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CN106655553B - 一种复合结构电机 - Google Patents

一种复合结构电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合结构电机，包括定子和转子；定子包括定子铁芯、电枢绕组、励磁绕组和机壳；定子铁芯分为左右两段，左段沿圆周方向均匀开设有径向的定子槽，右段沿圆周方向开设有一个环形槽；电枢绕组缠绕在定子齿上，励磁绕组通过环形励磁绕组支架固定在环形槽内；转子包括转子铁芯和永磁体；转子铁芯对应定子铁芯左段的位置沿圆周方向均匀开设有径向的转子槽，转子铁芯对应定子铁芯右段的位置不开槽，永磁体放置在转子槽内。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。

Description

一种复合结构电机
技术领域
本发明涉及一种复合结构电机，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，本发明提供一种复位结构电机，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：
一种复合结构电机，包括定子和转子，定子套设在转子外侧；其特征在于：所述定子包括定子铁芯、电枢绕组、励磁绕组、机壳和端盖；所述定子铁芯分为左右两段，左段沿圆周方向均匀开设有径向的定子槽，相邻定子槽之间的齿为定子齿，右段沿圆周方向开设有一个环形槽；所述电枢绕组缠绕在定子齿上，电枢绕组成三相对称分布，所述励磁绕组通过环形励磁绕组支架固定在环形槽内；
所述转子包括转子铁芯和永磁体；转子铁芯对应定子铁芯左段的位置沿圆周方向均匀开设有径向的转子槽，转子铁芯对应定子铁芯右段的位置不开槽，永磁体放置在转子槽内(若转子槽内存在空隙，则空隙为空气或填充不导磁体)；
所述定子铁芯和励磁绕组同轴固定在机壳内侧，与端盖共同形成筒状结构，该筒状结构套设在转子铁芯外侧，该筒状结构和转子铁芯之间形成气隙；在励磁绕组中通入直流电(即励磁电流)将会在气隙处激励磁场，该磁场与永磁体在气隙处产生的磁场共同合成气隙磁场。
本发明的一种复合结构电机，包括励磁绕组和永磁体两种磁源，两种磁源共同作用产生气隙磁场，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，所述定子铁芯和转子铁芯之间通过轴承实现连接。
具体的，所述励磁绕组产生电励磁磁通，所述永磁体产生永磁磁通，电励磁磁通和永磁磁通在转子齿中的方向相同；当永磁体的充磁方向确定时，励磁电流的方向不可改变。励磁绕组产生的电励磁磁通路径为：当励磁绕组通入某一方向直流励磁电流后，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁心，经过转子齿改为径向，再依次穿过气隙、定子齿、定子轭、机壳后，经过端盖变为径向回到转子铁心。永磁体产生的永磁磁通路径为：永磁磁通依次经过转子铁心、转子齿、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙后回到永磁体。当励磁电流方向改变后，永磁体充磁方向应该反向。
具体的，所有永磁体的充磁方向、充磁方向长度、圆周方向宽度和材料特性相同。
具体的，所有永磁体的形状完全相同，均为瓦片形、矩形或正方形等。
具体的，所述永磁体均放置在转子槽的中央，或沿圆周方向偏移一定角度。
具体的，所述永磁体为铝铁硼、铁氧体、钐鈷材质等。
具体的，所述永磁体粘结在转子槽内，或通过在转子铁芯外表面套设不导磁套固定。
有益效果：本发明提供的复合结构电机，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，电机铁心损耗减小；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为永磁体厚度等于转子槽深度时转子的结构示意图；
图3为励磁电流正向时的磁通路径示意图；
图4为励磁电流反向时的磁通路径示意图；
图5为永磁体厚度小于转子槽深度时转子的结构示意图。
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
一种复合结构电机，如图1所示，包括定子和转子，其中定子包括定子铁芯2、电枢绕组3、励磁绕组5和机壳1。定子铁芯2采用叠片结构，且在定子铁芯2上开有12个在周向上均匀分布的定子槽。电枢绕组3是绕在定子齿上的对称三相绕组。励磁绕组5为环形，设置在靠近定子铁芯2端部和端盖8之间的位置，通过励磁绕组支架10固定。
该复合电机的转子为8极结构，如图2所示：转子包括永磁体6和转子铁芯7，转子铁芯7在轴向长度内分为开槽部分和未开槽部分，其中转子槽和定子槽的轴向长度相同，转子槽在周向上占53°机械角度，开槽部分的齿槽宽度比为3/7，转子槽的槽口朝向定子铁芯2，并沿着转子圆周方向均匀布置。永磁体6放置在转子槽内，4块永磁体的厚度均与转子槽的深度相同，宽度为转子槽宽度的3/5，且均置于转子槽的中央位置。励磁绕组5的中心线与定子铁芯2和转子铁芯7的轴线重合。电机定子通过轴承10与转子连接。在励磁绕组5中通入直流电后在气隙4中产生气隙磁场，该磁场与永磁体在气隙4中产生的磁场共同作用产生合成气隙磁场。
下面就一种特定励磁电流方向和特定永磁体充磁方向下的磁通路径和方向进行叙述：如图3所示是励磁电流正向时磁通路径示意图，当励磁绕组5沿此方向通入直流励磁电流后，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁芯2，经过转子齿改为径向，再依次穿过气隙4、定子齿、定子轭、机壳1后，经过端盖8变为径向回到转子铁芯2，如图3中路径1所示。此时，所有永磁体6的充磁方向均沿电机径向指向电机轴心，永磁体6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相同。永磁磁通依次经过转子铁芯7、转子齿、气隙4、定子齿、定子轭、定子齿、气隙4后回到永磁体6，如图3中路径2所示。
下面就另一种特定励磁电流方向和特定永磁体充磁方向下的磁通路径和方向进行叙述：如图4所示是励磁电流反向时磁通路径示意图，当励磁绕组5沿此方向通入直流励磁电流后，产生恒定磁通，该磁通沿轴向经过转子铁芯2，经端盖8改为径向，再依次穿过机壳1、定子轭、定子齿、气隙4、转子齿，经转子铁芯2变为轴向回励磁绕组3，如图4中路径1所示。此时，所有永磁体6的充磁方向均沿电机径向指向电机气隙，永磁体6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相同。永磁磁通从永磁体6出来后，通依次经过气隙4、定子齿、定子轭、定子齿、气隙4、转子齿、转子铁芯7回到永磁体6，如图4中路径2所示。
两种磁源在气隙4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3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
一种复合结构电机，包括定子和转子，其中定子结构与实施例一中的的定子结构相同，下面就其转子结构进行描述。
该复合电机的转子为8极结构，如图5所示：转子包括永磁体6、转子铁芯7和非导磁材料11，转子铁芯7在轴向长度内分为开槽部分和未开槽部分，其中转子槽和定子槽的轴向长度相同，转子槽在周向上占53°机械角度，开槽部分的齿槽宽度比为3/7，转子槽的槽口朝向定子铁芯2，并沿着转子圆周方向均匀布置。永磁体6放置在转子槽内，4块永磁体的厚度均为转子槽深度的一半，宽度与转子槽的宽度相同，且均置于转子槽的中央位置；转子槽在入放置永磁体后，剩余的空间填充非导磁材料11。励磁绕组5的中心线与定子铁芯2和转子铁芯7的轴线重合。电机定子通过轴承10与转子连接。在励磁绕组5中通入直流电后在气隙4中产生气隙磁场，该磁场与永磁体在气隙4中产生的磁场共同作用产生合成气隙磁场。
本案的磁通路径与实施例一的磁通路径一致。
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)

1.一种复合结构电机，包括定子和转子，定子套设在转子外侧；其特征在于：所述定子包括定子铁芯(2)、电枢绕组(3)、励磁绕组(5)、机壳(1)和端盖(8)；所述定子铁芯(2)分为左右两段，左段沿圆周方向均匀开设有径向的定子槽，相邻定子槽之间的齿为定子齿，右段沿圆周方向开设有一个环形槽；所述电枢绕组(3)缠绕在定子齿上，电枢绕组(3)成三相对称分布，所述励磁绕组(5)通过环形励磁绕组支架(9)固定在环形槽内；
所述转子包括转子铁芯(7)和永磁体(6)；转子铁芯(7)对应定子铁芯(2)左段的位置沿圆周方向均匀开设有径向的转子槽，相邻转子槽之间的齿为转子齿，转子铁芯(7)对应定子铁芯(2)右段的位置不开槽，永磁体(6)放置在转子槽内；
所述定子铁芯(2)和励磁绕组(5)同轴固定在机壳(1)内侧，与端盖(8)共同形成筒状结构，该筒状结构套设在转子铁芯(7)外侧，该筒状结构和转子铁芯(7)之间形成气隙(4)；
所述励磁绕组(5)产生电励磁磁通，所述永磁体(6)产生永磁磁通，电励磁磁通和永磁磁通在转子齿中的方向相同。
2.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所述定子铁芯(2)和转子铁芯(7)之间通过轴承(10)实现连接。
3.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所有永磁体(6)的充磁方向、充磁方向长度、圆周方向宽度和材料特性相同。
4.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所有永磁体(6)的形状完全相同，均为瓦片形或矩形。
5.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所述永磁体(6)均放置在转子槽的中央，或沿圆周方向偏移一定角度。
6.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所述永磁体(6)为铝铁硼、铁氧体或钐鈷材质。
7.根据权利要求1所述的复合结构电机，其特征在于：所述永磁体(6)粘结在转子槽内，或通过在转子铁芯(7)外表面套设不导磁套固定。
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