阅读说明：本技术 不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机 (Asymmetric bimorph transducer composite excitation type axial magnetic field flux switch motor ) 是由 徐妲 朱莲莉 *** 王飞 于 2018-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机,包括同轴安装的第一定子、第二定子和转子。第一定子包括交替设置的若干导磁铁芯和永磁体,每一导磁铁芯包括两个定子齿a和连接定子齿a的定子轭部,两个定子齿a之间设置平行槽a,相邻导磁铁芯的相邻定子齿a之间绕制电枢绕组；第二定子设置若干T型槽,T型槽将第二定子分成若干双齿结构的定子齿b,定子齿b的双齿之间设置平行槽b,相邻定子齿b的相邻齿绕制电枢绕组定子齿b根部绕制励磁绕组；转子设置于两个定子之间且与两个定子之间留有气隙,转子包括非导磁环和若干转子齿,转子齿沿非导磁环周向均匀布设。(The present invention provides a kind of asymmetric bimorph transducer composite excitation type axial magnetic field flux switch motors, including coaxial mounted first stator, the second stator and rotor.First stator includes several conducting magnet cores and permanent magnet being arranged alternately, each conducting magnet core includes the stator yoke of two stator tooth a and connecting stator tooth a, parallel slot a, coiling armature winding between the adjacent stators tooth a of adjacent conducting magnet core are set between two stator tooth a；Several T-slots are arranged in second stator, and the second stator is divided into the stator tooth b of several bidentate structures, parallel slot b, the adjacent teeth coiling armature winding stator tooth b root coiling excitation winding of adjacent stators tooth b is arranged between the bidentate of stator tooth b by T-slot；Rotor is set between two stators and between two stators there are air gap, and rotor includes non-magnetic ring and several rotor tooths, and rotor tooth is circumferentially uniformly distributed along non-magnetic ring.)

不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机

技术领域

本发明涉及一种混合励磁电机技术，特别是一种不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机。

背景技术

永磁体产生的恒定磁场使永磁电机存在电压难以调节和调速范围较窄等缺点，限制了其在恒压发电等领域的推广应用，因此，如何有效地调节永磁电机内的气隙磁场倍受国内外学者的关注。

混合励磁电机的出现可有效解决上述问题，它不仅继承了永磁电机功率密度大和可靠性高等诸多优点，而且拥有电励磁电机磁场可灵活调节的优点，在汽车牵引、风力发电、工业传动和航空航天等领域具有广阔的发展空间。近年来，国内外电机专家学者相继提出了磁极分割式、并列结构式、组合转子式、爪极式和磁分路式等多种混合励磁电机，取得了丰富的研究成果。

法国学者E.Hoang于1997年提出的磁通切换型永磁电机是一种定子永磁型电机，该种电机定、转子都采用双凸极结构，永磁体和绕组均置于定子上，转子上既无永磁体也无绕组，结构简单，易于散热冷却，机械强度高。混合励磁磁通切换电机兼具磁通切换电机和混合励磁电机的优点，通过控制励磁电流的大小和方向调节气隙磁通密度。

采用混合励磁结构的轴向磁通切换电机，永磁体和绕组均设置在定子上，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单，轴向长度短，易于散热冷却，提高了电机的运行可靠性。但是，调磁范围仍然不够宽，齿槽转矩和谐波分量都比较大，增磁性能和弱磁性能仍有较大的发展空间，限制了其在宽速驱动系统场合的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机，解决了现有技术中存在的混合励磁型轴向磁场磁通切换电机气隙磁场调节范围不够宽、齿槽转矩以及谐波分量大等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机，包括同轴安装的第一定子、第二定子和转子。第一定子包括交替设置的若干导磁铁芯和永磁体，每一导磁铁芯包括两个定子齿a和连接定子齿a的定子轭部，两个定子齿a之间设置平行槽a，相邻导磁铁芯的相邻定子齿a之间绕制电枢绕组；第二定子设置若干T型槽，T型槽将第二定子分成若干双齿结构的定子齿b，定子齿b的双齿之间设置平行槽b，相邻定子齿b的相邻齿绕制电枢绕组定子齿b根部绕制励磁绕组；转子设置于两个定子之间且与两个定子之间留有气隙，转子包括非导磁环和若干转子齿，转子齿沿非导磁环周向均匀布设。

采用上述电机，电枢绕组绕制在第一定子和第二定子的定子齿上，每个定子上单相绕组由正交方向四个线圈组成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)该电机轴向长度小，磁路短，磁阻较小，结构简单，同时具备磁通切换型电机和开关磁阻电机两种电机的优点；(2)转子上既无永磁体也无绕组，结构简单，工作可靠，中间转子的结构可使电机获得最小的转动惯量和最优的散热条件；(3)定子上增加了电枢绕组的安放空间，提高了电机的功率密度；增加了励磁绕组的安放空间，提高了电机的调磁范围；(4)每个定子上单相绕组由正交方向四个线圈组成，互补性可抵消磁链和反电动势的谐波；(5)定子铁芯采用多齿结构，有效地降低了齿槽转矩的大小；(6)励磁电流分开控制时可产生若干个空间矢量，更加适合采用容错控制，提高了电机的容错运行能力。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1是本发明电机的结构示意图。

图2是本发明电机第一定子的导磁铁芯单元的结构示意图。

图3是本发明电机第二定子铁芯的结构示意图。

图4是本发明电机转子结构示意图。

图5是本发明电机转子角度为β₁时的永磁磁通路径图。

图6是本发明电机转子角度为β₂时的永磁磁通路径图。

图7是本发明电机的增磁运行原理图。

图8是本发明电机的去磁运行原理图。

具体实施方式

结合图1，不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机，包括同轴安装的第一定子1、第二定子2和转子3，第一定子由若干个个导磁铁芯4和若干个沿切向充磁的永磁体5交替组成，第二定子铁芯6上沿周向均匀设置若干个开口槽，转子3位于第一定子1和第二定子2之间。

第一定子1、第二定子2和转子3均采用凸极结构，由硅钢片叠压而成，第一定子1和第二定子2采用不对称结构，转子3分别与第一定子1和第二定子2之间留有气隙。第一定子1、转子2和第二定子3均采用凸极结构，由硅钢片叠压而成，双定子和单转子的结构，可以平衡轴向磁拉力。永磁体5仅位于第一定子1上，采用平行永磁切向充磁结构，相邻永磁体5充磁方向相反。对比两个定子结构相同的设计方案，本发明将永磁体与励磁绕组分别放在两个定子上，对于电机运行散热和稳定性都比较好。此外，本发明一方面可以实现单相四线圈的绕组互补性，改善电机反电动势波形，另一方面可以增加励磁绕组的安放空间，提高励磁效果。

结合图2，第一定子1的导磁铁芯4采用U型结构，包括两个定子齿a4-1，定子齿a4-1间通过定子轭部4-2连接，采用平行槽a4-3。

结合图3，第二定子铁芯6沿周向均匀设置了12个T型槽6-1，定子齿b6-2为双齿结构，齿上设有平行槽b6-3。第一定子1和第二定子2沿轴向对称安装，即平行槽a4-3和平行槽b6-3正对分布，定子齿横截面相同且正对分布。定子铁芯采用多齿结构，有效地降低了齿槽转矩的大小。

定子上增加了电枢绕组的安放空间，提高了电机的功率密度；增加了励磁绕组的安放空间，提高了电机的调磁范围。电枢绕组7和励磁绕组8采用集中式绕组，缩短了端部长度，减少了用铜量，降低了铜耗。电枢绕组7绕制在第一定子1和第二定子2的定子齿上，每个定子上单相绕组由正交方向四个线圈组成，互补性可抵消磁链和反电动势的谐波；励磁绕组8仅位于第二定子2上，绕制在定子齿b6-2的根部，相邻励磁电流的方向相反。励磁绕组8中通入电流，分开控制时可以产生12个空间矢量，因此更加适合采用容错控制。

结合图4，转子3有若干个转子齿3-1，均匀设置在非导磁环3-2的外圆周上，转子3上既无永磁体也无绕组，结构简单，工作可靠。中间转子的结构可使电机获得最小的转动惯量和最优的散热条件。中间转子的结构，转子齿仅需要实现磁场通路的功能，转子齿之外不需要再增加其他的导磁通路。转子齿轴向厚度对电机电磁性能影响很小，可以把转子厚度做的较薄，用料少、体积小的转子因而具有较小的转动惯量。由于该电机的绕组都在定子上，采用中间转子外定子结构可以让绕组端部直接和电机端盖接触，散热效率比较高，也不需要设计额外的内冷风路。

当励磁绕组8中通入的励磁电流为零时，气隙磁场仅由永磁体5提供，以A相为例，当转子3运行至β₁角度时，其永磁磁通路径如图5所示。根据“磁阻最小原理”，磁通沿箭头的方向穿入A1绕组；当转子3转至β₂角度时，其永磁磁通路径如图6所示，磁通沿箭头的方向穿出A1绕组。在两种位置，A1绕组匝链的磁通数值相同但极性相反，当转子3连续转动时，匝链的磁通在正负最大值之间周期变化，对应产生幅值和相位交变的感应电动势。

当励磁绕组8中通入的励磁电流为正时，如图7所示，短虚线为永磁磁通路径，长虚线为励磁磁通路径，两者方向一致，励磁磁通和永磁磁通共同形成并增强气隙磁场，电机运行于增磁模式；在相同转子位置，改变励磁电流方向，即励磁绕组8中通入的励磁电流为负，如图8所示，励磁电流和永磁磁通方向相反，两者共同形成并削弱气隙磁场，电机运行于去磁模式。通过调节励磁电流的方向和大小，可改变励磁磁场，实现电枢绕组磁链大小的调节，使得电机在宽广的恒功率调速范围运行。