專利名稱：一種復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)制造及其應(yīng)用的領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，適合于任意相數(shù)、任意定轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)配合、任意勵磁方式的磁通切換電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的不斷加劇，采用永磁勵磁取代電勵磁以節(jié)省能源消耗已成為全世界的共識。同時，由于我國是世界上稀土資源最豐富的國家，開放研究和推廣應(yīng)用新型結(jié)構(gòu)的稀土永磁電機(jī)，可以顯著提高電機(jī)的效率和功率密度，具有重要的理論意義和使用價值。尤其是近年來出現(xiàn)的定子永磁型電機(jī)，由于永磁體和電樞繞組均位于定子上，使得該類型電機(jī)的轉(zhuǎn)子上既無繞組也無電刷，導(dǎo)致電機(jī)結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固、緊湊，魯棒性高，十分適合于高速運(yùn)行。磁通切換永磁電機(jī)作為定子永磁型電機(jī)的主要代表，具有感應(yīng)電勢正弦度高、效率高、功率密度高、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠、轉(zhuǎn)矩出力大的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于低速大扭轉(zhuǎn)、高速寬調(diào)速運(yùn) 行的應(yīng)用場合。因此，磁通切換永磁電機(jī)具備十分廣泛的應(yīng)用潛力，在工業(yè)調(diào)速系統(tǒng)、家用電器、電氣傳動等方面已展現(xiàn)出較強(qiáng)的競爭力，特別是在電動汽車領(lǐng)域，它所具備的高功率密度、容錯性能強(qiáng)等優(yōu)勢，更成為目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。然而，目前所提出的磁通切換永磁電機(jī)主要都是一個定子、一個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用最多是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)在某些場合并不能產(chǎn)生足夠的功率密度和調(diào)控靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種具備更高功率密度和調(diào)控靈活性的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)。技術(shù)方案本發(fā)明的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、環(huán)繞內(nèi)轉(zhuǎn)子的定子、環(huán)繞定子的外轉(zhuǎn)子，兩個轉(zhuǎn)子與定子之間均設(shè)置有氣隙；內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子朝向定子的一側(cè)均設(shè)置有無繞組的凸極，定子的內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置有凸極，定子內(nèi)外兩側(cè)的凸極上分別套有內(nèi)側(cè)繞組和外側(cè)繞組，定子的軛部嵌有隔磁環(huán)，定子內(nèi)外兩側(cè)的凸極齒中均設(shè)置有勵磁裝置，勵磁裝置的充磁方向?yàn)檠囟ㄗ訄A周切向，且在定子的同一側(cè)，兩相鄰?fù)箻O齒中勵磁裝置的充磁方向相反。本發(fā)明中，勵磁裝置為永磁體、電勵磁裝置或混合勵磁裝置。本發(fā)明中，內(nèi)側(cè)繞組和外側(cè)繞組均為多相集中式電樞繞組。本發(fā)明中，定子外側(cè)的凸極齒數(shù)為/^，外側(cè)繞組由對稱分布的/:個套在定子外側(cè)凸極齒上的線圈構(gòu)成，外側(cè)繞組為》相集中繞組，滿足/^=2^/ ，其中總為正整數(shù)，外側(cè)繞組的每相線圈數(shù)為/^加，外轉(zhuǎn)子的凸極齒數(shù)為產(chǎn) ，滿足/^=匕±2 ;定子內(nèi)側(cè)的凸極齒數(shù)為Psi,內(nèi)側(cè)繞組由對稱分布的/^.個套在定子內(nèi)側(cè)凸極齒上的線圈構(gòu)成，內(nèi)側(cè)繞組為/7相集中繞組，滿足/^.=2左/7，其中冬為正整數(shù)，內(nèi)側(cè)繞組的每相線圈數(shù)為/^.//7，內(nèi)轉(zhuǎn)子的凸極齒數(shù)為 Prj，滿昆 prj=psj±2。
本發(fā)明的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子的內(nèi)側(cè)組成內(nèi)電機(jī)，由外轉(zhuǎn)子和定子的外側(cè)組成外電機(jī)，內(nèi)外兩個電機(jī)完全獨(dú)立，無電磁耦合，有兩條功率流動通道。內(nèi)電機(jī)與外電機(jī)的磁路可以通過隔磁環(huán)隔離。因此，可以將該新型復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)看作為兩臺互不影響、獨(dú)立運(yùn)行的電機(jī)，僅僅依靠定子部分實(shí)現(xiàn)機(jī)械上的集成，但無磁路與電路的耦合。內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)均可采用其他的定子永磁型電機(jī)結(jié)構(gòu)，如內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)之一或者兩者都可以采用磁通反向電機(jī)、雙凸極永磁電機(jī)等。需要指出的是本發(fā)明提出的新型復(fù)合式磁通切換電機(jī)的內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)定轉(zhuǎn)子齒槽配合、相數(shù)、勵磁方式等均可以依據(jù)系統(tǒng)性能要求靈活調(diào)整。
有益效果本發(fā)明提出了一種新型的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，通過將兩臺磁通切換永磁電機(jī)巧妙組合，形成了一臺具備多種工作模式的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，進(jìn)一步拓展了磁通切換永磁電機(jī)的應(yīng)用范圍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.電機(jī)的內(nèi)外兩個旋轉(zhuǎn)部分均不需繞組，從而省去了電刷和滑環(huán)，大大提高了電機(jī)的可靠性，降低了維護(hù)成本，尤其避免了常見雙轉(zhuǎn)子電機(jī)中繞線式內(nèi)轉(zhuǎn)子溫升嚴(yán)重的問題，可工作于較惡劣的環(huán)境。
2.電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子上既沒有繞組，也沒有電刷和滑環(huán)，轉(zhuǎn)動慣量小，調(diào)速響應(yīng)快，宜于高速運(yùn)行。3.電樞繞組為集中式線圈，繞制難度低，端部較短，有效的減少了銅耗，并且利于電機(jī)的效率。4.電機(jī)具有內(nèi)外兩套多相定子電樞繞組，且兩者之間的互感可以忽略(電路、磁路完全隔離)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)的完全解耦，可以獨(dú)立靈活控制，有多種工作模式。5.內(nèi)外兩個電機(jī)系統(tǒng)相互獨(dú)立，可工作在電動-電動、發(fā)電-發(fā)電、電動-發(fā)電、發(fā)電-電動等多種工作模式，在故障情況下，內(nèi)電機(jī)與外電機(jī)可以互為冗余，極大程度提高了系統(tǒng)可靠性，并可以保證電機(jī)在故障狀態(tài)下依然能高性能輸出轉(zhuǎn)矩與功率。6.極大程度提高了電機(jī)的空間利用率，使得電機(jī)系統(tǒng)效率和功率密度相比普通電機(jī)更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。7.所提出的復(fù)合式電機(jī)結(jié)構(gòu)適用于其他的定子永磁型電機(jī)，如外電機(jī)和內(nèi)電機(jī)之一或兩者都可以采用磁通反向電機(jī)、雙凸極永磁電機(jī)等，提高了系統(tǒng)靈活性。
8.結(jié)構(gòu)靈活，包含多種形式，適合于任意相數(shù)、任意定轉(zhuǎn)子極數(shù)、任意勵磁方式的組合。可以根據(jù)需要選擇內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)的相數(shù)與定子齒槽數(shù)配合，且內(nèi)外電機(jī)的參數(shù)可以獨(dú)立自由選取。可以根據(jù)需要選擇內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)的勵磁方式，可以為純永磁勵磁、純電勵磁勵磁或者混合勵磁，且內(nèi)外電機(jī)的勵磁方式可以獨(dú)立自由選取。9.內(nèi)外兩個轉(zhuǎn)子可以完成電氣無級調(diào)速的功能，以取代行星齒輪和有刷電機(jī)調(diào)速裝置，在混合動力汽車、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域中有較大的應(yīng)用前景。


圖I是一臺本發(fā)明的內(nèi)電機(jī)三相定子12槽/轉(zhuǎn)子10極、外電機(jī)三相定子12槽/轉(zhuǎn)子10極的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)的橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中有內(nèi)轉(zhuǎn)子I，定子2，外轉(zhuǎn)子3，內(nèi)側(cè)繞組21，外側(cè)繞組22，隔磁環(huán)23，勵磁裝置24。
具體實(shí)施例方式以如圖I所示的一臺內(nèi)電機(jī)三相定子12槽/轉(zhuǎn)子10極、外電機(jī)三相定子12槽/轉(zhuǎn)子10極的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)為例，具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的電機(jī)包括內(nèi)轉(zhuǎn)子I、環(huán)繞內(nèi)轉(zhuǎn)子I的定子2、環(huán)繞定子2的外轉(zhuǎn)子3，兩個轉(zhuǎn)子與定子2之間均設(shè)置有氣隙；內(nèi)轉(zhuǎn)子I和外轉(zhuǎn)子3朝向定子2的一側(cè)均設(shè)置有無繞組的凸極齒，定子2的內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置有凸極齒，定子2內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)置有套在凸極齒上的內(nèi)側(cè)繞組21和外側(cè)繞組22，定子2的軛部嵌有隔磁環(huán)23，定子2內(nèi)外兩側(cè)的凸極齒中均設(shè)置有勵磁裝置24，勵磁裝置24的充磁方向?yàn)檠囟ㄗ?圓周切向，且在定子2的同一側(cè)，兩相鄰?fù)箻O齒中勵磁裝置24的充磁方向相反。本實(shí)施例中的勵磁裝置24采用永磁體，當(dāng)然也可采用電勵磁裝置或混合勵磁裝置。對于定子2的內(nèi)側(cè)而言，沿圓周分布有12塊“U”型導(dǎo)磁鐵心和位于“U”型鐵心之間的12塊永磁體，定子2的外側(cè)也有沿圓周分布的12塊“U”型導(dǎo)磁鐵心和位于“U”型之間的12塊永磁體。對于定子2的任一側(cè),永磁體均為切向交替充磁。內(nèi)轉(zhuǎn)子I的凸極齒為 10個，定子2為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子2內(nèi)側(cè)和外側(cè)的凸極齒均為12個，外轉(zhuǎn)子3的凸極齒為8個。需要指出的是，這里所說的轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極朝向均指在徑向上。定子內(nèi)側(cè)的凸極齒上套有線圈，每四組串聯(lián)組成一相集中繞組，從而構(gòu)成三相集中的內(nèi)側(cè)繞組21。定子外側(cè)的凸極齒上套有線圈，每四組串聯(lián)組成一相集中繞組，從而構(gòu)成三相集中的外側(cè)繞組22。此復(fù)合式磁通切換電機(jī)的內(nèi)外兩個電機(jī)系統(tǒng)之間無電磁耦合，可以按照兩個普通磁通切換電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制，可控參數(shù)大大多于普通磁通切換電機(jī)，十分靈活。此復(fù)合式磁通切換電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)系統(tǒng)都做電動運(yùn)行時，可以輸出兩組不同功率、不同轉(zhuǎn)速、不同轉(zhuǎn)矩的機(jī)械能量，以應(yīng)用于不同負(fù)載。此復(fù)合式磁通切換電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)系統(tǒng)都做發(fā)電運(yùn)行時，可以輸出兩組不同功率、不同頻率、不同幅值、不同電壓等級的電能。此復(fù)合式磁通切換電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)系統(tǒng)可以一個做發(fā)電運(yùn)行，另一個做電動運(yùn)行，以滿足不同的應(yīng)用場合與性能需求。本發(fā)明所提出的新型復(fù)合式磁通切換電機(jī)在一個電機(jī)的空間內(nèi)將兩個普通的磁通切換電機(jī)集成起來，提供兩條功率流動路徑。內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)均可采用其他的定子永磁型電機(jī)結(jié)構(gòu)，如內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)之一或者兩者都可以采用磁通反向電機(jī)、雙凸極永磁電機(jī)等。大大提高了系統(tǒng)的靈活性，拓展了應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，其特征在于，該電機(jī)包括內(nèi)轉(zhuǎn)子(I)、環(huán)繞所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(I)的定子(2)、環(huán)繞所述定子(2)的外轉(zhuǎn)子(3)，所述的兩個轉(zhuǎn)子與定子(2)之間均設(shè)置有氣隙； 內(nèi)轉(zhuǎn)子(I)和外轉(zhuǎn)子(3)朝向定子(2)的一側(cè)均設(shè)置有無繞組的凸極齒，定子(2)的內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置有凸極齒，定子(2)內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)置有套在凸極齒上的內(nèi)側(cè)繞組(21)和外側(cè)繞組(22)，定子(2)的軛部嵌有隔磁環(huán)(23)，定子(2)內(nèi)外兩側(cè)的凸極齒中均設(shè)置有勵磁裝置(24)，所述勵磁裝置(24)的充磁方向?yàn)檠囟ㄗ?2)圓周切向，且在定子(2)的同一側(cè)，兩相鄰?fù)箻O齒中勵磁裝置(24)的充磁方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，所述的勵磁裝置(24)為永磁體、電勵磁裝置或混合勵磁裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)繞組(21)和外側(cè)繞組(22)均為多相集中式電樞繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子(2)外側(cè)的凸極齒數(shù)為/^，外側(cè)繞組(22)由對稱分布的/:個套在定子(2)外側(cè)凸極齒上的線圈構(gòu)成，外側(cè)繞組(22)為》相集中繞組，滿足/^=2^/ ，其中k0為正整數(shù)，外側(cè)繞組(22)的每相線圈數(shù)為/^/ ，外轉(zhuǎn)子(3)的凸極齒數(shù)為Z7ro,滿足±2 ； 所述定子(2)內(nèi)側(cè)的凸極齒數(shù)為A,.，內(nèi)側(cè)繞組(21)由對稱分布的個套在定子(2)內(nèi)側(cè)凸極齒上的線圈構(gòu)成，內(nèi)側(cè)繞組(21)為/ 相集中繞組，滿足，其中尤為正整數(shù)，內(nèi)側(cè)繞組(21)的每相線圈數(shù)為/^.//7，內(nèi)轉(zhuǎn)子(I)的凸極齒數(shù)為Pri，滿足Pri=Psi 土 2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合式磁通切換永磁電機(jī)，包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、環(huán)繞內(nèi)轉(zhuǎn)子的定子、環(huán)繞定子的外轉(zhuǎn)子，兩個轉(zhuǎn)子與定子之間均設(shè)置有氣隙；內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子朝向定子的一側(cè)均設(shè)置有無繞組的凸極，定子的內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置有凸極，定子內(nèi)外兩側(cè)的凸極上分別套有內(nèi)側(cè)繞組和外側(cè)繞組，定子的軛部嵌有隔磁環(huán)，定子內(nèi)外兩側(cè)的凸極齒中均設(shè)置有勵磁裝置，勵磁裝置的充磁方向?yàn)檠囟ㄗ訄A周切向，且在定子的同一側(cè)，兩相鄰?fù)箻O齒中勵磁裝置的充磁方向相反。本發(fā)明在原有磁通切換電機(jī)的空間內(nèi)集成了兩套電機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)外電機(jī)相互獨(dú)立，可以分別控制，工作于不同狀態(tài)以滿足負(fù)載的要求，提供了兩條功率路徑，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
文檔編號H02K1/24GK102832771SQ20121027446
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者花為, 張淦, 程明 申請人:東南大學(xué)