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CN113078792A - 一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机 - Google Patents

一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，轴向磁场交替极无刷混合励磁电机包括轴向转子，其特征在于，所述轴向转子的一侧紧固设有阵列分布的永磁体N极，轴向转子的一侧紧固设有阵列分布的永磁体S极，轴向转子的一侧固定设有阵列分布的铁心极，轴向转子的一侧设有轴向定子，轴向转子与轴向定子同轴心，轴向转子与轴向定子之间设有气隙，轴向定子的一侧紧固设有电枢绕组，电枢绕组靠近气隙，电枢绕组与轴向定子之间紧固设有用于实现无刷化励磁的交流励磁绕组，电枢绕组和交流励磁绕组均绕制在轴向定子上，电枢绕组与交流励磁绕组同轴心。本发明电机，采用交流励磁绕组，省去电刷和滑环，实现无刷化励磁，降低电机的成本，提高可靠性。

Description

一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机
技术领域
本发明涉及一种电机，具体是一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机。
背景技术
由于能源紧缺，环境污染严重等问题，可持续发展的生活生产方式已成为紧迫需求。为减少燃油汽车尾气排放等，各国都加紧推进电动汽车发展。与传统燃油汽车相比，电动汽车具有高效率、低污染、低噪音等优势。驱动电机是电动汽车的核心部件，其需要具备高效率、高功率密度、可靠性高等特点。永磁同步电机以其高功率密度、高效率等优势逐渐占领电动汽车驱动电机市场。
永磁同步电机按照磁通方向分为径向与轴向，相较于径向磁通电机，轴向磁通电机磁通方向沿转轴形成闭合回路，具有轴向尺寸短、质量轻、体积小、效率高、散热性能好、功率密度高等优势，在电动汽车驱动电机系统中具有很好的应用前景，但是其弱磁性能较差，永磁材料的固有特性使电机气隙磁场调节困难，影响电动汽车广域高效运行，因此混合励磁电机应运而生，混合励磁电机通常是在转子上增加直流励磁绕组实现磁场调节，但增加了电刷和滑环，使得成本变高，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，采用交流励磁绕组，省去电刷和滑环，实现无刷化励磁，降低了电机的成本，提高了可靠性，交流励磁绕组对主磁场进行增磁和弱磁，调节灵活，有较好的磁场调节能力，作为交流电枢使用时，是电枢绕组的热备份，当电枢绕组发生故障时，提供输出转矩，具有容错性，采用永磁体N极和永磁体S极交替结构，铁心极代替部分永磁体，节约成本，同时铁心极提供了励磁通路，永磁磁通与励磁磁通并联连接，降低了永磁体退磁风险，方便调磁，电枢绕组采用分数槽集中绕组，具有端部短、铜耗小、结构紧凑的优点，适合集成度、功率、密度较高的场合。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，轴向磁场交替极无刷混合励磁电机包括轴向转子，其特征在于，所述轴向转子的一侧紧固设有阵列分布的永磁体N极，轴向转子的一侧紧固设有阵列分布的永磁体S极，轴向转子的一侧固定设有阵列分布的铁心极，轴向转子的一侧设有轴向定子。
所述轴向转子与轴向定子同轴心，轴向转子与轴向定子之间设有气隙。
所述轴向定子的一侧紧固设有电枢绕组，电枢绕组靠近气隙，电枢绕组与轴向定子之间紧固设有用于实现无刷化励磁的交流励磁绕组，电枢绕组和交流励磁绕组均绕制在轴向定子上，电枢绕组与交流励磁绕组同轴心。
进一步地，所述轴向转子采用永磁体N极和永磁体S极交替结构，永磁体 N极、永磁体S极与铁心极沿周向均匀交替设置。
进一步地，所述铁心极的两侧为同极性永磁极，永磁极为永磁体N极和永磁体S极，相邻的铁心极的极性相反，铁心极提供了励磁通路，永磁磁通与励磁磁通并联连接。
进一步地，所述电枢绕组采用分数槽集中绕组，交流励磁绕组采用分数槽短距分布绕组，交流励磁绕组是电枢绕组的热备份，能提供输出转矩。
进一步地，所述电枢绕组极对数与轴向转子极对数相等。
进一步地，所述交流励磁绕组极对数与铁心极极对数相等。
进一步地，所述轴向转子极对数与永磁极极对数和铁心极极对数之和相等。
本发明的有益效果：
1、本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，采用交流励磁绕组，省去电刷和滑环，实现无刷化励磁，降低了电机的成本，提高了可靠性；
2、本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，交流励磁绕组对主磁场进行增磁和弱磁，调节灵活，有较好的磁场调节能力，作为交流电枢使用时，是电枢绕组的热备份，当电枢绕组发生故障时，提供输出转矩，具有容错性；
3、本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，采用永磁体N极和永磁体S 极交替结构，铁心极代替部分永磁体，节约成本，同时铁心极提供了励磁通路，永磁磁通与励磁磁通并联连接，降低了永磁体退磁风险，方便调磁；
4、本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，电枢绕组采用分数槽集中绕组，具有端部短、铜耗小、结构紧凑的优点，适合集成度、功率、密度较高的场合。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机结构示意图；
图2是本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机剖面结构示意图；
图3是本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机纯永磁磁场分布示意图；
图4是本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机增磁磁场分布示意图；
图5是本发明轴向磁场交替极无刷混合励磁电机弱磁磁场分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，轴向磁场交替极无刷混合励磁电机包括轴向转子1，如图1、图2所示，轴向转子1的一侧紧固设有阵列分布的永磁体N极2，轴向转子1的一侧紧固设有阵列分布的永磁体S极3，轴向转子 1的一侧固定设有阵列分布的铁心极4，轴向转子1的一侧设有轴向定子7。
轴向转子1与轴向定子7同轴心，轴向转子1与轴向定子7之间设有气隙。
轴向定子7的一侧紧固设有电枢绕组5，电枢绕组5靠近气隙，电枢绕组5 与轴向定子7之间紧固设有用于实现无刷化励磁的交流励磁绕组6，电枢绕组5 和交流励磁绕组6均绕制在轴向定子7上，电枢绕组5与交流励磁绕组6同轴心。
轴向转子1采用永磁体N极2和永磁体S极3交替结构，永磁体N极2、永磁体S极3与铁心极4沿周向均匀交替设置；铁心极4的两侧为同极性永磁极，相邻的铁心极4的极性相反，轴向转子1采用永磁体N极2和永磁体S极 3交替结构，通过铁心极4代替部分永磁体，减少永磁体用量，节约成本，同时铁心极4提供了励磁通路，永磁磁通与励磁磁通并联连接，降低了永磁体退磁风险，方便调磁。
电枢绕组5采用分数槽集中绕组，具有端部短、铜耗小、结构紧凑的优点。
交流励磁绕组6采用分数槽短距分布绕组，交流励磁绕组6省去电机内的电刷和滑环，实现无刷化励磁，降低了电机成本，提高可靠性，交流励磁绕组作为调磁使用时，对主磁场进行灵活的增磁和弱磁，具有较好的磁场调节能力，作为交流电枢使用时，交流励磁绕组6是电枢绕组5的热备份，当电枢绕组5 发生故障时，能提供输出转矩。
电枢绕组5极对数与轴向转子1极对数相等，交流励磁绕组6极对数与铁心极4极对数相等，轴向转子1极对数与永磁极极对数和铁心极4极对数之和相等，永磁极为永磁体N极2和永磁体S极3。
下面列举实施例对本发明一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机作进一步解释：
实施例1：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，轴向磁场交替极无刷混合励磁电机采用三相，电枢绕组5采用12极18槽，交流励磁绕组6采用4极18槽，同样适用于其他槽极配合。需要满足电枢绕组5极对数与轴向转子1极对数相等，交流励磁绕组6极对数与铁心极4极对数相等，轴向转子1极对数与永磁极极对数和铁心极4极对数之和相等。
轴向转子1采用永磁体N极2和永磁体S极3交替结构，使相邻的铁心极 4的极性相反，保证励磁磁通形成通路，有效的增磁和弱磁，永磁极下磁通基本保持不变，贡献主要的励磁磁场，铁心极4磁链是由交流励磁绕组6产生，可以调节，控制励磁电流的大小和方向，就能改变铁心极4的下磁链的大小，实现磁场调节。当交流励磁绕组6产生的磁通方向与永磁体产生的磁通方向相同时，气隙磁链增加；当交流励磁绕组6产生的磁通方向与永磁体产生的磁通方向相反时，气隙磁链减小。
实施例2：
采用交流励磁绕组6能够调节气隙磁场，当电枢绕组5发生故障时，交流励磁绕组6作为电枢绕组5的热备份，贡献输出转矩，具有容错性。当电机在基速以下运行时，通过励磁电流进行增磁，提高电机的输出转矩；在基数以上运行时，通过励磁电流进行弱磁，扩大电机的运行速度范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，轴向磁场交替极无刷混合励磁电机包括轴向转子(1)，其特征在于，所述轴向转子(1)的一侧紧固设有阵列分布的永磁体N极(2)，轴向转子(1)的一侧紧固设有阵列分布的永磁体S极(3)，轴向转子(1)的一侧固定设有阵列分布的铁心极(4)，轴向转子(1)的一侧设有轴向定子(7)；
所述轴向转子(1)与轴向定子(7)同轴心，轴向转子(1)与轴向定子(7)之间设有气隙；
所述轴向定子(7)的一侧紧固设有电枢绕组(5)，电枢绕组(5)靠近气隙，电枢绕组(5)与轴向定子(7)之间紧固设有用于实现无刷化励磁的交流励磁绕组(6)，电枢绕组(5)和交流励磁绕组(6)均绕制在轴向定子(7)上，电枢绕组(5)与交流励磁绕组(6)同轴心。
2.根据权利要求1所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述轴向转子(1)采用永磁体N极(2)和永磁体S极(3)交替结构，永磁体N极(2)、永磁体S极(3)与铁心极(4)沿周向均匀交替设置。
3.根据权利要求2所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述铁心极(4)的两侧为同极性永磁极，永磁极为永磁体N极(2)和永磁体S极(3)，相邻的铁心极(4)的极性相反，铁心极(4)提供了励磁通路，永磁磁通与励磁磁通并联连接。
4.根据权利要求1所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(5)采用分数槽集中绕组，交流励磁绕组(6)采用分数槽短距分布绕组，作为交流电枢使用时，交流励磁绕组(6)是电枢绕组(5)的热备份，能提供输出转矩。
5.根据权利要求1所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(5)极对数与轴向转子(1)极对数相等。
6.根据权利要求1所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述交流励磁绕组(6)极对数与铁心极(4)极对数相等。
7.根据权利要求2所述的一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，其特征在于，所述轴向转子(1)极对数与永磁极极对数和铁心极(4)极对数之和相等。
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