CN112039231A - 一种采用复合定子的电励磁双凸极电机 - Google Patents

一种采用复合定子的电励磁双凸极电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，包括复合定子、凸极转子以及气隙。其中，复合定子沿轴向依次由左侧电枢齿定子，中间轭部定子以及右侧电枢齿定子构成，所述两个电枢齿定子均由环形电枢齿定子轭部，若干沿圆周等距间隔排列的电枢齿齿掌以及齿跟组成，集中式电枢绕组缠绕在齿跟上。中间轭部定子仅由环形铁心磁轭构成。单体环形励磁线圈放置于由左侧电枢齿定子，右侧电枢齿定子以及中间轭部定子构成的环形空腔内。凸极内转子仅由铁心构成，坚固耐用，方便实现无刷化。本发明的复合定子结构实现了电枢绕组与励磁线圈空间隔离，提高电机稳定性，具有高功率密度。作为汽车发电机，模块化的复合定子设计利于加工制作，降低电机成本。

Description

一种采用复合定子的电励磁双凸极电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体为一种采用复合定子的电励磁双凸极电机。
背景技术
传统定子励磁型双凸极电机相比于转子励磁型双凸极电机，由于转子仅由铁心磁轭构成，无永磁体以及绕组，因此方便加工制造，鲁棒性强，可实现无刷化，尤其适合作为汽车用电动机工作在恶劣工况下。
虽然定子励磁型双凸极电机结构简单，工作原理易于实现，但由于励磁绕组以及电枢绕组同时放置于相邻定子凸齿之间，势必造成二者槽面积设计空间相互受限且相互之间产生影响，一方面降低电机稳定性，另一方面无法施加较大励磁，因此用作汽车发电机这一高性能需求产品受限。如何解决励磁绕组以及电枢绕组设计空间冲突问题一直是定子励磁型双凸极电机研究的热点和难点。为解决此问题专家学者通常会拓宽或改变定子结构，但会使得电机加工制造难度增加。对此，复合电机的设计理念不仅为电机提供高自由度设计空间，同时也降低了电机加工制造复杂度，因此用于汽车发电机具有一定发展前景。
为了保留双凸极电机转子结构简单特点，并且更好地用于汽车发电机领域。采用复合定子设计方式为励磁源提供多自由度设计空间，可有效提高电机调磁能力，进而发挥电机最优性能。因此，复合定子的设计具有重要的理论研究和实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，该电机包括采用轴向夹持式复合定子，在所述复合定子内同轴设有一个凸极转子，所述复合定子与凸极转子之间设置有气隙；
所述复合定子由轴向两侧的左侧电枢齿定子，右侧电枢齿定子以及用于连接二者构成磁路的中间轭部定子构成；
所述左侧电枢齿定子、右侧电枢齿定子由环形电枢齿定子轭部，沿电枢齿定子轭部径向内侧间隔均匀设置的若干齿掌以及在齿掌径向内缘沿轴向延伸出的齿根构成，其中，齿掌和齿根沿圆周等距间隔设置且电枢绕组缠绕在齿根上，采用集中绕组形式；
所述中间轭部定子仅由环形定子轭部铁心构成，夹在左侧电枢齿定子和右侧电枢齿定子的环形电枢齿定子轭部之间，三者外径大小一致且励磁线圈放置在三者所形成的环形空腔内；
所述凸极转子由与复合定子同轴的转子铁心磁轭以及若干沿转子铁心磁轭外缘圆周方向等距间隔凸出转子铁心的转子凸极组成，转子上不放置永磁体和任何绕组
优选的，所述左侧电枢齿定子以及右侧电枢齿定子上的齿掌和齿根的个数相等且每一个左侧电枢齿定子上的齿根沿圆周方向位于右侧电枢齿定子相邻齿根之间，同时每一个右侧电枢齿定子上的齿根沿圆周方向位于左侧电枢齿定子相邻齿根之间。
优选的，所述左侧电枢齿定子上的齿根的轴向长度l 1，右侧电枢齿定子上的齿根的轴向长度l 2，左侧电枢齿定子轭部铁心轴向长度l 3，右侧电枢齿定子轭部铁心轴向长度l 4，中间轭部定子轴向长度l 5，满足如下关系：l 1= l 2= l 3+ l 4+ l 5。
优选的，所述励磁线圈采用多匝单体环形线圈构成，磁势源的大小由施加的直流励磁电流的大小决定，可通入任意方向直流电。
优选的，所述复合定子、凸极转子均由铁磁性材料构成，采用硅钢片叠压而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，既保留双凸极电机转子结构简单特点，同时解决了励磁绕组以及电枢绕组设计空间冲突的问题，可有效提高电机调磁能力，进而发挥电机最优性能。
（2）本发明的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，采用复合定子设计方式不仅为励磁源提供多自由度设计空间，可实现电枢绕组与励磁线圈的空间分离，提高了电负荷和磁负荷的独立设计余度，同时，复合定子的装配方案以及单体环形励磁线圈的放置方式简化了电机加工装配难度，有效降低了成本。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明拆分结构示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、 “下”、 “内”、 “外”“前端”、 “后端”、 “两端”、 “一端”、 “另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、 “连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种技术方案：一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，该电机包括采用轴向夹持式复合定子1，在所述复合定子1内同轴设有一个凸极转子2，所述复合定子1与凸极转子2之间设置有气隙3；
参见图1，所述复合定子1由轴向两侧的左侧电枢齿定子11，右侧电枢齿定子12以及用于连接二者构成磁路的中间轭部定子13构成；
参见图2，所述左侧电枢齿定子11、右侧电枢齿定子12由环形电枢齿定子轭部111/121，沿电枢齿定子轭部径向内侧间隔均匀设置的若干齿掌112/122以及在齿掌112/122径向内缘沿轴向延伸出的齿根113/123构成，其中，齿掌112/122和齿根113/123沿圆周等距间隔设置且电枢线圈14缠绕在齿根113/123上，采用集中绕组形式；
所述中间轭部定子13仅由环形定子轭部铁心131构成，夹在左侧电枢齿定子11和右侧电枢齿定子12的环形电枢齿定子轭部111/121之间，三者外径大小一致且励磁线圈15放置在三者所形成的环形空腔内；
所述凸极转子2由与复合定子1同轴的转子铁心磁轭21以及若干沿转子铁心磁轭21外缘圆周方向等距间隔凸出转子铁心的转子凸极22组成，转子上不放置永磁体和任何绕组。
所述左侧电枢齿定子11以及右侧电枢齿定子12上的齿掌111/121和齿根112/122的个数相等且每一个左侧电枢齿定子11上的齿根112沿圆周方向位于右侧电枢齿定子12相邻齿根122之间，同时每一个右侧电枢齿定子12上的齿根122沿圆周方向位于左侧电枢齿定子11相邻齿根112之间。
所述左侧电枢齿定子11上的齿根112的轴向长度l 1，右侧电枢齿定子12上的齿根122的轴向长度l 2，左侧电枢齿定子轭部111铁心轴向长度l 3，右侧电枢齿定子轭部121铁心轴向长度l 4，中间轭部定子13轴向长度l 5，满足如下关系：l 1= l 2= l 3+ l 4+ l 5。
所述励磁线圈15采用多匝单体环形线圈构成，磁势源的大小由施加的直流励磁电流的大小决定，可通入任意方向直流电。
所述复合定子1、凸极转子2均由铁磁性材料构成，采用硅钢片叠压而成。
本发明的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，所述电机设计采用复合定子拓扑结构，提供多自由度设计空间。单体环形励磁线圈放置于由左侧电枢定子，右侧电枢定子以及中间轭部定子构成的环形空腔内，实现了电枢绕组与励磁线圈的物理分离，避免二者相互影响，提高电机稳定性。复合定子的设计即避免了电枢绕组以及励磁线圈设计空间冲突的问题，同时使得电机装配制造方便，降低电机加工成本。因此，本发明提出的采用复合定子的电励磁双凸极电机在理论分析、结构设计等方面与现有的电励磁双凸极电机有着本质的区别。
综上所述，本发明的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，既保留双凸极电机转子结构简单特点，同时解决了励磁绕组以及电枢绕组设计空间冲突的问题，可有效提高电机调磁能力，进而发挥电机最优性能；本发明的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，采用复合定子设计方式不仅为励磁源提供多自由度设计空间，可实现电枢绕组与励磁线圈的空间分离，提高了电负荷和磁负荷的独立设计余度，同时，复合定子的装配方案以及单体环形励磁线圈的放置方式简化了电机加工装配难度，有效降低了成本。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，其特征在于：该电机采用轴向夹持式复合定子（1），在所述复合定子（1）内同轴设有一个凸极转子（2），所述复合定子（1）与凸极转子（2）之间设置有气隙（3）；
所述复合定子（1）由轴向两侧的左侧电枢齿定子（11），右侧电枢齿定子（12）以及用于连接二者构成磁路的中间轭部定子（13）构成；
所述左侧电枢齿定子（11）、右侧电枢齿定子（12）由环形电枢齿定子轭部（111/121），沿电枢齿定子轭部（111/121）径向内侧间隔均匀设置的若干齿掌（112/122）以及在齿掌（112/122）径向内缘沿轴向延伸出的齿根（113/123）构成，其中，所述齿掌（112/122）以及齿根（113/123）沿圆周等距间隔设置且电枢绕组（14）缠绕在齿根（113/123）上，采用集中绕组形式；
所述中间轭部定子（13）仅由环形定子轭部铁心（131）构成，夹在左侧电枢齿定子（11）和右侧电枢齿定子（12）的环形电枢齿定子轭部（111/121）之间，三者外径大小一致且励磁线圈（15）放置在三者所形成的环形空腔内；
所述凸极转子（2）由与复合定子（1）同轴的转子铁心磁轭（21）以及若干沿转子铁心磁轭（21）外缘圆周方向等距间隔凸出转子铁心的转子凸极（22）组成，所述转子（2）上不放置永磁体和任何绕组。
2.根据权利要求1所述的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，其特征在于：所述左侧电枢齿定子（11）以及右侧电枢齿定子（12）上的齿掌（112/122）和齿根（113/123）的个数相等且每一个左侧电枢齿定子（11）上的齿根（113）沿圆周方向位于右侧电枢齿定子（12）相邻齿根（123）之间，同时每一个右侧电枢齿定子（12）上的齿根（123）沿圆周方向位于左侧电枢齿定子（11）相邻齿根（113）之间。
3.根据权利要求1所述的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，其特征在于：所述左侧电枢齿定子（11）上的齿根（113）的轴向长度l 1，所述右侧电枢齿定子（12）上的齿根（123）的轴向长度l 2，所述左侧电枢齿定子轭部（111）铁心轴向长度l 3，右侧电枢齿定子轭部（121）铁心轴向长度l 4，中间轭部定子（13）轴向长度l 5，满足如下关系：l 1= l 2= l 3+ l 4+ l 5。
4.根据权利要求1所述的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，其特征在于：所述励磁线圈（15）采用多匝单体环形线圈构成，磁势源的大小由施加的直流励磁电流的大小决定，可通入任意方向直流电。
5.根据权利要求1所述的一种采用复合定子的电励磁双凸极电机，其特征在于：所述复合定子（1）、凸极转子（2）均由铁磁性材料构成，采用硅钢片叠压而成。
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