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CN113904517A - 一种直流励磁型磁场调制电机 - Google Patents

一种直流励磁型磁场调制电机 Download PDF

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CN113904517A
CN113904517A CN202111295324.9A CN202111295324A CN113904517A CN 113904517 A CN113904517 A CN 113904517A CN 202111295324 A CN202111295324 A CN 202111295324A CN 113904517 A CN113904517 A CN 113904517A
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CN
China
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rotor
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高永新
董羽飞
肖宇
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Liaoning Technical University
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Liaoning Technical University
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Abstract

本发明提供了一种直流励磁型磁场调制电机，包括电机定子、电机转子，电机定子包括：定子铁芯、电枢绕组与励磁绕组；电机转子包括：转子铁芯和电机转轴；定子铁芯包括定子开口槽、定子齿、定子轭部；电枢绕组采用集中绕组的布置方式缠绕布置于定子齿的顶端，励磁绕组缠绕布置于所述定子齿的底端；转子铁芯包括转子凸极齿、转子轭部，所述转子铁芯在圆周方向上设置有均匀分布的所述转子凸极齿，转子凸极齿由圆环形状的转子轭部连接。本发明能够解决现有磁场调制电机依靠永磁体励磁导致的永磁体退磁风险，降低大量采用稀土永磁体导致的高昂成本，并且可以通过调节励磁电流来改变电机的励磁磁场。

Description

一种直流励磁型磁场调制电机
技术领域
本发明涉及调制电机的技术领域，尤其涉及一种直流励磁型磁场调制电机。
背景技术
近年来以纯电汽车为代表的新能源汽车快速发展，其中传统电驱动系统主要采用电机和相匹配的机械减速机组合的方式，然而这将导致驱动系统的机械结构复杂、质量较大，同时由于齿轮等结构需要相互接触啮合进行动力的传递，这将导致机械磨损加重、噪声增大、效率降低。
针对以上问题，有学者采用基于磁场调制效应的磁齿轮代替机械减速器与电机进行组合的方式进行传动，避免了传动系统中机械接触造成的磨损；随后进一步将磁齿轮与传统永磁同步电机在结构上设计为一体，从而形成了磁场调制电机。
由于磁场调制电机本身具有减速增扭的特性，省去了复杂沉重的传动系统，因此能够适用于众多直驱工况，得到了众多学者的关注。
目前，许多磁场调制电机在结构上主要由励磁单元、电枢绕组以及磁场调制装置组成。其中励磁单元一般采用永磁体进行励磁形成励磁磁场，并在电枢绕组中通入交变电流形成旋转磁场，该旋转磁场经过磁场调制装置的调制后可以形成与励磁磁场相同极对数的磁场，从而使旋转磁场与励磁磁场相耦合，从而产生转矩。当以电枢绕组作为输入端时，永磁体构成的励磁单元与磁场调制装置二者之间可以固定其中一者而另外一者即可作为机械输出端。由于磁场调制装置改变了旋转磁场极对数，因此能够实现类似于传统齿轮的变速传动。
该种磁场调制电机使用永磁体进行励磁，在电机运行过程中存在永磁体退磁的风险，并且永磁体产生的励磁磁场大小为固定不可调的；同时高性能永磁体的生产制造依赖于稀土材料，其成本较高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种直流励磁型磁场调制电机，解决现有磁场调制电机依靠永磁体励磁导致的永磁体退磁风险，降低大量采用稀土永磁体导致的高昂成本，并且可以通过调节励磁电流来改变电机的励磁磁场。
为实现上述目的，本发明提供了一种直流励磁型磁场调制电机，包括电机定子、电机转子，所述电机定子包括：定子铁芯、电枢绕组与励磁绕组；所述电机转子包括：转子铁芯和电机转轴；所述定子铁芯包括定子开口槽、定子齿、定子轭部，所述定子铁芯在圆周方向上设置有均匀分布的所述定子开口槽，相邻两个定子开口槽之间形成一个所述定子齿，且所述定子齿由圆环形状的定子轭部连接；所述电枢绕组采用集中绕组的布置方式缠绕布置于所述定子齿的顶端，所述电枢绕组的两边分别置于相邻两个所述定子开口槽内层；所述励磁绕组缠绕布置于所述定子齿的底端，励磁绕组的两边分别置于相邻两个定子开口槽的外层；所述转子铁芯包括转子凸极齿、转子轭部，所述转子铁芯在圆周方向上设置有均匀分布的所述转子凸极齿，相邻两个所述转子凸极齿之间为空气或其他高磁阻材料，所述凸极齿作为调制齿起到对磁场的调制作用，且所述转子凸极齿由圆环形状的转子轭部连接。
优选的，所述电枢绕组内通入三相交流电流，形成旋转磁场。
优选的，相邻的所述励磁绕组内通入方向相反且大小可调的直流励磁电流，形成N、S极交替排列的励磁磁场。
进一步的，所述转子凸极齿为扇形齿、矩形齿或者梯形齿。
可选的，所述电机定子在外、所述电机转子在内，二者同轴套设且之间设置有电机气隙；所述电机转轴与所述转子轭部同轴固联。
由上，本发明的直流励磁型磁场调制电机至少具有如下有益效果：
1、该磁场调制电机使用直流电流进行励磁，可以通过改变直流电流大小的手段来使得励磁磁场可调；
2、该磁场调制电机不需要使用永磁体，避免了在电机运行过程中永磁体退磁造成的电机可靠性下降；
3、该种磁场调制电机不依赖于稀土材料，降低了电机的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的直流励磁型磁场调制电机的断面结构示意图，且励磁绕组与电枢绕组共同缠绕布置于定子齿；
图2是本发明的直流励磁型磁场调制电机的断面结构示意图，且电枢绕组缠绕布置于定子齿，励磁绕组缠绕布置于定子开口槽底部位置的定子轭部；
图3是本发明的直流励磁型磁场调制电机中的一个实施例的转子凸极齿的齿形示意图。
其中：1-定子铁芯，1.1-定子轭部，1.2-定子齿，1.3-定子开口槽，1.4-定子轭部线槽，2-电枢绕组，3-励磁绕组，4-转子铁芯，4.1-转子凸极齿，4.2-转子轭部，5-电机转轴。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
参照图1至图3对本发明的直流励磁型磁场调制电机进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明的直流励磁型磁场调制电机包括：电机定子、电机转子；其中电机定子包括：定子铁芯1、电枢绕组2与励磁绕组 3，电机转子包括：转子铁芯4和电机转轴5。定子铁芯1与转子铁芯 4均采用铁磁材料。
定子铁芯1在结构上包括定子开口槽1.3、定子齿1.2、定子轭部 1.1，定子铁芯1在圆周方向上设置有12个均匀分布的定子开口槽1.3，相邻两个定子开口槽1.3之间形成一个定子齿1.2，共形成12个均匀分布的定子齿1.2，且12个定子齿1.2由圆环形状的定子轭部1.1连接。
电枢绕组2采用集中绕组的布置方式缠绕布置于12个定子齿1.2 的顶端，电枢绕组2的两边分别置于相邻两个定子开口槽1.3的内层。电枢绕组2内通入三相交流电流，形成旋转磁场。
励磁绕组3缠绕布置于12个定子齿1.2的底端，励磁绕组3的两边分别置于相邻两个定子开口槽1.3的外层。
相邻的励磁绕组3内通入方向相反且大小可调的直流励磁电流，形成N、S极交替排列的励磁磁场。电枢绕组2与励磁绕组3均采用扁线进行绕制。
转子铁芯4在结构上包括转子凸极齿4.1、转子轭部4.2，转子铁芯4在圆周方向上设置有10个均匀分布的转子凸极齿4.1，相邻两个转子凸极齿4.1之间为空气或其他高磁阻材料，转子凸极齿4.1作为调制齿起到对磁场的调制作用，且10个转子凸极齿4.1由圆环形状的转子轭部4.2连接。转子凸极齿4.1可以采用扇形齿、矩形齿或者梯形齿。
电机定子在外、电机转子在内，二者同轴套设且之间设置有电机气隙，电机转轴5与转子轭部4.2同轴固联。
旋转磁场的磁极对数Pa、励磁磁场的磁极对数Pe、转子凸极齿个数Pf满足关系式：
Pa＝|Pe±Pf|
现以图1为例，对该电机的工作原理进行说明：
电枢绕组2内通入三相交流电流i，
其A相表达式为
Figure BDA0003336351140000051
其B相表达式为
Figure BDA0003336351140000052
其C相表达式为
Figure BDA0003336351140000053
绕制在12个定子齿1.2顶端的电枢绕组2在三相电流下形成磁极对数Pa＝4的旋转磁场。相邻定子齿1.2上所绕制的励磁绕组3内通入方向相反且大小相同的直流励磁电流，形成N、S极交替排列的励磁磁场。绕制在12个定子齿1.2底端的励磁绕组3在直流励磁电流下形成磁极对数Pe＝6的励磁磁场。励磁磁场的大小可以通过改变直流励磁电流的大小进行调节。
磁极对数Pe＝6的励磁磁场与磁极对数Pa＝4的旋转磁场在10个转子凸极齿4.1的调制作用下将产生具有部分相同的磁极对数成分的调制励磁磁场与调制旋转磁场，具有相同的磁极对数的磁场相互耦合产生转矩，驱动电机旋转。
电机转子的转速受电枢绕组2内通入三相交流电流i的电流频率ω控制。
实施例2
如图2所示，在定子开口槽1.3底部位置的定子轭部1.1开设线槽，形成定子轭部线槽1.4，将励磁绕组3缠绕布置于定子开口槽1.3 底部位置的定子轭部1.1，励磁绕组3的两边分别置于定子轭部线槽 1.4内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流励磁型磁场调制电机，包括电机定子、电机转子，其特征在于，所述电机定子包括：定子铁芯、电枢绕组与励磁绕组；所述电机转子包括：转子铁芯和电机转轴；
所述定子铁芯包括定子开口槽、定子齿、定子轭部，所述定子铁芯在圆周方向上设置有均匀分布的所述定子开口槽，相邻两个定子开口槽之间形成一个所述定子齿，且所述定子齿由圆环形状的定子轭部连接；
所述电枢绕组采用集中绕组的布置方式缠绕布置于所述定子齿的顶端，所述电枢绕组的两边分别置于相邻两个所述定子开口槽内层；所述励磁绕组缠绕布置于所述定子齿的底端，励磁绕组的两边分别置于相邻两个定子开口槽的外层；
所述转子铁芯包括转子凸极齿、转子轭部，所述转子铁芯在圆周方向上设置有均匀分布的所述转子凸极齿，相邻两个所述转子凸极齿之间为空气或其他高磁阻材料，所述凸极齿作为调制齿起到对磁场的调制作用，且所述转子凸极齿由圆环形状的转子轭部连接。
2.根据权利要求1所述的直流励磁型磁场调制电机，其特征在于，所述电枢绕组内通入三相交流电流，形成旋转磁场。
3.根据权利要求1所述的直流励磁型磁场调制电机，其特征在于，相邻的所述励磁绕组内通入方向相反且大小可调的直流励磁电流，形成N、S极交替排列的励磁磁场。
4.根据权利要求1所述的直流励磁型磁场调制电机，其特征在于，所述转子凸极齿为扇形齿、矩形齿或者梯形齿。
5.根据权利要求1所述的直流励磁型磁场调制电机，其特征在于，所述电机定子在外、所述电机转子在内，二者同轴套设且之间设置有电机气隙；所述电机转轴与所述转子轭部同轴固联。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117277625A (zh) * 2022-09-20 2023-12-22 罗灿 二部件双电枢调磁电机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001013511A1 (en) * 1999-08-17 2001-02-22 Black & Decker Inc. Electrical machines
CN101291095A (zh) * 2008-06-12 2008-10-22 哈尔滨工业大学 混合式开关磁阻电机
CN106451979A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 香港理工大学 磁场调制式混合励磁电机
CN106655548A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 中国石油大学(华东) 一种定子励磁型高温超导场调制电机
CN113489271A (zh) * 2021-06-21 2021-10-08 南京航空航天大学 一种交直流复合励磁型电机发电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001013511A1 (en) * 1999-08-17 2001-02-22 Black & Decker Inc. Electrical machines
CN101291095A (zh) * 2008-06-12 2008-10-22 哈尔滨工业大学 混合式开关磁阻电机
CN106451979A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 香港理工大学 磁场调制式混合励磁电机
CN106655548A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 中国石油大学(华东) 一种定子励磁型高温超导场调制电机
CN113489271A (zh) * 2021-06-21 2021-10-08 南京航空航天大学 一种交直流复合励磁型电机发电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117277625A (zh) * 2022-09-20 2023-12-22 罗灿 二部件双电枢调磁电机

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