CN204741386U - 双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，包括电机本体和机械调磁装置，电机本体包括两个转子，两个转子之间设置有定子，转子和定子通过电机转轴相连接；其中的一个转子外侧设置有机械调磁装置。本电机利用机械传动的方式实现电机的工作磁场可调，是一类应用于电动汽车或混合动力汽车驱动领域的机械调磁永磁同步电机。

Description

双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机

技术领域

本实用新型属于电机制造技术领域，具体涉及一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机。

背景技术

电机作为电力消耗的重大环节之一，制作高效率且能源节约型电机是迫切需要解决的问题。同时，随着高性能稀土材料的不断涌现，以永磁体作为磁势源的永磁电机在各应用领域逐步取代传统交流电机。永磁同步电机结构灵活多样，且具有高功率密度、高转矩和高效率的特点，非常适合于风力发电和工业传动等应用领域。然而，永磁同步电机存在磁场强度无法调节和永磁体退磁的缺点，制约了其进一步发展。

近年来，随着风力发电、数控机床、舰艇驱动及电动汽车等产业的兴起，众多应用领域迫切需要高效率、低转速运行的电机。轴向磁场永磁同步电机的优势则日益凸显，其气隙呈平面状，气隙磁通方向为轴向，该类电机具有转子铁心利用率高、结构紧凑、安装调试简易和工作持续时间长等优点，可以满足在极数较多的情况下低速运行的工作需求。

机械变磁通永磁同步电机为一类通过机械装置实现电机内磁场强度可调的新型变磁通电机，其特征为利用机械传动部件有规律的运动，以调节电机磁场强弱，改变绕组合成感应电动势大小，从而实现机、电、磁三者耦合的新型磁场调节方式。此类电机不同于混合励磁电机，仅借助合适的机械调整装置即可方便灵活地调节磁通，完全打破了采用电励磁进行调磁的思维模式。同时，可克服混合励磁电机结构复杂、励磁损耗较大以及功率密度较低等缺点，并在一定程度上能缓解钕铁硼等稀土永磁材料紧缺等问题。在恒压发电、电动汽车和混合动力汽车驱动等领域具有广阔的应用前景，成为目前研究的重点。近年来，经过国内外专家学者的不断努力，相继提出了气隙调整式、转子调整式、离心式、漏磁式等多种拓扑结构的机械调磁永磁同步电机。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，本电机利用机械传动方式调磁，是一种结构简单、高效率、高功率密度的同步电机。

本实用新型所采用的技术方案是，一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，包括电机本体和机械调磁装置；

电机本体包括两个转子，两个转子之间设置有定子，转子包括转子盘和永磁体，定子包括环型无槽定子铁心和电枢绕组，转子和定子通过电机转轴相连接；

电枢绕组轴向均匀环绕在环形无槽定子铁心上构成定子；永磁体周向表贴于转子盘内侧构成两转子，并且相邻永磁体磁性极性相反；两转子盘起始完全对齐，两转子盘上永磁体同性相对；其中的一个转子外侧设置有机械调磁装置。

本实用新型的特点还在于：

机械装置由轮毂、滑块、滑槽、连杆和弹簧组成；轮毂上设置有滑槽，滑块通过滑槽安装于轮毂上，滑块运动于滑槽的轨道上；连杆固定于转子盘上，弹簧连接轮毂与滑块，通过弹簧的拉伸控制滑块的稳定位置。

电枢绕组采用集中绕组。

永磁体成N、S磁极相间均匀排布在转子盘内侧，永磁体轴向充磁，起始时两转子盘永磁体同极性对齐，构为一种轴向磁场永磁型同步电机。

轮毂及轮毂对侧转子盘同轴安装于电机转轴上，随转子同步旋转，轮毂邻侧的转子盘通过轴承安装于电机转轴上，绕电机转轴自由旋转；连杆与转子盘之间为刚性连接；滑块沿滑槽运动；弹簧一端固定于轮毂上，另一端与滑块连接；机械调磁装置采用结构型式与材料属性均相同的双滑块结构。

转子的极数为16，定子的极数为10。

轮毂，滑块，连杆和弹簧均由不导磁材料制成。

本实用新型的有益效果是：由于双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机完全借助于机械调磁装置调节磁通，克服了电励磁调磁所带来的电机结构复杂、附加气隙多、励磁损耗大以及功率密度较低等缺点。由于电机定子铁心采用无槽结构，从而使电机齿槽转矩大幅度减小；同时电机转子采用盘式结构，无绕组，结构简单，可靠性高；机械装置滑块结构简单、可靠，保证电机在基速以下时正常运行，在基速以上时能有效调节气隙磁通；机械调磁装置根据转速自动调节两转子盘错开角度，实现在一定转速范围内的恒压输出；综上所述，本实用新型采用机械装置调磁，在保证电机功率密度的情况下，利用机械传动的方式改变电机磁场的强弱，克服现有机械调磁电机的缺点，成功解决永磁电机气隙磁场调节困难的缺陷。

附图说明

图1是实用新型双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机的整体结构图；

图2是实用新型机械调磁装置结构示意图；

图3是实用新型单元电机磁路平面展开示意图(基速以下)；

图4是实用新型单元电机磁路平面展开示意图(基速以上)。

图中，1.转子，2.定子，3.环形无槽定子铁心，4.电枢绕组，5.转子盘，6.永磁体，7.轮毂，8.滑块，9.滑槽，10.连杆，11.弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，如图1和图2所示，包括电机本体和机械调磁装置；

电机本体包括两个转子1，两个转子1之间设置有定子2，转子1包括转子盘5和永磁体6，定子2包括环型无槽定子铁心3和电枢绕组4，转子1和定子2通过电机转轴相连接；

电枢绕组4轴向均匀环绕在环形无槽定子铁心3上构成定子2；永磁体6周向表贴于转子盘5内侧构成两转子1，并且相邻永磁体磁性极性相反；两转子盘5起始完全对齐，两转子盘5上永磁体6同性相对；其中的一个转子1外侧设置有机械调磁装置。

机械装置由轮毂7、滑块8、滑槽9、连杆10和弹簧11组成；轮毂7上设置有滑槽9，滑块8通过滑槽9安装于轮毂7上，滑块8运动于滑槽9的轨道上；连杆10固定于转子盘5上，弹簧11连接轮毂7与滑块8，通过弹簧11的拉伸控制滑块8的稳定位置。

定子2采用环形无槽定子铁心3，电枢绕组4采用集中绕组，轴向均匀缠绕在环形定子铁心上。永磁体6成N、S磁极相间均匀排布在转子盘5内侧，永磁体轴向充磁，起始时两转子盘永磁体同极性对齐，使其成为一种轴向磁场永磁型同步电机。轮毂7及轮毂对侧转子盘同轴安装于电机转轴上，随电机转子同步旋转，轮毂邻侧转子盘通过轴承安装于电机转轴上，可绕电机转轴自由旋转；连杆10与转子盘5之间为刚性连接；滑块8可沿滑槽9运动；弹簧11一端固定于轮毂7上，另一端与滑块8连接；机械调磁装置采用结构型式与材料属性均相同的双滑块结构。

利用机械调整装置使两转子盘5发生相对转动错开角度，两侧气隙磁场错开，实现主磁通削弱，可根据电机转速的变化对电机内磁场强度进行同步调节。

如图1所示，双转子轴向磁路机械变磁通永型同步电机主要由电机本体和机械调磁装置构成，其主要包括：转子1，定子2，环形无槽定子铁心3，电枢绕组4，永磁体5，转子盘6等。电机的本体结构简单，定子部分包括环形无槽定子铁心3和电枢绕组4，电枢绕组轴向缠绕在定子铁心上，电机永磁体周向均匀分布在转子盘内侧，永磁体交替轴向充磁；机械调磁装置安装其中一个转子盘的外侧，主要包括轮毂7，滑块8，滑槽9，连杆10，弹簧11部分，如图2所示；滑块8只能沿滑槽9轨道运动，通过连杆10推动转子盘6使两转子盘之间产生相对转动；连杆10与转子盘5之间为刚性连接；弹簧11一端固定于轮毂，另一端固定于滑块8上，使滑块8达到受力平衡。

环形无槽定子铁心3和转子盘5采用卷绕式硅钢片，可以径向和切向导磁，材料可选用0.5mm厚DW470冷轧无取向硅钢片。

永磁体表贴于转子盘内侧，交替轴向充磁，两转子盘永磁体同极性相对，两转子1、定子2和轮毂7均同轴安装。

转子极数为16，定子极数为10。

机械调磁装置采用结构型式与材料属性均相同的双滑块结构；轮毂7，滑块8，连杆10，弹簧11为避免漏磁，均由不导磁材料制成，可采用不锈钢材料。

此外，从提高电机气隙磁密和永磁体的热稳定性考虑，选择具有较高内禀矫顽力和剩磁密度的钕铁硼永磁材料作为电机永磁体的材料。

电机具体工作原理如下：

当电机运行在基速以下时，如图3所示，机械装置的滑块8发生小位移，连杆处于滑块8的平整区，滑块8尚未推动连杆10，轮毂7于邻侧转子盘5未发生相对位移，两转子盘5处于对齐位置。此时，电机可看为一台双转子1轴向磁场永磁同步电机，气隙磁场主要由转子1上永磁体提供磁动势，电机主磁路由两个相同的简单磁路构成，单个磁路由永磁体N极出发，经过气隙、定子铁心3、气隙、相邻永磁体S极、转子盘5，再回到永磁体N极。这部分磁通参与电机的能量转换，为电机的主磁通。

当电机运行在基速以上时，如图4所示，电机转速较大，滑块8所受离心力增大，滑块8沿滑槽9运动位移增大，滑块8推动连杆10沿预设轨道(滑槽9)运动，连杆10带动转子盘5相对于轮毂7发生相对转动，轮毂7与另外一个转子1完全同步转动，两转子盘5发生相对转动错开一个角度。此时，定子2两侧气隙磁场错开角度，电枢绕组4两有效边产生的感应电动势产生相位差，电枢绕组4中合成感应电动势减小，此时机械调磁装置对电机起弱磁作用。滑块8位移随着电机转速增加而上升，两转子盘5之间的错开角度也随之增大，两有效边感应电动势的相位差也增大，合成感应电动势减小的幅度增大，可以在一定转速范围内实现电机恒压输出。

该电机采用单定子/双转子的轴向结构，定子与转子同轴安装。定子是环形无槽定子铁心；电枢绕组轴向缠绕在环形无槽定子铁心上；转子由两个相同结构的转子盘构成，永磁体均匀分布在转子盘内侧，永磁体交替轴向充磁，两转子盘永磁体同性相对；其中一个转子盘外侧安装机械调磁装置，轮毂与电机转子同轴安装；连杆与转子盘之间为刚性连接；弹簧两端连接于轮毂和滑块上，是滑块在电机运行时受力达到动态平衡；由于滑块曲线轮廓设计的特殊性，使得电机转子在基速以下运行时，即使滑块发生了位移，也不会推动连杆使两转子盘错开。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。

Claims (7)

1.一种双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，包括电机本体和机械调磁装置；

所述电机本体包括两个转子(1)，所述两个转子(1)之间设置有定子(2)，所述转子(1)包括转子盘(5)和永磁体(6)，所述定子(2)包括环型无槽定子铁心(3)和电枢绕组(4)，所述转子(1)和定子(2)通过电机转轴相连接；

所述电枢绕组(4)轴向均匀环绕在环形无槽定子铁心(3)上构成定子(2)；所述永磁体(6)周向表贴于转子盘(5)内侧构成两转子(1)，并且相邻永磁体磁性极性相反；所述两转子盘(5)起始完全对齐，两转子盘(5)上永磁体(6)同性相对；其中的一个转子(1)外侧设置有机械调磁装置。

2.根据权利要求1所述双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述机械调磁装置由轮毂(7)、滑块(8)、滑槽(9)、连杆(10)和弹簧(11)组成；所述轮毂(7)上设置有滑槽(9)，所述滑块(8)通过滑槽(9)安装于轮毂(7)上，滑块(8)运动于滑槽(9)的轨道上；所述连杆(10)固定于转子盘(5)上，所述弹簧(11)连接轮毂(7)与滑块(8)，通过弹簧(11)的拉伸控制滑块(8)的稳定位置。

3.根据权利要求1或2所述双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述电枢绕组(4)采用集中绕组。

4.根据权利要求1或2所述双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述永磁体(6)成N、S磁极相间均匀排布在转子盘(5)内侧，永磁体轴向充磁，起始时两转子盘永磁体同极性对齐，构为一种轴向磁场永磁型同步电机。

5.根据权利要求2所述双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述轮毂(7)及轮毂对侧转子盘(5)同轴安装于电机转轴上，随转子同步旋转，轮毂(7)邻侧的转子盘通过轴承安装于电机转轴上，绕电机转轴自由旋转；连杆(10)与转子盘(5)之间为刚性连接；滑块(8)沿滑槽(9)运动；弹簧(11)一端固定于轮毂(7)上，另一端与滑块(8)连接；机械调磁装置采用结构型式与材料属性均相同的双滑块结构。

6.根据权利要求1或2所述的双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述转子(1)的极数为16，定子(2)的极数为10。

7.根据权利要求2所述的双转子轴向磁路机械变磁通永磁型同步电机，其特征在于，所述轮毂(7)，滑块(8)，连杆(10)和弹簧(11)均由不导磁材料制成。