本發(fā)明涉及一種電機(jī),具體是一種軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
雙凸極電機(jī)是20世紀(jì)50年代被提出的一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī),進(jìn)入90年代后得到人們的廣泛關(guān)注和深入研究,其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、制造方便、工作可靠、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn),在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)合具有很好的應(yīng)用前景。
雙凸極電機(jī)屬于變磁阻電機(jī),變磁阻電機(jī)包含單邊凸極和雙邊凸極兩種,為了獲得最大的磁阻最大值與最小值比值,以及更好的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換特性,雙凸極電機(jī)受到了研究人員更多的親睞。典型的變磁阻電機(jī)利用磁阻的不等,磁通總向磁阻小的路線集中,作為電動(dòng)機(jī)工作時(shí),通電的定子繞組以磁力吸引鐵磁性的轉(zhuǎn)子,使磁力產(chǎn)生切向分力,即產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。定子的通電順序根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置所對(duì)應(yīng)的最有利于對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向前轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的那一相定子通電,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后由下一個(gè)最有利于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的一相通電。控制系統(tǒng)不斷改變定子繞組的通電相序,使轉(zhuǎn)子向一個(gè)方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
變磁阻電機(jī)包含了開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和雙凸極電機(jī),而雙凸極電機(jī)又包括了永磁雙凸極電機(jī)、電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)、磁通反向雙凸極電機(jī)和磁通切換雙凸極電機(jī)。開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)不同于步進(jìn)電機(jī),它是一種有位置反饋的自同步電機(jī),其轉(zhuǎn)速由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩和負(fù)載的阻力矩共同決定的。步進(jìn)電機(jī)是開環(huán)工作的,其轉(zhuǎn)速由脈沖頻率決定。開關(guān)磁阻電機(jī)有簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓制成,轉(zhuǎn)子上沒有線圈與磁鋼,適合在高溫以及高轉(zhuǎn)速下工作,得到了航空電氣領(lǐng)域的傾力研究,但開關(guān)磁阻電機(jī)始終和功率變換器配合工作,使得其發(fā)電工作變得復(fù)雜且不夠可靠。
為避免開關(guān)磁阻電機(jī)的弊端在工作時(shí)導(dǎo)致潛在故障,科研人員將永磁體安裝在開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中,形成了雙凸極永磁電機(jī)(DSPM)。當(dāng)定轉(zhuǎn)子極弧長(zhǎng)度滿足一定關(guān)系時(shí),雙凸極電機(jī)的總氣隙磁導(dǎo)為恒定值,此時(shí)永磁體工作點(diǎn)將不隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變,因此雙凸極電機(jī)在靜止時(shí)沒有定位力矩,雙凸極電機(jī)繞組上的交鏈磁通只與磁導(dǎo)成正比。雙凸極電機(jī)的定子內(nèi)安置有高矯頑力,低磁導(dǎo)率的永磁體,因此雙凸極電機(jī)磁路的磁阻大,繞組電感較小,令電流換相能夠快速完成。此外,雙凸極電機(jī)作為工作時(shí),電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁鏈和磁動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于永磁體產(chǎn)生的磁鏈和磁動(dòng)勢(shì),因此合成磁鏈主要由永磁體決定。開關(guān)磁阻電機(jī)的電樞反應(yīng)完全由電樞電流決定,其繞組電流遠(yuǎn)大于雙凸極永磁電機(jī),故雙凸極永磁電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生更少的熱量和噪音。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)背景技術(shù)中提及的現(xiàn)有電機(jī)系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、自身能耗大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提出一種具有高效率、高功率密度且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎的軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),包括定子套筒、定子圓盤A、定子凸極A、電樞繞組A、永磁環(huán)、電樞繞組B、定子凸極B、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和定子圓盤B;
永磁環(huán)的充磁方向?yàn)檩S向充磁,永磁環(huán)嵌于定子套筒內(nèi),永磁環(huán)位于定子套筒軸向長(zhǎng)度的中間位置處且將定子套筒分割為上定子套筒和下定子套筒;
定子圓盤A和定子圓盤B分別設(shè)置在定子套筒的兩個(gè)端部且位于定子套筒的內(nèi)部,定子圓盤A、定子圓盤B和定子套筒構(gòu)成轉(zhuǎn)子腔;
在定子圓盤A面向轉(zhuǎn)子腔的平面上凸起有四個(gè)扇形定子凸極A,四個(gè)扇形定子凸極A上均設(shè)置電樞繞組A;
在定子圓盤B面向轉(zhuǎn)子腔的平面上凸起有四個(gè)扇形定子凸極B,四個(gè)扇形定子凸極B上均設(shè)置電樞繞組B;
四個(gè)扇形定子凸極A與四個(gè)扇形定子凸極B上下位置均是一一對(duì)應(yīng)設(shè)置;
轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在轉(zhuǎn)軸上且位于轉(zhuǎn)子腔內(nèi);轉(zhuǎn)子鐵芯包括套裝在轉(zhuǎn)軸上且跟隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的環(huán)套,在環(huán)套的外表面上沿徑向方向外凸均勻設(shè)置三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極;三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極位于四個(gè)扇形定子凸極A與四個(gè)扇形定子凸極B之間,三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極與四個(gè)扇形定子凸極A之間留有第一氣隙,三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極與四個(gè)扇形定子凸極B之間留有第二氣隙;
四個(gè)扇形定子凸極A、四個(gè)扇形定子凸極B以及三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極的扇形角、大徑和小徑均相同。
本發(fā)明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),電樞繞組A中相對(duì)的兩個(gè)繞組構(gòu)成一相,電樞繞組B中相對(duì)的兩個(gè)繞組構(gòu)成一相,電樞繞組A和電樞繞組B相對(duì)的繞組構(gòu)成一相。
本發(fā)明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),轉(zhuǎn)子鐵芯凸極的數(shù)最少為3個(gè),低于現(xiàn)有的技術(shù)方案,有利于降低鐵損和減輕控制器負(fù)擔(dān)。
對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn),扇形定子凸極A的小徑與定子圓盤A的內(nèi)圓孔半徑相同,扇形定子凸極B與定子圓盤B的內(nèi)圓孔半徑相同。
對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn),第一氣隙與第二氣隙相等,使得整個(gè)電機(jī)成上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
有益效果
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
1、本發(fā)明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),高效率、高功率密度且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎。
2、本發(fā)明軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),采用永磁體建立勵(lì)磁磁場(chǎng),能降低電機(jī)銅耗,提高電機(jī)效率。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是轉(zhuǎn)子鐵芯與轉(zhuǎn)軸的安裝位置示意圖。
圖3是定子凸極A的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中,1、定子套筒;2、定子圓盤A;3、定子凸極A;31、扇形定子凸極A;4、電樞繞組A;5、永磁環(huán);6、電樞繞組B;7、定子凸極B;8、轉(zhuǎn)軸;9、轉(zhuǎn)子鐵芯;91、環(huán)套;92、扇形轉(zhuǎn)子凸極;10、定子圓盤B。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的內(nèi)容更加明顯易懂,以下結(jié)合附圖1-圖3和具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示,本發(fā)明的軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),包括定子套筒1、定子圓盤A2、定子凸極A3、電樞繞組A4、永磁環(huán)5、電樞繞組B6、定子凸極B7、轉(zhuǎn)軸8、轉(zhuǎn)子鐵芯9和定子圓盤B10。
定子凸極A3由四個(gè)扇形定子凸極A31構(gòu)成(參見附圖3所示),定子凸極B7由四個(gè)扇形定子凸極B構(gòu)成。
永磁環(huán)5的充磁方向?yàn)檩S向充磁,永磁環(huán)5嵌于定子套筒1內(nèi),永磁環(huán)位于定子套筒軸向長(zhǎng)度的中間位置處且將定子套筒分割為上定子套筒和下定子套筒。
定子圓盤A2和定子圓盤B10分別設(shè)置在定子套筒的兩個(gè)端部且位于定子套筒的內(nèi)部,定子圓盤A2、定子圓盤B10和定子套筒1構(gòu)成轉(zhuǎn)子腔。
在定子圓盤A2面向轉(zhuǎn)子腔的平面上凸起有四個(gè)扇形定子凸極A,四個(gè)扇形定子凸極A上均設(shè)置電樞繞組A4;在定子圓盤B10面向轉(zhuǎn)子腔的平面上凸起有四個(gè)扇形定子凸極B,四個(gè)扇形定子凸極B上均設(shè)置電樞繞組B6。
四個(gè)扇形定子凸極A與四個(gè)扇形定子凸極B上下位置均是一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。
轉(zhuǎn)子鐵芯9安裝在轉(zhuǎn)軸8上且位于轉(zhuǎn)子腔內(nèi);轉(zhuǎn)子鐵芯包括套裝在轉(zhuǎn)軸上且跟隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的環(huán)套91,在環(huán)套的外表面上沿徑向方向外凸均勻設(shè)置三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極92;三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極位于四個(gè)扇形定子凸極A與四個(gè)扇形定子凸極B之間,三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極與四個(gè)扇形定子凸極A之間留有第一氣隙,三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極與四個(gè)扇形定子凸極B之間留有第二氣隙;參見附圖2所示。
四個(gè)扇形定子凸極A、四個(gè)扇形定子凸極B以及三個(gè)扇形轉(zhuǎn)子凸極的扇形角、大徑和小徑均相同。
本軸向磁通兩相雙凸極永磁電機(jī),軸向充磁的永磁環(huán)5嵌于定子套筒1的中間位置,為電機(jī)提供勵(lì)磁磁場(chǎng);電樞繞組A4、電樞繞組B6分別繞于定子凸極A3、定子凸極B7上,電機(jī)做發(fā)電運(yùn)行時(shí)接用電負(fù)荷,電機(jī)做電動(dòng)運(yùn)行時(shí)接電源。
電樞繞組A4中相對(duì)的兩個(gè)繞組構(gòu)成一相,電樞繞組B6中相對(duì)的兩個(gè)繞組構(gòu)成一相,電樞繞組A4和電樞繞組B6上下相對(duì)的繞組構(gòu)成一相,整個(gè)電機(jī)共計(jì)兩相繞組。
本實(shí)施例的工作原理:
本發(fā)明做為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸8及轉(zhuǎn)子鐵芯9旋轉(zhuǎn),由于轉(zhuǎn)子鐵芯9上轉(zhuǎn)子鐵芯凸極的存在,轉(zhuǎn)子鐵芯9旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電樞繞組A4、電樞繞組B6的磁通大小發(fā)生變化,從而在電機(jī)電樞繞組A4、電樞繞組B6中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)。
本發(fā)明做為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)子鐵芯9所處位置,在由電樞繞組A4、電樞繞組B6構(gòu)成的兩相繞組中通入正向或反向的電流,即可產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,兩相電流的相位相差90°。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相通或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
凡本發(fā)明說(shuō)明書中未作特別說(shuō)明的均為現(xiàn)有技術(shù)或者通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn),應(yīng)當(dāng)理解的是,對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換,而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。