CN102497039A

CN102497039A - 一种新型定子内置永磁型变磁阻电机

Info

Publication number: CN102497039A
Application number: CN2011104239592A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开一种新型定子内置永磁型变磁阻电机，包括转子总成、机座架、输出轴以及若干个沿圆周均匀布置的定子总成，定子总成由定子段铁心、永磁体、锲块、励磁绕组组成，其中，定子段铁心为“凹”字形，励磁绕组缠绕于“凹”字形定子段铁心的轭上，永磁体内置于定子段铁心的轭部，定子段总成固定于机座架中；转子总成由转子体和转子段铁心组成，其中，转子体上有突出或凹陷部分，转子段铁心为环形转子段，通过转子体上的突出或者凹陷部分固定转子段铁心固定于转子体上；转子段两端的极尖均由较小半径的圆弧以及与圆弧相切的直线段组成；转子总成与输出轴固定；电励磁磁场与永磁体外磁场方向相同；本发明电机转矩高，振动噪音小，结构紧凑，制造成本低。

Description

一种新型定子内置永磁型变磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种新型定子内置永磁型变磁阻电机，属于电气驱动设备领域。

背景技术

由于转子上没有永磁体或者绕组，变磁阻电机结构简单，坚固可靠，且容错运行能力强，调速简单，适宜高速运行，在变速驱动应用领域有巨大的应用潜力。

一般的变磁阻电机为双凸极的结构，定子和转子上均布有一定数量按一定规律布置的凸极，转子上无绕组或永磁体，定子的凸极上缠绕有线圈；转子总是从电感最小的位置转向电感最大的位置，从而输出扭矩对外做功；然而，由于一般变磁阻电机的定子轭和转子轭上有不同谐波的磁通以及逆向磁通，导致高速运行时，铁损大，除此，由于转子凸极与定子凸极在转向共线的过程中，漏磁大，切向磁通相对径向磁通过小，诸如此类的缺陷导致一般变磁阻电机功率密度低，振动和噪音大。

为了改进上述问题，各国学者进行了大量研究；首先，比较典型的是通过定转子凸极的极尖结构优化以降低振动噪音，然而该方案却以降低扭矩为代价；其次，在定子轭上嵌入永磁体，以增加电机的功率密度，同时使得磁通路径变短，降低了铁损，却保留了双凸极的结构，振动和噪音没有得到改善；

2002年，英国学者在能量转换国际会议上提出了一种分段三型转子的短磁路开关磁阻电机，此后，印度和我国南京航空航天大学以及哈尔滨工业大学教授先后对该种电机进行了研究，提出了定子槽口内置永磁体的新型混合励磁分段定转子电机，进一步改进了该种电机的性能表现。

槽口内嵌有永磁体的混合励磁电机具有一系列的优点，例如，短磁路结构带来的铁损降低，永磁体的存在增加了定子绕组的超负荷工作能力，以及永磁体与电励磁磁通并联，从而增加了永磁体的使用寿命，等等；然而也有较为明显的缺陷，首先，永磁体靠近气隙，使得其散热困难，其次在转子转向与定子共线过程中，永磁体利用率低，而且存在明显的涡流，除此，由于采用伞形转子，侧向力没有得到利用，因此为了与其他种类电机竞争，有必要进一步改进其永磁体的布置和定转子磁极机构。

发明内容

本发明解决的技术问题提供一种新型定子内置永磁型变磁阻电机，以减少磁损耗，提高电机效率以及能量密度和减小输出扭矩波动；同时改善电机的使用寿命。

为解决技术背景中所述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型定子内置永磁型变磁阻电机，包括转子总成、机座架、输出轴以及若干个沿圆周均匀布置的定子总成，所述定子总成由定子段铁心、永磁体、锲块、励磁绕组组成，定子段铁心为“凹”字形，“凹”字形的开口处为槽口，槽口两侧为极靴，极靴上有朝向槽口的突出部位为极靴尖，“凹”字形开口处相对的底部为轭部，永磁体内置于“凹”字形定子段铁心的轭部内，励磁绕组缠绕于内置有永磁体的“凹”字形定子段铁心的轭部上，锲块内嵌于“凹”字形定子段铁心的槽口中，固定于极靴尖上，励磁绕组产生的电励磁磁通方向与内置的永磁体外磁通方向相同；定子总成固定于机座架中；

转子总成包括转子体和若干个沿圆周均匀布置的环形转子段铁心，转子体外圆面有突出部位以固定环形转子段铁心，环形转子段为环形，在非靠近气隙的三个测面上均有槽口，环形转子段铁心的两端极尖部位由圆弧段和与圆弧段相切的直线段组成，以便与“凹”字形定子段靠近气隙侧面形成梯变的气息结构；转子总成与输出轴固定；

当励磁绕组没有通电时，永磁体磁通在定子段铁心的轭部内自动闭合；

当励磁绕组通电时，电励磁磁通与永磁体磁通形成的混合磁通经过定子段铁心、气隙以及转子段铁心闭合，对外输出扭矩做功。

其中，所述的定子段铁心轭部内置有永磁体。

其中，定子段铁心的槽口内嵌有锲块，所述锲块固定于极靴尖上。

其中，定子段铁心和转子段铁心由软磁材料制成的冲片叠压而成。

其中，励磁绕组产生的电励磁磁通与永磁体外磁通方向相同。

其中，转子段两侧的极尖部位由弧形段和直线段组成，所述直线段与弧线段相切。

其中，机座架和转子体由非导磁材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）永磁体内置于定子段铁心内，永磁体磁通利用率高，且不易退磁，除此，散热容易，安装简单；

（2）励磁绕组为集中绕组，安装简单，电励磁磁通关断提前角更小，增大了电机输出扭矩；

（3）充分地利用了磁通作用于转子段上的侧向力，提高了电机输出扭矩密度；

（4）梯变的气隙结构，使得径向力的变化缓慢，降低了电机运行时振动噪音；

（5）采用了短磁路，降低了电机铁损以及磁噪音；

（6）槽口锲块有利于降低定子段铁心两极靴之间的漏磁以及由漏磁产生的振动。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例的一种新型定子内置永磁型变磁阻电机结构示意图；

图2是本发明第一具体实施例的定子励磁绕组开始导通时的磁场分布图；

图3是本发明第一具体实施例的转子段铁心与定子段铁心共线时的磁场分布图；

图4是本发明第二具体实施例的外转子定子内置永磁型变磁阻电机结构示意图；

具体实施方式

参考图1，该图为本发明一种新型定子内置永磁型变磁阻电机的第一具体实施例结构示意图。

本实施例的一种新型定子内置永磁型变磁阻电机（0），包括有定子总成、转子总成、机座架以及输出轴；定子总成由定子段铁心（2）、永磁体（4）、励磁绕组（5）以及锲块（10）组成，定子段铁心为“凹”字形，“凹”字形的开口处为槽口，槽口两边的铁心段为极靴，极靴侧面朝向槽口的突出物为极靴尖（9），与定子段铁心槽口相对的铁心段为轭部（3），永磁体（4）内置于轭部（3）内，励磁绕组（5）缠绕于轭部（3）上，锲块（10）嵌入于定子段铁心的槽口中，固定在极靴尖（9）上，由定子段铁心、永磁体、励磁绕组以及锲块组成的定子总成固定于机座架（1）中；

转子总成由转子体（7）和转子段铁心（6）组成，转子段铁心通过凹槽（11）固定于转子体（7）上，由转子段铁心和转子体组成的转子总成与输出轴（8）固定；

本具体实施例中揭示的是四相8/6极新型定子内置永磁型变磁阻电机，四相分别为A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2，每相中的两个励磁绕组产生的电励磁磁通与相应内置永磁体外磁通方向相同，当励磁绕组不通电时，永磁体在定子段铁心的轭部内闭合，不输出扭矩，当励磁绕组通以小电流时，永磁体磁场开始通过定子段铁心、极靴/极靴尖、气隙以及转子段铁心闭合，输出扭矩对外做功，当通以较大电流时，电励磁磁通与永磁体外磁通形成的混合励磁磁通经过定子段铁心、极靴/极靴尖、气隙以及转子段铁心闭合，全部产生扭矩对外做功。

应该要说明的是，环形转子段铁心固定于转子体上的方式并不受限于本具体实施例所揭示的方式，可以采用其他的结构形式以固定转子段铁心于转子体上，例如转子体上开槽，而转子段铁心上有突出部位，从而固定转子段铁心于转子体上。

参考图2，为本发明的第一具体实施例一种新型定子内置永磁型变磁阻电机D1-D2相励磁绕组开始导通时的磁力线分布图；此时，其他三相A1-A2、B1-B2、C1-C2没有通电，永磁体在定子段铁心的轭部闭合，D1-D2相中的永磁体则经过定子段铁心、极靴/极靴尖、气隙以及转子段铁心闭合，此时大部分扭矩由永磁体磁通产生，对外输出做功。

参考图3，为发明的第一具体实施例一种新型定子内置永磁型变磁阻电机D1-D2相中定子段铁心与转子段铁心共线时的磁力线分布图，此时，D1-D2中的电流已经断开，但是依然有较大的感应磁通，永磁体外磁通与感应磁通形成的混合磁通经过定子段铁心、极靴/极靴尖、气隙以及转子段铁心闭合。

参考图4，为本发明的第二具体实施例的外转子式新型定子内置永磁型变磁阻电机结构示意图；本具体实施例为四相8/6极电机，四相分别为A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2；和第一具体实施例轭一样，外转子式新型定子内置永磁型变磁阻电机也由定子总成、转子总成、机座架以及输出轴组成，定子总成包括定子段铁心（02）、永磁体（04）、励磁绕组（05）和锲块（010）组成，永磁体内置于定子段铁心的轭部（03）内，励磁绕组（05）缠绕于定子段铁心的轭部（03）上，锲块内嵌于定子段铁心的槽中，锲块固定于极靴尖（09）上，定子总成固定于机座架（01）中；和第一具体实施例不同的是，机座架（01）与输出轴（08）固定；

转子总成包括转子体（07）和转子段铁心（06），转子段铁心通过槽（011）固定于转子体中，转子总成通过轴承与输出轴（08）形成可自由转动的连接。

虽然本发明的具体实施例已揭露如上，本发明并不受限于上述具体实施例，技术人员当可理解，在不脱离本发明的情况下，可以对公开实施方案进行改变，即本发明的内容同样可应用三相12/8极、6/4极以及四相等等；因此，上面的几个实施例仅用于示例而不用于限制目的。

Claims

1.一种新型定子内置永磁型变磁阻电机，包括转子总成、机座架、输出轴以及若干个沿圆周均匀布置的定子总成，其特征在于，所述定子总成由定子段铁心、永磁体、锲块、励磁绕组组成，定子段铁心为“凹”字形，“凹”字形的开口处为槽口，槽口两侧为极靴，极靴上有朝向槽口的突出部位为极靴尖，“凹”字形开口处相对的底部为轭部，永磁体内置于“凹”字形定子段铁心的轭部内，励磁绕组缠绕于内置有永磁体的“凹”字形定子段铁心的轭部上，锲块内嵌于“凹”字形定子段铁心的槽口中，固定于极靴尖上，励磁绕组产生的电励磁磁通方向与内置的永磁体外磁通方向相同；定子总成固定于机座架中，输出轴与机座架可自由转动或者固定；

转子总成包括转子体和若干个沿圆周均匀布置的转子段铁心，转子体外圆面有突出或凹陷部位以固定转子段铁心，转子段铁心为环形，在非靠近气隙的三个测面上均有槽口，环形转子段铁心的两端极尖部位均由圆弧段和与圆弧段相切的直线段组成，以便与“凹”字形定子段靠近气隙侧面形成梯变的气息结构；转子总成与输出轴固定或者可自由转动；

空载时，内置于定子段铁心轭部的所述永磁体在“凹”字形定子段轭部形成闭合回路；负载工作时，所述励磁绕组通电，电励磁磁通与永磁体磁通形成的混合磁通通过定子段、气隙、环形转子段闭合，对外输出做功。

2.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，所述永磁体内嵌于定子段铁心的轭部内。

3.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，定子段极靴尖之间的槽口有锲块，且锲块固定于定子段铁心的极靴尖上，所述锲块由介电材料或者隔磁材料制成。

4.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，所述励磁绕组缠绕于内置有永磁体的定子段铁心轭部上。

5.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，所述转子段铁心为环形转子段，由软磁材料制成的冲片叠压而成，且转子段铁心非靠近气隙的三个侧面为转子段与转子体固定的定位面。

6.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，转子段的两个极尖部位由弧形段和直线段组成，该直线段与弧形段相切。

7.根据权利要求1所述的新型定子内置永磁型变磁阻电机，其特征在于，所述的机座和转子体均由非导磁材料制成。

8.一种新型定子内置永磁型变磁阻电机的定子总成结构，其特征在于，包括：

永磁体，所述永磁体内置于“凹”字形定子段的轭部；

励磁绕组，所述励磁绕组缠绕于“凹”字形定子段内置有永磁体的轭部；

定子段铁心，所述定子段铁心为“凹”字形，“凹”字形的开口处为槽口，在定子段铁心的槽口两侧为两个极靴，两个极靴上分别有一个朝向槽口的突出部位，为极靴尖；

锲块，所述锲块嵌入于定子段铁心槽口中，固定于定子段铁心槽口两侧的极靴尖上，所述锲块由介电材料或隔磁材料制成。

9.根据权利要求7所述的定子结构，励磁绕组产生的电磁通与定子段铁心轭部内的永磁体外磁通方向相同。

10.根据权利要求7所述的定子结构，定子段由软磁材料制成的冲片叠压而成。