繞組繞制於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁背鐵上；
當採用永磁磁鋼時，永磁磁鋼嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁背 鐵處。
本發明具有如下技術效果
(1)由於在雙凸極單體結構上不需要安裝永磁磁鋼或勵磁繞組，軸向截面積利用率高。
(2)勵磁繞組的空間利用率高，不存在附加氣隙，勵磁效率高；對於電機定子、轉 子位置互換形成的外轉子電機結構，勵磁繞組的用銅量可進一步減小。
(3)通過各雙凸極單體的轉子斜槽結構或錯開角度可以達到較小的轉矩脈動和良 好的三相繞組對稱性。
(4)尤其適用於風力電機等雙凸極單體軸向長度不大的場合。


圖1(a)為本發明採用環形勵磁繞組的軸向勵磁雙凸極電機的結構示意圖；圖 1(b)為圖1(a)所示電機的A-A截面結構示意圖；圖1(c)為圖1(a)所示電機的B-B截面 磁路示意圖。
圖2(a)為本發明採用環形永磁磁鋼的軸向勵磁雙凸極電機的結構示意圖；圖 2(b)為圖2(a)所示電機的A-A截面結構示意圖；圖2(c)為圖2(a)所示電機的C-C截面 磁路示意圖。
圖3(a)為本發明採用勵磁繞組的無轉子軸向磁路的軸向勵磁雙凸極電機的結構 示意圖；圖3(b)為圖3(a)所示電機的D-D截面結構示意圖；圖3(c)為圖3(a)所示電機的 E-E截面磁路示意圖。
圖4(a)為本發明採用永磁磁鋼的無轉子軸向磁路的軸向勵磁雙凸極電機的結構 示意圖；圖4(b)為圖4(a)所示電機的D-D截面結構示意圖；圖4(c)為圖4(a)所示電機的 F-F截面磁路示意圖。
圖1 圖4中的標號名稱1、定子鐵心；2、電樞繞組；3、轉子鐵心；4、定子軸嚮導 磁背鐵；5、轉軸；6、勵磁繞組；7、轉子軸嚮導磁背鐵；8、永磁磁鋼。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
本發明的第一種軸向勵磁的雙凸極電機，包括定子鐵心1、電樞繞組2、轉子鐵心 3、定子軸嚮導磁背鐵4、轉軸5和轉子軸嚮導磁背鐵7，還包括勵磁繞組6或永磁磁鋼8，其 中由定子鐵心1、電樞繞組2和轉子鐵心3組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體結構， 定子軸嚮導磁背鐵4為定子鐵心1提供軸向磁路，轉子軸嚮導磁背鐵7為轉子鐵心3提供 軸向磁路，電樞繞組2繞制於定子鐵心1的齒上，轉子鐵心3通過轉子軸嚮導磁背鐵7安裝 在轉軸5上；當採用勵磁繞組6時，勵磁繞組6設置於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸 嚮導磁背鐵4內，當採用永磁磁鋼8時，永磁磁鋼8嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子 軸嚮導磁背鐵4處。
在上述第一種軸向勵磁的雙凸極電機中，雙凸極單體結構的定子鐵心1為整體定子結構，所以定子軸嚮導磁背鐵4也為一個整體設於定子鐵心1的外側，勵磁繞組6或永磁 磁鋼8均為環形。
如圖1 (a) (c)所示為本發明第一種電機採用環形勵磁繞組時的電機結構；如圖 2(a) (c)所示為本發明第一種電機採用環形永磁磁鋼時的電機結構。
本發明第二種軸向勵磁的雙凸極電機，包括定子鐵心1、電樞繞組2、轉子鐵心3、 定子軸嚮導磁背鐵4和轉軸5，還包括勵磁繞組6或永磁磁鋼8，其中由定子鐵心1、電樞 繞組2和轉子鐵心3組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體結構，定子軸嚮導磁背鐵4為 定子鐵心1提供軸向磁路，電樞繞組2繞制於定子鐵心1的齒上，轉子鐵心3安裝在轉軸5 上；當採用勵磁繞組6時，勵磁繞組6繞制於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁背 鐵4上，當採用永磁磁鋼8時，永磁磁鋼8嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導磁 背鐵4處。
在上述第二種軸向勵磁的雙凸極電機中取消了轉子軸嚮導磁背鐵7，即電機無轉 子軸向磁路，該電機中雙凸極單體結構的定子鐵心1由2η個等分的圓弧狀定子結構組成， 所以相應地，定子軸嚮導磁背鐵4及永磁磁鋼8也為2η個等分的圓弧狀結構，η為自然數; 勵磁繞組6或永磁磁鋼8的設置需使得相鄰的勵磁繞組6的磁勢方向相反，或相鄰的永磁 磁鋼8的磁化方向相反。
如圖3(a) (C)所示為本發明第二種電機採用勵磁繞組時的電機結構；如圖 4(a) (c)所示為本發明第二種電機採用永磁磁鋼時的電機結構。圖3和圖4均為η取1 時的電機結構示意圖。
對於第二種無轉子軸向磁路的軸向勵磁雙凸極電機，其各個雙凸極單體的結構均 相同；對於第一種採用環形勵磁繞組或環形永磁磁鋼的軸向勵磁雙凸極電機，其各個雙凸 極單體的結構(定、轉子齒數)可以不同。在本發明電機中，各雙凸極單體結構的轉子鐵心 3可以相互錯開角度或採用斜槽結構，以降低齒槽轉矩或得到優化的電勢波形。
下面分析本發明兩種電機的勵磁工作原理
圖1、圖2所示電機的勵磁磁路為從勵磁繞組或永磁磁鋼產生的磁勢N極出發， 經過定子軸嚮導磁背鐵，進入定子鐵心，再進入主氣隙，經過轉子鐵心、轉子軸嚮導磁背鐵， 進入相鄰的雙凸極單體結構的轉子鐵心，再進入主氣隙，經過定子鐵心、定子軸嚮導磁背鐵 回到勵磁繞組或永磁磁鋼產生的磁勢S極。
圖3、圖4所示電機的勵磁磁路為從某勵磁繞組或永磁磁鋼產生的磁勢N極出 發，經過定子軸嚮導磁背鐵，進入雙凸極單體結構的定子鐵心，再進入主氣隙，經過轉子鐵 心，沿轉子鐵心的切向磁路進入另一個主氣隙，經過同一雙凸極單體結構的相鄰定子鐵心 進入其定子軸嚮導磁背鐵，進入相鄰的勵磁繞組或永磁磁鋼產生的磁勢S極，再經過上述 磁路對稱的路徑回到原始勵磁繞組或永磁磁鋼產生的磁勢S極。在此類結構中，相鄰的磁 勢源在主磁路中形成串聯關係。
本發明電機可作為電動機，亦可作為發電機，或與整流器、變換器等配合作為發電 機用。權利要求
1.一種軸向勵磁的雙凸極電機，包括定子鐵心(1)、電樞繞組(2)、轉子鐵心(3)、定子 軸嚮導磁背鐵(4)、轉軸(5)和轉子軸嚮導磁背鐵(7)，其特徵在於還包括勵磁繞組(6)或永磁磁鋼(8)；由定子鐵心(1)、電樞繞組(2)和轉子鐵心(3)組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體 結構，定子軸嚮導磁背鐵(4)為定子鐵心(1)提供軸向磁路，轉子軸嚮導磁背鐵(7)為轉子 鐵心(3)提供軸向磁路，電樞繞組(2)繞制於定子鐵心(1)的齒上；當採用勵磁繞組(6)時，勵磁繞組(6)設置於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸向 導磁背鐵(4)內；當採用永磁磁鋼(8)時，永磁磁鋼(8)嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導 磁背鐵(4)處。
2.根據權利要求1所述的軸向勵磁的雙凸極電機，其特徵在於所述雙凸極單體結構 的定子鐵心(1)為整體定子結構；所述勵磁繞組(6)或永磁磁鋼(8)均為環形。
3.一種軸向勵磁的雙凸極電機，包括定子鐵心(1)、電樞繞組(2)、轉子鐵心(3)、定子 軸嚮導磁背鐵(4)和轉軸(5)，其特徵在於還包括勵磁繞組(6)或永磁磁鋼(8)；由定子鐵心(1)、電樞繞組(2)和轉子鐵心(3)組成至少兩個按軸向排列的雙凸極單體 結構，定子軸嚮導磁背鐵(4)為定子鐵心(1)提供軸向磁路，電樞繞組(2)繞制於定子鐵心 (1)的齒上;當採用勵磁繞組(6)時，勵磁繞組(6)繞制於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸向 導磁背鐵(4)上；當採用永磁磁鋼(8)時，永磁磁鋼(8)嵌於相鄰的雙凸極單體結構之間的定子軸嚮導 磁背鐵(4)處。
4.根據權利要求3所述的軸向勵磁的雙凸極電機，其特徵在於所述雙凸極單體結構 的定子鐵心(1)由2η個等分的圓弧狀定子結構組成，相應地，定子軸嚮導磁背鐵(4)及永磁 磁鋼(8)也為2η個等分的圓弧狀結構，η為自然數。
5.根據權利要求1或3所述的軸向勵磁的雙凸極電機，其特徵在於所述電樞繞組(2) 串聯繞制或單獨繞制。
6.根據權利要求1或3所述的軸向勵磁的雙凸極電機，其特徵在於所述各雙凸極單 體結構中的轉子鐵心(3)相互錯開角度或採用斜槽結構。
全文摘要
本發明公開了兩種軸向勵磁的雙凸極電機，屬於雙凸極結構電機領域。所述兩種電機均包括至少兩個按軸向排列的雙凸極單體結構，每個單體結構均是由凸極定子鐵心、繞制於定子鐵心齒上的電樞繞組以及凸極轉子鐵心組成，各單體結構的定子鐵心通過定子軸嚮導磁背鐵形成磁路，在採用環形勵磁繞組或環形永磁磁鋼的電機結構中，轉子鐵心通過轉子軸嚮導磁背鐵形成磁路；在取消轉子軸嚮導磁背鐵的電機結構中，定子鐵心、定子軸嚮導磁背鐵及永磁磁鋼為2n(n為自然數)個等分的圓弧狀結構，各單體結構的轉子安裝在轉軸上。本發明電機勵磁繞組空間利用率高，不存在附加氣隙，勵磁效率高，軸向截面積利用率高，可作為電動機或發電機。
文檔編號H02K1/24GK102035270SQ20101059236
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者嚴仰光, 王嬌豔, 陳志輝 申請人:南京航空航天大學