一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機的製作方法
2023-07-16 04:50:31
本發明屬於電機製造技術領域，具體涉及一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機。
背景技術：
隨著釹鐵硼等新型稀土永磁材料性價比的不斷提高，使得具有較小體積、較高效率和較好的動態相應特性等優點的永磁無刷直流電機和永磁同步電機等稀土永磁電機在越來越多的工業驅動和伺服控制領域得到廣泛應用。但是由於受到永磁材料的固有特性的影響，永磁體所產生的磁場難以調節，永磁電機內部的氣隙磁場基本保持恆定，這就使得永磁電機內部氣隙磁場的難以調節，導致其調速範圍受到限制，使得在諸如航空航天、電動汽車等需寬調速直接驅動場合，永磁電機的應用受到了一定的限制。如何實現氣隙磁場的有效調節與控制一直是永磁電機研究的熱點和難點。
混合勵磁型磁通切換電機繼承了永磁磁通切換電機的諸多優點，如轉子上既無永磁體，也無繞組，機械強度高；永磁體切向安置於定子側，易於散熱和冷卻，適合高速運行；聚磁效應和定子磁鏈雙極性，有助於提升功率密度等。與此同時，通過引入輔助的電勵磁繞組，不僅減少了對稀土永磁體的用量,還能夠有效拓寬永磁電機的氣隙磁場調節範圍。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，目的在於提出一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機，該電機有效的利用空間安排電勵磁繞組，通過對勵磁電流進行調節，拓寬了氣隙磁場調節範圍，調磁性能好，結構緊湊、簡單、堅固，具有高度對稱、正弦的雙極性磁鏈波形，較強的轉矩輸出能力和較高的功率密度。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：
一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機，其特徵在於，包括定子、永磁體、單相勵磁繞組、電樞繞組和轉子；
所述定子由六個永磁體與六個K形定子鐵心交替拼裝而成，相鄰兩個永磁體的充磁方向相反；每個K形定子鐵心的兩個定子齒外側跨繞有單相勵磁繞組，所述單相勵磁繞組由單相勵磁線圈依次串聯連接組成，所述永磁體與相鄰K形定子鐵心所圍成的槽內的兩個單相勵磁線圈的通電極性一致；K形定子鐵心的定子齒內側設有電樞繞組，位於相鄰兩個K形定子鐵心的定子齒上的電樞繞組相跨接；所述電樞繞組分為A、B、C三相電樞繞組，每相電樞繞組由徑向相對的電樞線圈順序串聯組成；所述單相勵磁繞組和電樞繞組均集中繞組；
所述轉子位於定子內部，轉子上不設置永磁體和繞組。
上述方案中，所述定子和轉子均為凸極結構。
上述方案中，所述K形定子鐵心的材料為導磁。
上述方案中，所述永磁體為釹鐵硼永磁磁鋼。
上述方案中，所述單相勵磁線圈、電樞線圈均採用集中式線圈。
上述方案中，所述轉子為直槽轉子。
與現有技術相比，本發明提供的一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機具有如下優點：
1、本發明保留了原有永磁磁通切換電機的高度正弦的雙極性磁鏈、較高的功率密度和較強的轉矩輸出能力等優點，通過採用K形定子鐵心，在不增加電機額外體積的前提下，減小了永磁體的使用，實現混合勵磁功能，整個電機結構簡單、緊湊、堅固，易於加工，調磁性能較好。
2、本發明的電樞繞組和單相勵磁繞組都採用集中繞組，從而有效降低了端部長度，減小了端部效應；另外，轉子為直槽轉子，轉子上既無永磁體也無繞組，結構簡單、堅固，易於冷卻，適用於高速運行。
附圖說明
圖1為本發明K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機的結構示意圖；
圖2為本發明K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機工作過程中的磁通路徑示意圖，圖2(a)為轉子在θ1時的磁通路徑示意圖，圖2(b)為轉子在θ2時的磁通路徑示意圖；
圖3為永磁體單獨工作的磁力線分布圖；
圖4為電勵磁單獨工作的磁力線分布圖；
圖5為混合勵磁磁力線示意圖。
圖中：1-定子，2-永磁體，3-單相勵磁繞組，4-電樞繞組，5-轉子，301-306-單相勵磁線圈，411、412、421、422、431、432-電樞線圈。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
如圖1所示，一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機,包括定子1、永磁體2、單相勵磁繞組3、電樞繞組4和轉子5；定子1和轉子5均為凸極結構；
定子1由六個永磁體2與六個K形定子鐵心交替拼裝而成，相鄰兩個永磁體2的充磁方向相反，永磁體2為沿圓周切向交替充磁的釹鐵硼永磁磁鋼，K形定子鐵心的材料為導磁；每個K形定子鐵心的兩個定子齒外側跨繞有單相勵磁繞組3，單相勵磁繞組3由由單相勵磁線圈301、單相勵磁線圈302、單相勵磁線圈303、單相勵磁線圈304、單相勵磁線圈305、單相勵磁線圈306依次串聯連接組成，單相勵磁線圈均採用集中式線圈，永磁體2與相鄰K形定子鐵心所圍成的槽內的兩個單相勵磁線圈的通電極性一致；K形定子鐵心的定子齒內側設有電樞繞組4，位於相鄰兩個K形定子鐵心的定子齒上的電樞繞組4相跨接；電樞繞組4分為A、B、C三相電樞繞組，A相電樞繞組由徑向相對的電樞線圈411與電樞線圈412順序串聯組成，B相電樞繞組由徑向相對的電樞線圈421與電樞線圈422順序串聯組成，C相電樞繞組由徑向相對的電樞線圈431與電樞線圈432順序串聯組成，電樞線圈均採用集中式線圈；單相勵磁繞組3和電樞繞組4均集中繞組；轉子5位於定子1內部，轉子5為直槽轉子，其上不設置永磁體和繞組。
一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機的工作過程為：
如圖2所示，電機轉子5處於圖2(a)所在的位置時(θ1＝12.86°)，分別有兩個轉子齒與定子齒相對，根據永磁體2的磁化方向，永磁體2與單相勵磁繞組3所產生的混合磁通將沿著圖示箭頭的路徑穿出定子齒經過氣隙進入與之相對齊的轉子齒，且數值最大；定子1上的電樞繞組4感應出一定的空載反電動勢。
當轉子5運動到圖2(b)所在的位置時(θ2＝38.57°)，總磁通量保持不變，但磁通路徑恰好相反，沿著圖示箭頭的路徑穿出轉子齒經過氣隙進入與之相對齊的定子齒；此時電樞繞組4感應的空載反電動勢與圖2(a)中的空載反電動勢相比，數值相同但極性相反。
當轉子在圖2(a)、(b)所在的位置之間連續運動時，電樞繞組4裡匝鏈的磁通將會不斷的在正負最大值之間呈周期變化，電機的磁鏈、反電動勢和電感具有高度正弦性。
如圖3為永磁體單獨工作的磁力線分布圖，圖4為電勵磁單獨工作的磁力線分布圖。當永磁體2所產生的磁勢方向與單相勵磁繞組4所產生的電勵磁磁勢方向相同時，則各電樞線圈中匝鏈的磁通會增加，從而對感應電動勢產生影響，感應電動勢得到提高；與此相反，如果永磁體2所產生的磁勢方向與單相勵磁繞組4所產生的電勵磁磁勢方向相反時，各電樞線圈中匝鏈的磁通將會減少，使得感應電動勢降低。圖5給出了混合勵磁磁力線示意圖。
以上對本發明所提供的一種K形定子鐵心混合勵磁型磁通切換電機進行了詳細介紹，本發明應用了具體個例對本發明的原理和實施方式進行了闡述，所要說明的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。