CN106981937B - 一种转子错位结构电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子错位结构电机，包括定子和转子，定子套设在转子外侧；所述定子包括第一定子铁芯、第二定子铁芯、电枢绕组、励磁绕组和机壳，励磁绕组固定在环形励磁绕组支架上，第一定子铁芯和第二定子铁芯对称设置在励磁绕组两侧，且第一定子铁芯的齿和第二定子铁芯的齿在圆周方向上无交错；所述转子包括转子铁芯、第一永磁体和第二永磁体，对应第一定子铁芯的槽和对应第二定子铁芯的槽在圆周方向上交错本发明通过铁芯极与永磁极的共同作用，通过降低气隙磁场的恒定分量及高次谐波含量，从而降低铁芯损耗，并增大气隙磁场的基波幅值，提高了材料的利用率；同时使用永磁体填充转子槽，以减小风阻和噪音、降低机械损耗、提高电机运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子错位结构电机，属于电机技术。
背景技术
尽可能地利用电机空间及材料是一个普遍目标，同时我们又希望能够节省材料提高电机性能。例如，对于转子开槽电机，一方面通过开槽形成不均匀气隙，在励磁电流作用下产生交变磁场，另一方面转子开槽带来空间齿谐波，增加转子机械损耗，降低电机效率。
电机内的气隙磁场包括单极性和双极性磁场。对于双极性磁场而言，不存在磁场的直流分量，即使存在高次谐波分量其幅值也可以通过斜槽或短距等方法来削弱。对于单极性磁场而言，气隙磁场中存在较大的恒定分量，恒定分量较大时影响电机材料的饱和程度，增加铁芯损耗；同时单极性磁场还意味着各高次谐波含量较大，电机绕组两端电势或输出转矩波动成分加剧，振动和噪音增加。
近年来，永磁材料的成本上涨幅度较大，部分电机中永磁材料的费用占电机成本近50％，降低电机中永磁材料比重对于降低电机成本具有重要意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种转子错位结构电机，通过铁芯极与永磁极的共同作用，通过降低气隙磁场的恒定分量及高次谐波含量，从而降低铁芯损耗，并增大气隙磁场的基波幅值，提高了材料的利用率；同时使用永磁体填充转子槽，以减小风阻和噪音、降低机械损耗、提高电机运行效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种转子错位结构电机，包括定子和转子，定子套设在转子外侧；所述定子包括第一定子铁芯、第二定子铁芯、电枢绕组、励磁绕组和机壳，励磁绕组固定在环形励磁绕组支架上；所述第一定子铁芯和第二定子铁芯的尺寸和槽型完全相同，在第一定子铁芯的齿上和第二定子铁芯的齿上各缠绕有一组电枢绕组，两组电枢绕组均成三相对称分布；第一定子铁芯、第二定子铁芯和励磁绕组同轴固定在机壳内侧形成筒状结构，第一定子铁芯和第二定子铁芯对称设置在励磁绕组两侧，且第一定子铁芯的齿和第二定子铁芯的齿在圆周方向上无交错；
所述转子包括转子铁芯、第一永磁体和第二永磁体；转子铁芯对应第一定子铁芯和第二定子铁芯的位置分别开设有n个沿圆周均匀分布的槽，槽的开口朝向对应的定子铁芯，槽的长度与对应的定子铁芯的长度一致，对应第一定子铁芯的槽和对应第二定子铁芯的槽在圆周 方向上交错对应第一定子铁芯的槽内放置第一永磁体，对应第二定子铁芯的槽内放置第二永磁体；
所述第一定子铁芯、第二定子铁芯和励磁绕组构成的筒状结构套设在转子铁芯、第一永磁体和第二永磁体构成的柱状结构外侧，第一定子铁芯和对应位置的转子铁芯间形成第一主气隙，第二定子铁芯和对应位置的转子铁芯间形成第二主气隙；在励磁绕组中通入直流电(即励磁电流)将会在第一主气隙和第二主气隙处激励磁场，该磁场与第一永磁体和第二永磁体在第一主气隙和第二主气隙处产生的磁场共同合成气隙磁场。
本发明的一种转子错位结构电机包括励磁绕组和永磁体两种磁源，两种磁源在气隙中建立合成气隙磁场，该气隙磁场为双极性磁场。随着电机转子的旋转，电枢绕组切割合成气隙磁场，产生反电势和电磁转矩。电机中存在径向磁路和轴向磁路，主气隙和附加气隙。
具体的，所述第一永磁体和第二永磁体的充磁方向相反、充磁方向长度(小于等于转子铁芯的开槽深度，槽内空隙为空气或填充不导磁体)和圆周方向宽度(小于等于转子铁芯的开槽宽度，槽内空隙为空气或填充不导磁体)相同，第一永磁体和第二永磁体的材料相同。
具体的，所述第一永磁体和第二永磁体的形状完全相同，均为瓦片形、矩形或正方形。
具体的，所励磁绕组产生电励磁磁通，所述第一永磁体和第二永磁体产生永磁磁通，电励磁磁通和永磁磁通在转子铁芯的齿中的方向相同；当第一永磁体和第二永磁体的充磁方向确定时，励磁电流的方向不可改变。
具体的，所述第一永磁体和第二永磁体均放置在转子铁芯的槽中央，或沿圆周方向偏移一定角度。
具体的，所述转子铁芯上的槽沿轴线方向的深度、宽度和槽型均相同。
具体的，所述第一永磁体和第二永磁体位铝铁硼、铁氧体、钐鈷等永磁材质。
具体的，所述第一永磁体和第二永磁体粘结在转子铁芯的槽内，或通过在转子铁芯外表面套设不导磁套固定。
本发明提供的转子错位结构电机，包括励磁绕组和永磁体两种磁源，这两种磁源共同作用产生气隙磁场。定子铁芯、转子铁芯、机壳、气隙等为主磁通提供磁路，磁通路径如下：从第二定子铁芯侧垂直电机端部方向看向电机，当励磁绕组通入顺时针的直流电流后，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁芯，经过转子齿改为径向，再依次穿过第一主气隙、第一定子铁芯的齿和轭以及机壳，然后再依次穿过第二定子铁芯的轭和机壳、第二定子铁芯的 齿、第二主气隙、转子齿，磁通转为轴向后回到转子铁芯。此时，永磁体产生的磁通在转子齿中的方向与励磁电流产生的磁通方向应该相同。所以，第一永磁体的充磁方向为沿电机径向指向电机轴心，其磁通路径为，永磁磁通从第一永磁体出来以后依次经过转子铁芯、转子齿、第一主气隙、定子齿、定子轭、定子齿、第一主气隙后回到第一永磁体；第二永磁体的充磁方向为沿电机径向指向电机气隙，其磁通路径为，永磁磁通从第二永磁体出来以后依次经过第二主气隙、定子齿、定子轭、定子齿、第二主气隙、转子铁芯后回到第二永磁体。当励磁电流方向改变后，第一永磁体和第二永磁体的充磁方向应该反向，电励磁磁通路径、第一永磁体磁通路径和第二永磁体磁通路径不变，方向反向。
有益效果：本发明提供的转子错位结构电机，由励磁绕组和永磁体共同作用产生气隙磁场，与单电励磁电机相比，在获得同样大小的反电势或输出转矩的情况下，可以减小励磁电流，减小励磁绕组铜耗；与单极性气隙磁场电机相比，气隙磁场交变分量增大，恒定分量减小，高次谐波含量降低，电机铁芯损耗减小；与转子开槽类电机相比，填充永磁体后，电机转子表面光滑，风阻减小，风摩损耗和噪音降低；与单永磁体励磁电机相比，减小了永磁体用量，降低了电机制造成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中转子的结构示意图；
图3为励磁绕组通入正向励磁电流时永磁体充磁方向示意图；3(a)为第一永磁体磁通路径示意图，3(b)为第二永磁体磁通路径示意图；
图4为励磁绕组通入反向励磁电流时永磁体充磁方向示意图；4(a)为第一永磁体磁通路径示意图，4(b)为第二永磁体磁通路径示意图；。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例一
一种转子错位结构电机，如图1所示，包括定子和转子，其中定子包括第一定子铁芯1、第二定子铁芯2、电枢绕组3、励磁绕组7和机壳9。第一定子铁芯1和第二定子铁芯2采用贴片结构，且分别在每个定子铁芯上开有12个沿圆周均匀分布的半闭口槽；两个定子对称分布于励磁绕组7的两侧，且两个定子的槽沿轴线完全重合。电枢绕组3成三相对称分布绕在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2的齿上。励磁绕组7为环形，设置在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2的中间位置，固定在励磁绕组支架8上。
该转子错位结构电机的转子结构如图2所示，转子包括转子铁芯4、第一永磁体5和第 二永磁体6。转子铁芯4分为开槽部分和未开槽部分，在转子铁芯4的两端在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2所对应的长度范围分别开有4个槽，每个槽在周向上占53°机械角度，开槽部分的齿槽宽度比为3/7，槽口朝向定子铁芯，所开的槽沿转子圆周呈均匀分布；转子铁芯4两端的齿和槽为齿槽交错对应分布，且定子铁芯4的一端齿的中心线与另一端槽的中心线重合，如图4中所示。第一永磁体5和第二永磁体6分别放置在在转子铁芯4的两端所开的槽中，8块永磁体的充磁方向长度与槽深相同，宽度为槽宽度的3/5，且分别置于槽的中央位置。励磁绕组7的中心线与第一定子铁芯1、第二定子铁芯2和转子铁芯4的轴线重合。
从第二定子铁芯2侧垂直电机端部方向看向电机，当励磁绕组通入顺时针的直流电流(定义此励磁电流方向为正向)，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁芯，经过转子齿改为径向，再依次穿过第一主气隙10、第一定子铁芯1的齿和轭以及机壳，然后再依次穿过第二定子铁芯2的轭和机壳、第二定子铁芯2的齿、第二主气隙11、转子齿，磁通转为轴向后回到转子铁芯；此时，第一永磁体5的充磁方向为沿电机径向指向电机轴心，其磁通路径为，永磁磁通从1号永磁体出来以后依次经过转子铁芯、转子齿、第一主气隙10、定子齿、定子轭、定子齿、第一主气隙10后回到1号永磁体，磁通路径如图4(a)所示；此时，第二永磁体6的充磁方向为沿电机径向指向电机气隙，其磁通路径为，永磁磁通从2号永磁体出来以后依次经过第二主气隙11、定子齿、定子轭、定子齿、第二主气隙11、转子铁芯后回到2号永磁体，磁通路径如图4(b)所示。
两种磁源在气隙中建立合成气隙磁场，该气隙磁场为双极性磁场。随着电机转子的旋转，电枢绕组切割合成气隙磁场，产生反电势和电磁转矩。电机中存在径向磁路和轴向磁路，主气隙和附加气隙。
实施例二
一种转子错位结构电机，如图1所示，包括定子和转子，其中定子包括第一定子铁芯1、第二定子铁芯2、电枢绕组3、励磁绕组7和机壳9。第一定子铁芯1和第二定子铁芯2采用贴片结构，且分别在每个定子铁芯上开有12个沿圆周均匀分布的半闭口槽；两个定子对称分布于励磁绕组7的两侧，且两个定子的槽沿轴线完全重合。电枢绕组3成三相对称分布绕在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2的齿上。励磁绕组7为环形，设置在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2的中间位置，固定在励磁绕组支架8上。
该转子错位结构电机的转子结构如图2所示，转子包括转子铁芯4、第一永磁体5和第二永磁体6。转子铁芯4分为开槽部分和未开槽部分，在转子铁芯4的两端在第一定子铁芯1和第二定子铁芯2所对应的长度范围分别开有4个槽，每个槽在周向上占53°机械角度,开槽部分的齿槽宽度比为3/7，槽口朝向定子铁芯，所开的槽沿转子圆周呈均匀分布；转子铁芯4两端的齿和槽为齿槽交错对应分布，且定子铁芯4的一端齿的中心线与另一端槽的中心线重合，如图4中所示。第一永磁体5和第二永磁体6分别放置在在转子铁芯4的两端所开的槽中，8块永磁体的充磁方向长度与槽深相同，宽度为槽宽度的3/5，且分别置于槽的中央位置。励磁绕组7的中心线与第一定子铁芯1、第二定子铁芯2和转子铁芯4的轴线重合。
从第二定子铁芯2侧垂直电机端部方向看向电机，当励磁绕组通入逆时针的直流电流(定义此励磁电流方向为反向)，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁芯，经过转子齿改为径向，再依次穿过第二主气隙11、第二定子铁芯2的齿和轭以及机壳，然后再依次穿过第一定子铁芯1的轭和机壳、第一定子铁芯1的齿、第一主气隙10、转子齿，磁通转为轴向后回到转子铁芯；此时，第一永磁体5的充磁方向为沿电机径向指向电机气隙，其磁通路径为，永磁磁通从1号永磁体出来以后依次经过第一主气隙10、定子齿、定子轭、定子齿、第一主气隙10、转子铁芯后回到1号永磁体，此时，第二永磁体6的充磁方向为沿电机径向指向电机轴心，其磁通路径为，永磁磁通从2号永磁体出来以后依次经过转子铁芯、转子齿、第二主气隙11、定子齿、定子轭、定子齿、第二主气隙11后回到2号永磁体。
两种磁源在气隙中建立合成气隙磁场，该气隙磁场为双极性磁场。随着电机转子的旋转，电枢绕组切割合成气隙磁场，产生反电势和电磁转矩。电机中存在径向磁路和轴向磁路，主气隙和附加气隙。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种转子错位结构电机，包括定子和转子，定子套设在转子外侧；其特征在于：所述定子包括第一定子铁芯(1)、第二定子铁芯(2)、电枢绕组(3)励磁绕组(7)和机壳(9)，励磁绕组(7)固定在环形励磁绕组支架(8)上；所述第一定子铁芯(1)和第二定子铁芯(2)的尺寸和槽型完全相同，在第一定子铁芯(1)的齿上和第二定子铁芯(2)的齿上各缠绕有一组电枢绕组(3)，两组电枢绕组(3)均成三相对称分布；第一定子铁芯(1)、第二定子铁芯(2)和励磁绕组(7)同轴固定在机壳(9)内侧形成筒状结构，第一定子铁芯(1)和第二定子铁芯(2)对称设置在励磁绕组(7)两侧，且第一定子铁芯(1)的齿和第二定子铁芯(2)的齿在圆周方向上无交错；
所述转子包括转子铁芯(4)、第一永磁体(5)和第二永磁体(6)；转子铁芯(4)对应第一定子铁芯(1)和第二定子铁芯(2)的位置分别开设有n个沿圆周均匀分布的槽，槽的开口朝向对应的定子铁芯，槽的长度与对应的定子铁芯的长度一致，对应第一定子铁芯(1)的槽和对应第二定子铁芯(2)的槽在圆周方向上交错对应第一定子铁芯(1)的槽内放置第一永磁体(5)，对应第二定子铁芯(2)的槽内放置第二永磁体(6)；
所述第一定子铁芯(1)、第二定子铁芯(2)和励磁绕组(7)构成的筒状结构套设在转子铁芯(4)、第一永磁体(5)和第二永磁体(6)构成的柱状结构外侧，第一定子铁芯(1)和对应位置的转子铁芯(4)间形成第一主气隙(10)，第二定子铁芯(2)和对应位置的转子铁芯(4)间形成第二主气隙(11)；
所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)的充磁方向相反、充磁方向长度和圆周方向宽度相同，第一永磁体(5)和第二永磁体(6)的材料相同。
2.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)的形状完全相同，均为瓦片形、矩形或正方形。
3.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所励磁绕组(7)产生电励磁磁通，所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)产生永磁磁通，电励磁磁通和永磁磁通在转子铁芯(4)的齿中的方向相同。
4.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)均放置在转子铁芯(4)的槽中央，或沿圆周方向偏移一定角度。
5.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所述转子铁芯(4)上的槽沿轴线方向的深度、宽度和槽型均相同。
6.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)为铝铁硼、铁氧体、钐鈷材质。
7.根据权利要求1所述的转子错位结构电机，其特征在于：所述第一永磁体(5)和第二永磁体(6)粘结在转子铁芯(4)的槽内，或通过在转子铁芯(4)外表面套设不导磁套固定。
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| Title |
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| 飞轮储能系统用感应子电机的研究;张娟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20120315;第2章第2.1-2.4节、第3章第3.3-3.4节，图2-1、2-2 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106981937A (zh) | 2017-07-25 |
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Legal Events
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