專利名稱：一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁通切換磁極電機(jī)，尤其涉及一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)，屬于電氣設(shè)備驅(qū)動(dòng)和電機(jī)制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備消耗著工業(yè)能源的絕大部分，為提倡節(jié)能，國(guó)際上不斷有新的電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，對(duì)效率和功率密度有更高的要求；目前異步電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域仍舊占據(jù)一定的地位，消耗著工業(yè)能源的大部分，要改進(jìn)其效率，需要復(fù)雜的工藝，轉(zhuǎn)子永磁型永磁電機(jī)由于永磁體在轉(zhuǎn)子上，安裝復(fù)雜，且不易調(diào)磁，以上兩種交流電機(jī)都受限于調(diào)速范圍的限制，且制造工藝復(fù)雜，維護(hù)困難，因此亟待開發(fā)新型電機(jī)去改善以上出現(xiàn)的問題。磁通切換電機(jī)是近幾年出現(xiàn)的新型電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可交流和帶斬波交流運(yùn)行，是一種新型調(diào)速電機(jī)，具有調(diào)速范圍寬，功率密度高等優(yōu)異特點(diǎn)，且相比較轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)更容易散熱，使永磁體降低受溫度的影響，而且，轉(zhuǎn)子上沒有永磁體和線圈繞組，為雙凸極結(jié)構(gòu)，因此它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，系統(tǒng)可靠性高，由于永磁體置于定子，因此氣隙磁場(chǎng)易于調(diào)節(jié)，使得其非常適合于高效、調(diào)速和高速運(yùn)行。目前出現(xiàn)的磁通切換型電機(jī)，一般為交流繞組纏繞于定子凸極上，勵(lì)磁源內(nèi)嵌于定子凸極中，勵(lì)磁源有電勵(lì)磁、永磁勵(lì)磁和電和永磁混合勵(lì)磁,磁通切換過程中，交流電樞繞組波動(dòng)磁場(chǎng)經(jīng)過永磁體，這引起了永磁體內(nèi)較大的渦流損耗，同時(shí)較大的磁路磁阻意味著較大的扭矩波動(dòng)存在；不管以上哪種勵(lì)磁方式，皆有槽滿率低的明顯問題，由于槽滿率低，功率密度亦難以進(jìn)一步提高，除此，由于相鄰相繞組共享了一個(gè)定子槽，使得電樞繞組之間明顯有渦流場(chǎng)的耦合，因此加劇了熱量的產(chǎn)生，對(duì)散熱裝置提出了進(jìn)一步的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)，其可使采用該磁極結(jié)構(gòu)的電機(jī)具有更高的功率密度、高可靠性、更高的效率和降低輸出扭矩波動(dòng)。為解決背景技術(shù)中所述的問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)(0)，其特征在于，包括
固定部分(I)和移動(dòng)部分(M)，所述的固定部分由固定鐵芯(2)、電樞繞組(A)和勵(lì)磁繞組(F-l、F-2)組成，其中，所述的固定鐵芯具有多個(gè)以一定的間隙分布的固定凸極(3-1、3-2、3-3、3-4)，由相鄰的所述固定凸極分別構(gòu)成了勵(lì)磁氣隙(FA-1、FA-2)和電樞氣隙(AR)，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于所述的勵(lì)磁氣隙內(nèi)，所述的電樞繞組為交流繞組，纏繞于所述的電樞氣隙的軛部(AR-1);由固定凸極(3-1、3-2)和勵(lì)磁氣隙(FA-1)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-1)，由(3-3、3-4)和勵(lì)磁氣隙(FA-2)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-2)。所述的固定鐵芯(2)由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓而成。所述的移動(dòng)部分(M)為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)移動(dòng)凸極(MS)。所述的移動(dòng)部分由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓而成。
所述的移動(dòng)部分無磁源。其中，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，通直流電，所述的電樞繞組為交流繞組，通交流電。優(yōu)選地，所述的固定部分可移動(dòng)，所述的移動(dòng)部分可固定。其中可選地，所述的磁極結(jié)構(gòu)可多個(gè)單獨(dú)和聯(lián)合組成電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換單元； 聯(lián)合組成時(shí)，相鄰電樞繞組的兩側(cè)磁通切換凸極單元可合成為一個(gè)。電樞繞組通交流電，創(chuàng)建電樞交變磁場(chǎng)，勵(lì)磁繞組通直流電，且串聯(lián)連接，創(chuàng)建勵(lì)磁磁場(chǎng)，勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞交變磁場(chǎng)共同經(jīng)過氣隙和轉(zhuǎn)子閉合，當(dāng)電樞繞組產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)改變方向時(shí)，電樞氣隙軛部中的磁通方向反響，磁路該變閉合路徑，從而對(duì)外做功，本發(fā)明一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)，與目前的磁通切換磁極技術(shù)相比，有以下有益效果槽滿率高，因而功率密度高，磁路磁阻低，由于一個(gè)電樞繞組占據(jù)一個(gè)槽，故而不存在相電樞繞組之間的渦流場(chǎng)耦合。一種電機(jī)(01)，其特征在于，包括
定子(S)，所述的定子由定子鐵芯(SI )、電樞繞組(Al A4，BI B4，Cl C4)和勵(lì)磁繞組(Fl F12)組成；所述的定子鐵芯分布有若干以一定間隙排列的定子凸極(SP-l、SP-2)，所述的定子凸極相互分別構(gòu)成勵(lì)磁氣隙(FG)和電樞氣隙(AG);所述的電樞繞組為交流繞組，且纏繞于勵(lì)磁氣隙的軛部(SY)，一端內(nèi)嵌于電樞氣隙中；所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于勵(lì)磁氣隙中；勵(lì)磁氣隙的軛部(MB)為磁橋；由定子凸極(SP-1、SP-2)和勵(lì)磁氣隙組成磁通切換凸極(SS)；
電樞繞組通交流電，相鄰相的電樞磁場(chǎng)相反，因此，同性相斥，利用磁聚原理，相鄰相電樞繞組產(chǎn)生的磁通共同通過磁通切換凸極經(jīng)過氣隙和轉(zhuǎn)子閉合，對(duì)外輸出做功，每個(gè)電樞繞組占據(jù)一個(gè)槽，電樞磁場(chǎng)亦對(duì)外做功。其中，所述的定子鐵芯由鐵磁材料制成的沖片疊壓而成。轉(zhuǎn)子(R)，所述的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)轉(zhuǎn)子凸極(RSP)。其中，所述的轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成的沖片疊壓而成。其中，所述的勵(lì)磁繞組通電方向相反交替分布。優(yōu)選地，所述的定子凸極向內(nèi)和向外，轉(zhuǎn)子凸極向內(nèi)和向外；
定子凸極向內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)子凸極向外，構(gòu)成了內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)；
定子凸極向外時(shí)，轉(zhuǎn)子凸極向內(nèi)，構(gòu)成了外轉(zhuǎn)子電機(jī)。其中，優(yōu)選地，所述的定子凸極方向沿軸線，轉(zhuǎn)子凸極沿軸向，構(gòu)成軸向電機(jī)。其中，優(yōu)選地，所述的定子凸極方向沿徑向橫置和轉(zhuǎn)子凸極方向沿徑向構(gòu)成橫向電機(jī)。其中，所述的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無磁勢(shì)源，轉(zhuǎn)子凸極可為直齒和斜齒，優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子凸極氣隙極面兩端可為一二次曲面構(gòu)成，達(dá)致和定子凸極極面兩端構(gòu)成梯變的氣隙結(jié)構(gòu)。有益效果
本發(fā)明一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)，一種電機(jī)(01)為一種新型磁通切換電磁結(jié)構(gòu)(O)組合使用的結(jié)果，這樣相鄰的電樞繞組共用一個(gè)磁通切換凸極，以充分應(yīng)用有限的空間，增大功率密度，一個(gè)電樞繞組占據(jù)一個(gè)槽，相鄰的勵(lì)磁繞組通電方向相反，與現(xiàn)有磁通切換電機(jī)相比，使用本發(fā)明一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)的電機(jī)具有以下有益效果
1)更高的槽滿率，因此更大的功率密度；
2)磁路磁阻更低，因此更低的損耗和更低的扭矩波動(dòng)；
3)相電樞繞組之間沒有渦流場(chǎng)耦合，因此效率更高。4)由于相鄰相繞組之間共用磁通切換凸極，因此結(jié)構(gòu)緊湊，扭力大，負(fù)載能力更聞。


圖1是本發(fā)明一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明一種電機(jī)的不意 圖3是圖2中的定子鐵芯不意 圖4是為本發(fā)明的一種電機(jī)的相繞組反電動(dòng)勢(shì)波形圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，附圖中給出了本發(fā)明的實(shí)例。參考圖1，為本發(fā)明一種新型磁極結(jié)構(gòu)(O)的示意圖，包括固定部分(I)和移動(dòng)部分(M)，所述的固定部分由固定鐵芯(2)、電樞繞組(A)和勵(lì)磁繞組(F-l、F-2)組成，其中，所述的固定鐵芯具有多個(gè)以一定的間隙分布的固定凸極(3-1、3-2、3-3、3-4)，由相鄰的所述固定凸極分別構(gòu)成了勵(lì)磁氣隙(FA-1、FA-2)和電樞氣隙(AR)，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于所述的勵(lì)磁氣隙內(nèi)，所述的電樞繞組為交流繞組，纏繞于所述的電樞氣隙的軛部(AR-1);由固定凸極(3-1、3-2)和勵(lì)磁氣隙(FA-1)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-1)，由(3_3、3-4)和勵(lì)磁氣隙(FA-2)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-2)。所述的移動(dòng)部分(M)為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)移動(dòng)凸極(MS)。所述的移動(dòng)部分由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓而成。所述的移動(dòng)部分(M)無磁源。其中，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，通直流電，所述的電樞繞組為交流繞組，通交流電。繼續(xù)參考圖1中的(a)圖，電樞繞組產(chǎn)生的磁通和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通皆為逆時(shí)針方向，經(jīng)過電樞氣隙軛部(AR-1)、固定凸極(3-1)、工作氣隙、移動(dòng)凸極(MS)和固定凸極(3-3)閉合，請(qǐng)繼續(xù)參考圖1中的(b)圖，電樞繞組產(chǎn)生的磁通和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通皆為順時(shí)針方向，經(jīng)過電樞氣隙軛部(AR-1)、固定凸極(3-4)、工作氣隙、移動(dòng)部分(M)和移動(dòng)凸極(MS)、固定凸極(3-2)閉合，經(jīng)過以上兩個(gè)過程，固定部分磁通完成一次切換，移動(dòng)部分移動(dòng)一個(gè)齒距。具體實(shí)施時(shí)，固定部分中的所述固定鐵芯由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓，用導(dǎo)磁鉚釘固定后，將勵(lì)磁繞組內(nèi)嵌于勵(lì)磁氣隙中，相鄰的勵(lì)磁繞組通方向相反的直流電；電樞繞組纏繞于電樞氣隙的軛部，一邊內(nèi)嵌于電樞氣隙內(nèi)；整體安裝完后，固定于機(jī)座中。勵(lì)磁繞組可串聯(lián)連接后接直流電輸入，優(yōu)選地，當(dāng)多個(gè)磁通切換磁極結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用時(shí)，勵(lì)磁繞組可串聯(lián)和并聯(lián)混合連接；電樞繞組(A)通以交流電。參考圖2,為本發(fā)明一種電機(jī)結(jié)構(gòu)不意圖；為一種三相磁通切換電機(jī),分別為電樞繞組(Al A4)和電樞繞組(BI B4)和電樞繞組(Cl C4)，該三相磁通切換電機(jī)包括定子(S)，所述的定子由定子鐵芯(SI)、電樞繞組(Al A4，BI B4，Cl C4)和勵(lì)磁繞組(Fl F12)組成；所述的定子鐵芯分布有若干以一定間隙排列的定子凸極(SP-l、SP-2)，所述的定子凸極相互分別構(gòu)成勵(lì)磁氣隙(FG)和電樞氣隙(AG);請(qǐng)參考圖3，為本發(fā)明一種電機(jī)的定子鐵心詳細(xì) 所述的電樞繞組為交流繞組，且纏繞于勵(lì)磁氣隙的軛部(SY)，一端內(nèi)嵌于電樞氣隙中；所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于勵(lì)磁氣隙中；勵(lì)磁氣隙的軛部(MB)為磁橋；具體實(shí)施時(shí)，電樞繞組和勵(lì)磁繞組可串聯(lián)和串并混聯(lián)鏈接，定子鐵芯由沖片疊壓后，分別把電樞繞組和勵(lì)磁繞組置于相應(yīng)所述的位置，槽口可用隔磁鍥塊以固定電樞線圈和勵(lì)磁線圈以及輔助散熱，之后整體安裝于固定于機(jī)座中，由定子凸極(SP-l、SP-2)和勵(lì)磁氣隙組成磁通切換凸極(SS)；
其中，所述的勵(lì)磁繞組通電方向相反交替分布。請(qǐng)繼續(xù)參考圖2，箭頭線為此刻相應(yīng)電樞繞組的磁通方向，三相電樞繞組中相鄰的電樞繞組端磁性相同，因而，同性相斥，利用磁聚原理，相鄰相電樞繞組產(chǎn)生的磁通共同通過磁通切換凸極經(jīng)過氣隙和轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子凸極閉合，對(duì)外輸出做功，每個(gè)電樞繞組占據(jù)一個(gè)槽，電樞磁場(chǎng)亦對(duì)外做功；相鄰的勵(lì)磁繞組通電方向相反。參考圖2，勵(lì)磁繞組中的黑圓點(diǎn)電流出方向，十字圓點(diǎn)為電流進(jìn)方向。轉(zhuǎn)子(R)，所述的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)轉(zhuǎn)子凸極(RSP)。具體實(shí)施時(shí)，所述的轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成的沖片疊壓而成后用導(dǎo)磁鉚釘固定固定套于軸上。請(qǐng)參考圖4，為本發(fā)明一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)的發(fā)電動(dòng)勢(shì)波形圖，明顯地可以看出，本發(fā)明電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)具有正弦波的特征，因而，適合于交流電工作。另外，還需要說明的，盡管本發(fā)明的具體實(shí)施例揭露如上所述，但本發(fā)明可應(yīng)用其他形式的磁通切換電機(jī)，例如其他外轉(zhuǎn)子以及盤式轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)，應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)外轉(zhuǎn)子以及軸向磁通切換盤式電機(jī)實(shí)施方式均與以上結(jié)構(gòu)類似，這里不再贅述，定子和轉(zhuǎn)子的凸極組合亦可采用其他，例如6/10、6/8等，其具體原理和實(shí)施與以上類同，這里亦不再贅述。雖然本發(fā)明的實(shí)施例已揭露如上，本發(fā)明并不受限于上述實(shí)施例，任何本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改動(dòng)與調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)(0)，其特征在于，包括 固定部分(I)和移動(dòng)部分(M)，所述的固定部分由固定鐵芯(2)、電樞繞組(A)和勵(lì)磁繞組(F-l、F-2)組成，其中，所述的固定鐵芯具有多個(gè)以一定的間隙分布的固定凸極(3-1、3-2、3-3、3-4)，由相鄰的所述固定凸極分別構(gòu)成了勵(lì)磁氣隙(FA-1、FA-2)和電樞氣隙(AR)，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于所述的勵(lì)磁氣隙內(nèi)，所述的電樞繞組為交流繞組，纏繞于所述的電樞氣隙的軛部(AR-1);由固定凸極(3-1、3-2)和勵(lì)磁氣隙(FA-1)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-1)，由(3-3、3-4)和勵(lì)磁氣隙(FA-2)構(gòu)成了磁通切換凸極(FS-2)；所述的固定鐵芯由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓而成， 所述的移動(dòng)部分為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)移動(dòng)凸極(MS)； 所述的移動(dòng)部分由導(dǎo)磁材料制成的沖片疊壓而成， 所述的移動(dòng)部分無磁源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換磁極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，通直流電，所述的電樞繞組為交流繞組，通交流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換磁極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的固定部分可移動(dòng)，所述的移動(dòng)部分可固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換磁極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的磁極結(jié)構(gòu)可多個(gè)單獨(dú)和聯(lián)合組成電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換單元； 聯(lián)合組成時(shí)，相鄰電樞繞組的兩側(cè)磁通切換凸極單元可合成為一個(gè)。
5.—種電機(jī)(01),其特征在于,包括 定子(S)，所述的定子由定子鐵芯(SI)、電樞繞組(Al A4，BI B4，Cl C4)和勵(lì)磁繞組(Fl F12)組成；所述的定子鐵芯分布有若干以一定間隙排列的定子凸極(SP-l、SP-2)，所述的定子凸極相互分別構(gòu)成勵(lì)磁氣隙(FG)和電樞氣隙(AG);所述的電樞繞組為交流繞組，且纏繞于勵(lì)磁氣隙的軛部(SY)，一端內(nèi)嵌于電樞氣隙中；所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于勵(lì)磁氣隙中；勵(lì)磁氣隙的軛部(MB)為磁橋；由定子凸極(SP-1、SP-2)和勵(lì)磁氣隙組成了磁通切換凸極(SS); 其中，所述的定子鐵芯由鐵磁材料制成的沖片疊壓而成； 轉(zhuǎn)子(R)，所述的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，分布有若干個(gè)轉(zhuǎn)子凸極(RSP)； 其中，所述的轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成的沖片疊壓而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電機(jī)，其特征在于，所述的勵(lì)磁繞組通中相鄰勵(lì)磁繞組的通電方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電機(jī)，其特征在于，所述的定子凸極向內(nèi)和向外，轉(zhuǎn)子凸極向內(nèi)和向外； 定子凸極向內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)子凸極向外，構(gòu)成了內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)； 定子凸極向外時(shí)，轉(zhuǎn)子凸極向內(nèi)，構(gòu)成了外轉(zhuǎn)子電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電機(jī)，其特征在于，所述的定子凸極方向沿軸線，轉(zhuǎn)子凸極沿軸向。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電機(jī)，其特征在于，所述的定子凸極方向沿徑向橫置和轉(zhuǎn)子凸極方向沿徑向構(gòu)成橫向電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電機(jī)，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無磁勢(shì)源，轉(zhuǎn)子凸極可為直齒和斜齒， 轉(zhuǎn)子凸極氣隙極面兩端可為一二次曲面構(gòu)成，達(dá)致和定子凸極極面兩端構(gòu)成梯變的氣隙結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)，該新型磁通切換磁極結(jié)構(gòu)及電機(jī)包括固定部分和移動(dòng)部分；所述的固定部分包括鐵芯、電樞繞組、勵(lì)磁繞組；其中所述的鐵芯具有多個(gè)以一定的間隙分布的固定凸極，由相鄰的固定凸極構(gòu)成了勵(lì)磁氣隙和電樞氣隙，所述的勵(lì)磁繞組為直流繞組，內(nèi)嵌于勵(lì)磁氣隙內(nèi)；所述的電樞繞組為交流繞組，纏繞于電樞氣隙的軛部；所述的移動(dòng)部分為凸極結(jié)構(gòu)，具有若干移動(dòng)凸極；本發(fā)明一種磁通切換磁極結(jié)構(gòu)與電機(jī)，空間利用率高，功率密度高，扭矩大，效率高，可靠性好，扭矩波動(dòng)小。
文檔編號(hào)H02K1/08GK103066713SQ20131000027
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月3日
發(fā)明者周愛瓊, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名 申請(qǐng)人:周智慶