一種複合結構電機的製作方法

2023-11-30 15:47:46

本發明涉及一種複合結構電機，屬於電機技術。

背景技術：

儘可能地利用電機空間及材料是一個普遍目標，同時我們又希望能夠節省材料提高電機性能。例如，對於轉子開槽電機，一方面通過開槽形成不均勻氣隙，在勵磁電流作用下產生交變磁場，另一方面轉子開槽帶來空間齒諧波，增加轉子機械損耗，降低電機效率。

電機內的氣隙磁場包括單極性和雙極性磁場。對於雙極性磁場而言，不存在磁場的直流分量，即使存在高次諧波分量其幅值也可以通過斜槽或短距等方法來削弱。對於單極性磁場而言，氣隙磁場中存在較大的恆定分量，恆定分量較大時影響電機材料的飽和程度，增加鐵芯損耗；同時單極性磁場還意味著各高次諧波含量較大，電機繞組兩端電勢或輸出轉矩波動成分加劇，振動和噪音增加。

近年來，永磁材料的成本上漲幅度較大，部分電機中永磁材料的費用佔電機成本近50％，降低電機中永磁材料比重對於降低電機成本具有重要意義。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種復位結構電機，通過鐵芯極與永磁極的共同作用，通過降低氣隙磁場的恆定分量及高次諧波含量，從而降低鐵芯損耗，並增大氣隙磁場的基波幅值，提高了材料的利用率；同時使用永磁體填充轉子槽，以減小風阻和噪音、降低機械損耗、提高電機運行效率。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種複合結構電機，包括定子和轉子，定子套設在轉子外側；其特徵在於：所述定子包括定子鐵芯、電樞繞組、勵磁繞組、機殼和端蓋；所述定子鐵芯分為左右兩段，左段沿圓周方向均勻開設有徑向的定子槽，相鄰定子槽之間的齒為定子齒，右段沿圓周方向開設有一個環形槽；所述電樞繞組纏繞在定子齒上，電樞繞組成三相對稱分布，所述勵磁繞組通過環形勵磁繞組支架固定在環形槽內；

所述轉子包括轉子鐵芯和永磁體；轉子鐵芯對應定子鐵芯左段的位置沿圓周方向均勻開設有徑向的轉子槽，轉子鐵芯對應定子鐵芯右段的位置不開槽，永磁體放置在轉子槽內(若轉子槽內存在空隙，則空隙為空氣或填充不導磁體)；

所述定子鐵芯和勵磁繞組同軸固定在機殼內側，與端蓋共同形成筒狀結構，該筒狀結構套設在轉子鐵芯外側，該筒狀結構和轉子鐵芯之間形成氣隙；在勵磁繞組中通入直流電(即勵磁電流)將會在氣隙處激勵磁場，該磁場與永磁體在氣隙處產生的磁場共同合成氣隙磁場。

本發明的一種複合結構電機，包括勵磁繞組和永磁體兩種磁源，兩種磁源共同作用產生氣隙磁場，該氣隙磁場為雙極性磁場。隨著電機轉子的旋轉，電樞繞組切割合成氣隙磁場，產生反電勢和電磁轉矩。電機中存在徑向磁路和軸向磁路，主氣隙和附加氣隙。

具體的，所述定子鐵芯和轉子鐵芯之間通過軸承實現連接。

具體的，所述勵磁繞組產生電勵磁磁通，所述永磁體產生永磁磁通，電勵磁磁通和永磁磁通在轉子齒中的方向相同；當永磁體的充磁方向確定時，勵磁電流的方向不可改變。勵磁繞組產生的電勵磁磁通路徑為：當勵磁繞組通入某一方向直流勵磁電流後，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵心，經過轉子齒改為徑向，再依次穿過氣隙、定子齒、定子軛、機殼後，經過端蓋變為徑向回到轉子鐵心。永磁體產生的永磁磁通路徑為：永磁磁通依次經過轉子鐵心、轉子齒、氣隙、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙後回到永磁體。當勵磁電流方向改變後，永磁體充磁方向應該反向。

具體的，所有永磁體的充磁方向、充磁方向長度、圓周方向寬度和材料特性相同。

具體的，所有永磁體的形狀完全相同，均為瓦片形、矩形或正方形等。

具體的，所述永磁體均放置在轉子槽的中央，或沿圓周方向偏移一定角度。

具體的，所述永磁體為鋁鐵硼、鐵氧體、釤鈷材質等。

具體的，所述永磁體粘結在轉子槽內，或通過在轉子鐵芯外表面套設不導磁套固定。

有益效果：本發明提供的複合結構電機，由勵磁繞組和永磁體共同作用產生氣隙磁場，與單電勵磁電機相比，在獲得同樣大小的反電勢或輸出轉矩的情況下，可以減小勵磁電流，減小勵磁繞組銅耗；與單極性氣隙磁場電機相比，氣隙磁場交變分量增大，恆定分量減小，高次諧波含量降低，電機鐵心損耗減小；與轉子開槽類電機相比，填充永磁體後，電機轉子表面光滑，風阻減小，風摩損耗和噪音降低；與單永磁體勵磁電機相比，減小了永磁體用量，降低了電機製造成本。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為永磁體厚度等於轉子槽深度時轉子的結構示意圖；

圖3為勵磁電流正向時的磁通路徑示意圖；

圖4為勵磁電流反向時的磁通路徑示意圖；

圖5為永磁體厚度小於轉子槽深度時轉子的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

實施例一

一種複合結構電機，如圖1所示，包括定子和轉子，其中定子包括定子鐵芯2、電樞繞組3、勵磁繞組5和機殼1。定子鐵芯2採用疊片結構，且在定子鐵芯2上開有12個在周向上均勻分布的定子槽。電樞繞組3是繞在定子齒上的對稱三相繞組。勵磁繞組5為環形，設置在靠近定子鐵芯2端部和端蓋8之間的位置，通過勵磁繞組支架10固定。

該複合電機的轉子為8極結構，如圖2所示：轉子包括永磁體6和轉子鐵芯7，轉子鐵芯7在軸向長度內分為開槽部分和未開槽部分，其中轉子槽和定子槽的軸向長度相同，轉子槽在周向上佔53°機械角度，開槽部分的齒槽寬度比為3/7，轉子槽的槽口朝向定子鐵芯2，並沿著轉子圓周方向均勻布置。永磁體6放置在轉子槽內，4塊永磁體的厚度均與轉子槽的深度相同，寬度為轉子槽寬度的3/5，且均置於轉子槽的中央位置。勵磁繞組5的中心線與定子鐵芯2和轉子鐵芯7的軸線重合。電機定子通過軸承10與轉子連接。在勵磁繞組5中通入直流電後在氣隙4中產生氣隙磁場，該磁場與永磁體在氣隙4中產生的磁場共同作用產生合成氣隙磁場。

下面就一種特定勵磁電流方向和特定永磁體充磁方向下的磁通路徑和方向進行敘述：如圖3所示是勵磁電流正向時磁通路徑示意圖，當勵磁繞組5沿此方向通入直流勵磁電流後，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵芯2，經過轉子齒改為徑向，再依次穿過氣隙4、定子齒、定子軛、機殼1後，經過端蓋8變為徑向回到轉子鐵芯2，如圖3中路徑1所示。此時，所有永磁體6的充磁方向均沿電機徑向指向電機軸心，永磁體6產生的磁通在轉子齒中的方向與勵磁電流產生的磁通方向相同。永磁磁通依次經過轉子鐵芯7、轉子齒、氣隙4、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙4後回到永磁體6，如圖3中路徑2所示。

下面就另一種特定勵磁電流方向和特定永磁體充磁方向下的磁通路徑和方向進行敘述：如圖4所示是勵磁電流反向時磁通路徑示意圖，當勵磁繞組5沿此方向通入直流勵磁電流後，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵芯2，經端蓋8改為徑向，再依次穿過機殼1、定子軛、定子齒、氣隙4、轉子齒，經轉子鐵芯2變為軸向回勵磁繞組3，如圖4中路徑1所示。此時，所有永磁體6的充磁方向均沿電機徑向指向電機氣隙，永磁體6產生的磁通在轉子齒中的方向與勵磁電流產生的磁通方向相同。永磁磁通從永磁體6出來後，通依次經過氣隙4、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙4、轉子齒、轉子鐵芯7回到永磁體6，如圖4中路徑2所示。

兩種磁源在氣隙4中建立合成氣隙磁場，該氣隙磁場為雙極性磁場。隨著電機轉子的旋轉，電樞繞組3切割合成氣隙磁場，產生反電勢和電磁轉矩。電機中存在徑向磁路和軸向磁路，主氣隙和附加氣隙。

實施例二

一種複合結構電機，包括定子和轉子，其中定子結構與實施例一中的的定子結構相同，下面就其轉子結構進行描述。

該複合電機的轉子為8極結構，如圖5所示：轉子包括永磁體6、轉子鐵芯7和非導磁材料11，轉子鐵芯7在軸向長度內分為開槽部分和未開槽部分，其中轉子槽和定子槽的軸向長度相同，轉子槽在周向上佔53°機械角度，開槽部分的齒槽寬度比為3/7，轉子槽的槽口朝向定子鐵芯2，並沿著轉子圓周方向均勻布置。永磁體6放置在轉子槽內，4塊永磁體的厚度均為轉子槽深度的一半，寬度與轉子槽的寬度相同，且均置於轉子槽的中央位置；轉子槽在入放置永磁體後，剩餘的空間填充非導磁材料11。勵磁繞組5的中心線與定子鐵芯2和轉子鐵芯7的軸線重合。電機定子通過軸承10與轉子連接。在勵磁繞組5中通入直流電後在氣隙4中產生氣隙磁場，該磁場與永磁體在氣隙4中產生的磁場共同作用產生合成氣隙磁場。

本案的磁通路徑與實施例一的磁通路徑一致。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。