一種軸向磁通兩相雙凸極永磁電機的製作方法

2023-05-09 23:10:26 3

本發明涉及一種電機，具體是一種軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，屬於電機技術領域。

背景技術：

雙凸極電機是20世紀50年代被提出的一種新型結構的電機，進入90年代後得到人們的廣泛關注和深入研究，其具有結構簡單堅固、製造方便、工作可靠、易於維護的優點，在風力發電場合具有很好的應用前景。

雙凸極電機屬於變磁阻電機，變磁阻電機包含單邊凸極和雙邊凸極兩種，為了獲得最大的磁阻最大值與最小值比值，以及更好的機電能量轉換特性，雙凸極電機受到了研究人員更多的親睞。典型的變磁阻電機利用磁阻的不等，磁通總向磁阻小的路線集中，作為電動機工作時，通電的定子繞組以磁力吸引鐵磁性的轉子，使磁力產生切向分力，即產生對轉子的轉矩。定子的通電順序根據位置傳感器檢測到的轉子位置所對應的最有利於對轉子產生向前轉動轉矩的那一相定子通電，轉子轉過一定角度後由下一個最有利於轉子產生轉矩的一相通電。控制系統不斷改變定子繞組的通電相序，使轉子向一個方向持續轉動。

變磁阻電機包含了開關磁阻電機、步進電機和雙凸極電機，而雙凸極電機又包括了永磁雙凸極電機、電勵磁雙凸極電機、磁通反向雙凸極電機和磁通切換雙凸極電機。開關磁阻電機(SRM)不同於步進電機，它是一種有位置反饋的自同步電機，其轉速由電機的驅動力矩和負載的阻力矩共同決定的。步進電機是開環工作的，其轉速由脈衝頻率決定。開關磁阻電機有簡單的轉子結構，轉子由矽鋼片疊壓製成，轉子上沒有線圈與磁鋼，適合在高溫以及高轉速下工作，得到了航空電氣領域的傾力研究，但開關磁阻電機始終和功率變換器配合工作，使得其發電工作變得複雜且不夠可靠。

為避免開關磁阻電機的弊端在工作時導致潛在故障，科研人員將永磁體安裝在開關磁阻電機結構中，形成了雙凸極永磁電機(DSPM)。當定轉子極弧長度滿足一定關係時，雙凸極電機的總氣隙磁導為恆定值，此時永磁體工作點將不隨轉子的轉動而改變，因此雙凸極電機在靜止時沒有定位力矩，雙凸極電機繞組上的交鏈磁通只與磁導成正比。雙凸極電機的定子內安置有高矯頑力，低磁導率的永磁體，因此雙凸極電機磁路的磁阻大，繞組電感較小，令電流換相能夠快速完成。此外，雙凸極電機作為工作時，電樞反應產生的磁鏈和磁動勢遠遠小於永磁體產生的磁鏈和磁動勢，因此合成磁鏈主要由永磁體決定。開關磁阻電機的電樞反應完全由電樞電流決定，其繞組電流遠大於雙凸極永磁電機，故雙凸極永磁電機工作時產生更少的熱量和噪音。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對背景技術中提及的現有電機系統存在的結構過於複雜、自身能耗大的缺點。

本發明的目的是提出一種具有高效率、高功率密度且結構簡單、新穎的軸向磁通兩相雙凸極永磁電機。

為解決上述技術問題，本發明採取的技術方案是：

一種軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，包括定子套筒、定子圓盤A、定子凸極A、電樞繞組A、永磁環、電樞繞組B、定子凸極B、轉軸、轉子鐵芯和定子圓盤B；

永磁環的充磁方向為軸向充磁，永磁環嵌於定子套筒內，永磁環位於定子套筒軸向長度的中間位置處且將定子套筒分割為上定子套筒和下定子套筒；

定子圓盤A和定子圓盤B分別設置在定子套筒的兩個端部且位於定子套筒的內部，定子圓盤A、定子圓盤B和定子套筒構成轉子腔；

在定子圓盤A面向轉子腔的平面上凸起有四個扇形定子凸極A，四個扇形定子凸極A上均設置電樞繞組A；

在定子圓盤B面向轉子腔的平面上凸起有四個扇形定子凸極B，四個扇形定子凸極B上均設置電樞繞組B；

四個扇形定子凸極A與四個扇形定子凸極B上下位置均是一一對應設置；

轉子鐵芯安裝在轉軸上且位於轉子腔內；轉子鐵芯包括套裝在轉軸上且跟隨轉軸旋轉的環套，在環套的外表面上沿徑向方向外凸均勻設置三個扇形轉子凸極；三個扇形轉子凸極位於四個扇形定子凸極A與四個扇形定子凸極B之間，三個扇形轉子凸極與四個扇形定子凸極A之間留有第一氣隙，三個扇形轉子凸極與四個扇形定子凸極B之間留有第二氣隙；

四個扇形定子凸極A、四個扇形定子凸極B以及三個扇形轉子凸極的扇形角、大徑和小徑均相同。

本發明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，電樞繞組A中相對的兩個繞組構成一相，電樞繞組B中相對的兩個繞組構成一相，電樞繞組A和電樞繞組B相對的繞組構成一相。

本發明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，轉子鐵芯凸極的數最少為3個，低於現有的技術方案，有利於降低鐵損和減輕控制器負擔。

對本發明技術方案的改進，扇形定子凸極A的小徑與定子圓盤A的內圓孔半徑相同，扇形定子凸極B與定子圓盤B的內圓孔半徑相同。

對本發明技術方案的改進，第一氣隙與第二氣隙相等，使得整個電機成上下對稱結構。

有益效果

本發明與現有技術相比的有益效果：

1、本發明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，高效率、高功率密度且結構簡單、新穎。

2、本發明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，採用永磁體建立勵磁磁場，能降低電機銅耗，提高電機效率。

附圖說明

圖1是本發明的結構剖視圖。

圖2是轉子鐵芯與轉軸的安裝位置示意圖。

圖3是定子凸極A的結構示意圖。

其中，1、定子套筒；2、定子圓盤A；3、定子凸極A；31、扇形定子凸極A；4、電樞繞組A；5、永磁環；6、電樞繞組B；7、定子凸極B；8、轉軸；9、轉子鐵芯；91、環套；92、扇形轉子凸極；10、定子圓盤B。

具體實施方式

為使本發明的內容更加明顯易懂，以下結合附圖1-圖3和具體實施方式做進一步的描述。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1所示，本發明的軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，包括定子套筒1、定子圓盤A2、定子凸極A3、電樞繞組A4、永磁環5、電樞繞組B6、定子凸極B7、轉軸8、轉子鐵芯9和定子圓盤B10。

定子凸極A3由四個扇形定子凸極A31構成(參見附圖3所示)，定子凸極B7由四個扇形定子凸極B構成。

永磁環5的充磁方向為軸向充磁，永磁環5嵌於定子套筒1內，永磁環位於定子套筒軸向長度的中間位置處且將定子套筒分割為上定子套筒和下定子套筒。

定子圓盤A2和定子圓盤B10分別設置在定子套筒的兩個端部且位於定子套筒的內部，定子圓盤A2、定子圓盤B10和定子套筒1構成轉子腔。

在定子圓盤A2面向轉子腔的平面上凸起有四個扇形定子凸極A，四個扇形定子凸極A上均設置電樞繞組A4；在定子圓盤B10面向轉子腔的平面上凸起有四個扇形定子凸極B，四個扇形定子凸極B上均設置電樞繞組B6。

四個扇形定子凸極A與四個扇形定子凸極B上下位置均是一一對應設置。

轉子鐵芯9安裝在轉軸8上且位於轉子腔內；轉子鐵芯包括套裝在轉軸上且跟隨轉軸旋轉的環套91，在環套的外表面上沿徑向方向外凸均勻設置三個扇形轉子凸極92；三個扇形轉子凸極位於四個扇形定子凸極A與四個扇形定子凸極B之間，三個扇形轉子凸極與四個扇形定子凸極A之間留有第一氣隙，三個扇形轉子凸極與四個扇形定子凸極B之間留有第二氣隙；參見附圖2所示。

四個扇形定子凸極A、四個扇形定子凸極B以及三個扇形轉子凸極的扇形角、大徑和小徑均相同。

本軸向磁通兩相雙凸極永磁電機，軸向充磁的永磁環5嵌於定子套筒1的中間位置，為電機提供勵磁磁場；電樞繞組A4、電樞繞組B6分別繞於定子凸極A3、定子凸極B7上，電機做發電運行時接用電負荷，電機做電動運行時接電源。

電樞繞組A4中相對的兩個繞組構成一相，電樞繞組B6中相對的兩個繞組構成一相，電樞繞組A4和電樞繞組B6上下相對的繞組構成一相，整個電機共計兩相繞組。

本實施例的工作原理：

本發明做為發電機運行時，原動機帶動轉軸8及轉子鐵芯9旋轉，由於轉子鐵芯9上轉子鐵芯凸極的存在，轉子鐵芯9旋轉時會導致電機電樞繞組A4、電樞繞組B6的磁通大小發生變化，從而在電機電樞繞組A4、電樞繞組B6中感應出電動勢，感應電動勢的大小與轉子轉速有關。

本發明做為電動機運行時，根據轉子鐵芯9所處位置，在由電樞繞組A4、電樞繞組B6構成的兩相繞組中通入正向或反向的電流，即可產生轉矩，兩相電流的相位相差90°。

本發明未涉及部分均與現有技術相通或採用現有技術加以實現。

凡本發明說明書中未作特別說明的均為現有技術或者通過現有的技術能夠實現，應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。