一種轉子錯位結構電機的製作方法
2023-04-27 11:59:21
本發明涉及一種轉子錯位結構電機，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，本發明提供一種轉子錯位結構電機，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：
一種轉子錯位結構電機，包括定子和轉子，定子套設在轉子外側；所述定子包括第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、電樞繞組、勵磁繞組和機殼，勵磁繞組固定在環形勵磁繞組支架上；所述第一定子鐵芯和第二定子鐵芯的尺寸和槽型完全相同，在第一定子鐵芯的齒上和第二定子鐵芯的齒上各纏繞有一組電樞繞組，兩組電樞繞組均成三相對稱分布；第一定子鐵芯、第二定子鐵芯和勵磁繞組同軸固定在機殼內側形成筒狀結構，第一定子鐵芯和第二定子鐵芯對稱設置在勵磁繞組兩側，且第一定子鐵芯的齒和第二定子鐵芯的齒在圓周方向上無交錯；
所述轉子包括轉子鐵芯、第一永磁體和第二永磁體；轉子鐵芯對應第一定子鐵芯和第二定子鐵芯的位置分別開設有n個沿圓周均勻分布的槽，槽的開口朝向對應的定子鐵芯，槽的長度與對應的定子鐵芯的長度一致，對應第一定子鐵芯的槽和對應第二定子鐵芯的槽在圓周方向上交錯對應第一定子鐵芯的槽內放置第一永磁體，對應第二定子鐵芯的槽內放置第二永磁體；
所述第一定子鐵芯、第二定子鐵芯和勵磁繞組構成的筒狀結構套設在轉子鐵芯、第一永磁體和第二永磁體構成的柱狀結構外側，第一定子鐵芯和對應位置的轉子鐵芯間形成第一主氣隙，第二定子鐵芯和對應位置的轉子鐵芯間形成第二主氣隙；在勵磁繞組中通入直流電(即勵磁電流)將會在第一主氣隙和第二主氣隙處激勵磁場，該磁場與第一永磁體和第二永磁體在第一主氣隙和第二主氣隙處產生的磁場共同合成氣隙磁場。
本發明的一種轉子錯位結構電機包括勵磁繞組和永磁體兩種磁源，兩種磁源在氣隙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，所述第一永磁體和第二永磁體的充磁方向相反、充磁方向長度(小於等於轉子鐵芯的開槽深度，槽內空隙為空氣或填充不導磁體)和圓周方向寬度(小於等於轉子鐵芯的開槽寬度，槽內空隙為空氣或填充不導磁體)相同，第一永磁體和第二永磁體的材料相同。
具體的，所述第一永磁體和第二永磁體的形狀完全相同，均為瓦片形、矩形或正方形。
具體的，所勵磁繞組產生電勵磁磁通，所述第一永磁體和第二永磁體產生永磁磁通，電勵磁磁通和永磁磁通在轉子鐵芯的齒中的方向相同；當第一永磁體和第二永磁體的充磁方向確定時，勵磁電流的方向不可改變。
具體的，所述第一永磁體和第二永磁體均放置在轉子鐵芯的槽中央，或沿圓周方向偏移一定角度。
具體的，所述轉子鐵芯上的槽沿軸線方向的深度、寬度和槽型均相同。
具體的，所述第一永磁體和第二永磁體位鋁鐵硼、鐵氧體、釤鈷等永磁材質。
具體的，所述第一永磁體和第二永磁體粘結在轉子鐵芯的槽內，或通過在轉子鐵芯外表面套設不導磁套固定。
本發明提供的轉子錯位結構電機，包括勵磁繞組和永磁體兩種磁源，這兩種磁源共同作用產生氣隙磁場。定子鐵芯、轉子鐵芯、機殼、氣隙等為主磁通提供磁路，磁通路徑如下：從第二定子鐵芯側垂直電機端部方向看向電機，當勵磁繞組通入順時針的直流電流後，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵芯，經過轉子齒改為徑向，再依次穿過第一主氣隙、第一定子鐵芯的齒和軛以及機殼，然後再依次穿過第二定子鐵芯的軛和機殼、第二定子鐵芯的齒、第二主氣隙、轉子齒，磁通轉為軸向後回到轉子鐵芯。此時，永磁體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應該相同。所以，第一永磁體的充磁方向為沿電機徑向指向電機軸心，其磁通路徑為，永磁磁通從第一永磁體出來以後依次經過轉子鐵芯、轉子齒、第一主氣隙、定子齒、定子軛、定子齒、第一主氣隙後回到第一永磁體；第二永磁體的充磁方向為沿電機徑向指向電機氣隙，其磁通路徑為，永磁磁通從第二永磁體出來以後依次經過第二主氣隙、定子齒、定子軛、定子齒、第二主氣隙、轉子鐵芯後回到第二永磁體。當勵磁電流方向改變後，第一永磁體和第二永磁體的充磁方向應該反向，電勵磁磁通路徑、第一永磁體磁通路徑和第二永磁體磁通路徑不變，方向反向。
有益效果：本發明提供的轉子錯位結構電機，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，電機鐵芯損耗減小；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為本發明中轉子的結構示意圖；
圖3為勵磁繞組通入正向勵磁電流時永磁體充磁方向示意圖；3(a)為第一永磁體磁通路徑示意圖，3(b)為第二永磁體磁通路徑示意圖；
圖4為勵磁繞組通入反向勵磁電流時永磁體充磁方向示意圖；4(a)為第一永磁體磁通路徑示意圖，4(b)為第二永磁體磁通路徑示意圖；。
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
一種轉子錯位結構電機，如圖1所示，包括定子和轉子，其中定子包括第一定子鐵芯1、第二定子鐵芯2、電樞繞組3、勵磁繞組7和機殼9。第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2採用貼片結構，且分別在每個定子鐵芯上開有12個沿圓周均勻分布的半閉口槽；兩個定子對稱分布於勵磁繞組7的兩側，且兩個定子的槽沿軸線完全重合。電樞繞組3成三相對稱分布繞在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2的齒上。勵磁繞組7為環形，設置在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2的中間位置，固定在勵磁繞組支架8上。
該轉子錯位結構電機的轉子結構如圖2所示，轉子包括轉子鐵芯4、第一永磁體5和第二永磁體6。轉子鐵芯4分為開槽部分和未開槽部分，在轉子鐵芯4的兩端在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2所對應的長度範圍分別開有4個槽，每個槽在周向上佔53°機械角度，開槽部分的齒槽寬度比為3/7，槽口朝向定子鐵芯，所開的槽沿轉子圓周呈均勻分布；轉子鐵芯4兩端的齒和槽為齒槽交錯對應分布，且定子鐵芯4的一端齒的中心線與另一端槽的中心線重合，如圖4中所示。第一永磁體5和第二永磁體6分別放置在在轉子鐵芯4的兩端所開的槽中，8塊永磁體的充磁方向長度與槽深相同，寬度為槽寬度的3/5，且分別置於槽的中央位置。勵磁繞組7的中心線與第一定子鐵芯1、第二定子鐵芯2和轉子鐵芯4的軸線重合。
從第二定子鐵芯2側垂直電機端部方向看向電機，當勵磁繞組通入順時針的直流電流(定義此勵磁電流方向為正向)，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵芯，經過轉子齒改為徑向，再依次穿過第一主氣隙10、第一定子鐵芯1的齒和軛以及機殼，然後再依次穿過第二定子鐵芯2的軛和機殼、第二定子鐵芯2的齒、第二主氣隙11、轉子齒，磁通轉為軸向後回到轉子鐵芯；此時，第一永磁體5的充磁方向為沿電機徑向指向電機軸心，其磁通路徑為，永磁磁通從1號永磁體出來以後依次經過轉子鐵芯、轉子齒、第一主氣隙10、定子齒、定子軛、定子齒、第一主氣隙10後回到1號永磁體，磁通路徑如圖4(a)所示；此時，第二永磁體6的充磁方向為沿電機徑向指向電機氣隙，其磁通路徑為，永磁磁通從2號永磁體出來以後依次經過第二主氣隙11、定子齒、定子軛、定子齒、第二主氣隙11、轉子鐵芯後回到2號永磁體，磁通路徑如圖4(b)所示。
兩種磁源在氣隙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
一種轉子錯位結構電機，如圖1所示，包括定子和轉子，其中定子包括第一定子鐵芯1、第二定子鐵芯2、電樞繞組3、勵磁繞組7和機殼9。第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2採用貼片結構，且分別在每個定子鐵芯上開有12個沿圓周均勻分布的半閉口槽；兩個定子對稱分布於勵磁繞組7的兩側，且兩個定子的槽沿軸線完全重合。電樞繞組3成三相對稱分布繞在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2的齒上。勵磁繞組7為環形，設置在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2的中間位置，固定在勵磁繞組支架8上。
該轉子錯位結構電機的轉子結構如圖2所示，轉子包括轉子鐵芯4、第一永磁體5和第二永磁體6。轉子鐵芯4分為開槽部分和未開槽部分，在轉子鐵芯4的兩端在第一定子鐵芯1和第二定子鐵芯2所對應的長度範圍分別開有4個槽，每個槽在周向上佔53°機械角度,開槽部分的齒槽寬度比為3/7，槽口朝向定子鐵芯，所開的槽沿轉子圓周呈均勻分布；轉子鐵芯4兩端的齒和槽為齒槽交錯對應分布，且定子鐵芯4的一端齒的中心線與另一端槽的中心線重合，如圖4中所示。第一永磁體5和第二永磁體6分別放置在在轉子鐵芯4的兩端所開的槽中，8塊永磁體的充磁方向長度與槽深相同，寬度為槽寬度的3/5，且分別置於槽的中央位置。勵磁繞組7的中心線與第一定子鐵芯1、第二定子鐵芯2和轉子鐵芯4的軸線重合。
從第二定子鐵芯2側垂直電機端部方向看向電機，當勵磁繞組通入逆時針的直流電流(定義此勵磁電流方向為反向)，產生恆定磁通，該磁通沿軸向經過轉子鐵芯，經過轉子齒改為徑向，再依次穿過第二主氣隙11、第二定子鐵芯2的齒和軛以及機殼，然後再依次穿過第一定子鐵芯1的軛和機殼、第一定子鐵芯1的齒、第一主氣隙10、轉子齒，磁通轉為軸向後回到轉子鐵芯；此時，第一永磁體5的充磁方向為沿電機徑向指向電機氣隙，其磁通路徑為，永磁磁通從1號永磁體出來以後依次經過第一主氣隙10、定子齒、定子軛、定子齒、第一主氣隙10、轉子鐵芯後回到1號永磁體，此時，第二永磁體6的充磁方向為沿電機徑向指向電機軸心，其磁通路徑為，永磁磁通從2號永磁體出來以後依次經過轉子鐵芯、轉子齒、第二主氣隙11、定子齒、定子軛、定子齒、第二主氣隙11後回到2號永磁體。
兩種磁源在氣隙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。
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。