CN106451834B - 一种k形定子铁心混合励磁型磁通切换电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，属于电机制造技术领域，电机的定子部分安装有永磁体、电枢绕组、单相励磁绕组，定子铁心为K形，相邻定子铁心之间镶嵌有永磁体，电枢绕组为三相集中绕组跨绕在永磁体两侧的相邻K形定子铁心的定子齿内侧，单相励磁绕组跨绕在每个K形定子铁心的两个定子齿外侧，转子部分不安装任何的永磁体与绕组。本发明结构紧凑、简单、坚固，在保留了磁通切换电机空载磁链为双极性特点的同时，实现了混合励磁功能，具有较强的转矩输出能力和较高的功率密度，通过对励磁电流进行调节，拓宽了气隙磁场调节范围，调磁性能良好。

Description

一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机。
背景技术
随着钕铁硼等新型稀土永磁材料性价比的不断提高，使得具有较小体积、较高效率和较好的动态相应特性等优点的永磁无刷直流电机和永磁同步电机等稀土永磁电机在越来越多的工业驱动和伺服控制领域得到广泛应用。但是由于受到永磁材料的固有特性的影响，永磁体所产生的磁场难以调节，永磁电机内部的气隙磁场基本保持恒定，这就使得永磁电机内部气隙磁场的难以调节，导致其调速范围受到限制，使得在诸如航空航天、电动汽车等需宽调速直接驱动场合，永磁电机的应用受到了一定的限制。如何实现气隙磁场的有效调节与控制一直是永磁电机研究的热点和难点。
混合励磁型磁通切换电机继承了永磁磁通切换电机的诸多优点，如转子上既无永磁体，也无绕组，机械强度高；永磁体切向安置于定子侧，易于散热和冷却，适合高速运行；聚磁效应和定子磁链双极性，有助于提升功率密度等。与此同时，通过引入辅助的电励磁绕组，不仅减少了对稀土永磁体的用量,还能够有效拓宽永磁电机的气隙磁场调节范围。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提出一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，该电机有效的利用空间安排电励磁绕组，通过对励磁电流进行调节，拓宽了气隙磁场调节范围，调磁性能好，结构紧凑、简单、坚固，具有高度对称、正弦的双极性磁链波形，较强的转矩输出能力和较高的功率密度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，包括定子、单相励磁绕组、电枢绕组和转子；
所述定子由六个永磁体与六个K形定子铁心交替拼装而成，相邻两个永磁体的充磁方向相反；每个K形定子铁心的两个定子齿外侧跨绕有单相励磁绕组，所述单相励磁绕组由单相励磁线圈依次串联连接组成，所述永磁体与相邻K形定子铁心所围成的槽内的两个单相励磁线圈的通电极性一致；K形定子铁心的定子齿内侧设有电枢绕组，位于相邻两个K形定子铁心的定子齿上的电枢绕组相跨接；所述电枢绕组分为A、B、C三相电枢绕组，每相电枢绕组由径向相对的电枢线圈顺序串联组成；所述单相励磁绕组和电枢绕组均集中绕组；
所述转子位于定子内部，转子上不设置永磁体和绕组。
上述方案中，所述定子和转子均为凸极结构。
上述方案中，所述K形定子铁心的材料为导磁。
上述方案中，所述永磁体为钕铁硼永磁磁钢。
上述方案中，所述单相励磁线圈、电枢线圈均采用集中式线圈。
上述方案中，所述转子为直槽转子。
与现有技术相比，本发明提供的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机具有如下优点：
1、本发明保留了原有永磁磁通切换电机的高度正弦的双极性磁链、较高的功率密度和较强的转矩输出能力等优点，通过采用K形定子铁心，在不增加电机额外体积的前提下，减小了永磁体的使用，实现混合励磁功能，整个电机结构简单、紧凑、坚固，易于加工，调磁性能较好。
2、本发明的电枢绕组和单相励磁绕组都采用集中绕组，从而有效降低了端部长度，减小了端部效应；另外，转子为直槽转子，转子上既无永磁体也无绕组，结构简单、坚固，易于冷却，适用于高速运行。
附图说明
图1为本发明K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机的结构示意图；
图2为本发明K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机工作过程中的磁通路径示意图，图2(a)为转子在θ1时的磁通路径示意图，图2(b)为转子在θ2时的磁通路径示意图；
图3为永磁体单独工作的磁力线分布图；
图4为电励磁单独工作的磁力线分布图；
图5为混合励磁磁力线示意图。
图中：1-定子，2-永磁体，3-单相励磁绕组，4-电枢绕组，5-转子，301-306-单相励磁线圈，411、412、421、422、431、432-电枢线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机,包括定子1、单相励磁绕组3、电枢绕组4和转子5；定子1和转子5均为凸极结构；
定子1由六个永磁体2与六个K形定子铁心交替拼装而成，相邻两个永磁体2的充磁方向相反，永磁体2为沿圆周切向交替充磁的钕铁硼永磁磁钢，K形定子铁心的材料为导磁；每个K形定子铁心的两个定子齿外侧跨绕有单相励磁绕组3，单相励磁绕组3由由单相励磁线圈301、单相励磁线圈302、单相励磁线圈303、单相励磁线圈304、单相励磁线圈305、单相励磁线圈306依次串联连接组成，单相励磁线圈均采用集中式线圈，永磁体2与相邻K形定子铁心所围成的槽内的两个单相励磁线圈的通电极性一致；K形定子铁心的定子齿内侧设有电枢绕组4，位于相邻两个K形定子铁心的定子齿上的电枢绕组4相跨接；电枢绕组4分为A、B、C三相电枢绕组，A相电枢绕组由径向相对的电枢线圈411与电枢线圈412顺序串联组成，B相电枢绕组由径向相对的电枢线圈421与电枢线圈422顺序串联组成，C相电枢绕组由径向相对的电枢线圈431与电枢线圈432顺序串联组成，电枢线圈均采用集中式线圈；单相励磁绕组3和电枢绕组4均集中绕组；转子5位于定子1内部，转子5为直槽转子，其上不设置永磁体和绕组。
一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机的工作过程为：
如图2所示，电机转子5处于图2(a)所在的位置时(θ1＝12.86°)，分别有两个转子齿与定子齿相对，根据永磁体2的磁化方向，永磁体2与单相励磁绕组3所产生的混合磁通将沿着图示箭头的路径穿出定子齿经过气隙进入与之相对齐的转子齿，且数值最大；定子1上的电枢绕组4感应出一定的空载反电动势。
当转子5运动到图2(b)所在的位置时(θ2＝38.57°)，总磁通量保持不变，但磁通路径恰好相反，沿着图示箭头的路径穿出转子齿经过气隙进入与之相对齐的定子齿；此时电枢绕组4感应的空载反电动势与图2(a)中的空载反电动势相比，数值相同但极性相反。
当转子在图2(a)、(b)所在的位置之间连续运动时，电枢绕组4里匝链的磁通将会不断的在正负最大值之间呈周期变化，电机的磁链、反电动势和电感具有高度正弦性。
如图3为永磁体单独工作的磁力线分布图，图4为电励磁单独工作的磁力线分布图。当永磁体2所产生的磁势方向与单相励磁绕组4所产生的电励磁磁势方向相同时，则各电枢线圈中匝链的磁通会增加，从而对感应电动势产生影响，感应电动势得到提高；与此相反，如果永磁体2所产生的磁势方向与单相励磁绕组4所产生的电励磁磁势方向相反时，各电枢线圈中匝链的磁通将会减少，使得感应电动势降低。图5给出了混合励磁磁力线示意图。
以上对本发明所提供的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机进行了详细介绍，本发明应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，所要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，包括定子(1)、单相励磁绕组(3)、电枢绕组(4)和转子(5)；
所述定子(1)由六个永磁体(2)与六个K形定子铁心交替拼装而成，相邻两个永磁体(2)的充磁方向相反；每个K形定子铁心的两个定子齿外侧跨绕有单相励磁绕组(3)，所述单相励磁绕组(3)由单相励磁线圈依次串联连接组成，所述永磁体(2)与相邻K形定子铁心所围成的槽内的两个单相励磁线圈的通电极性一致；K形定子铁心的定子齿内侧设有电枢绕组(4)，位于相邻两个K形定子铁心的定子齿上的电枢绕组(4)相跨接；所述电枢绕组(4)分为A、B、C三相电枢绕组，每相电枢绕组由径向相对的电枢线圈顺序串联组成；所述单相励磁绕组(3)和电枢绕组(4)均集中绕组；
所述转子(5)位于定子(1)内部，转子(5)上不设置永磁体和绕组。
2.根据权利要求1所述的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，所述定子(1)和转子(5)均为凸极结构。
3.根据权利要求1所述的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，所述K形定子铁心的材料为导磁。
4.根据权利要求1所述的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，所述永磁体(2)为钕铁硼永磁磁钢。
5.根据权利要求1所述的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，所述单相励磁线圈、电枢线圈均采用集中式线圈。
6.根据权利要求1所述的一种K形定子铁心混合励磁型磁通切换电机，其特征在于，所述转子(5)为直槽转子。
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