[發明專利]一種無定子軛部相間耦合式軸向磁通磁阻電機

有效

• 申請號: 202010866784.1
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112054643B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 付東山;劉毅;賈澤宇;李小強;伍小杰;紀明理;吳富強;謝淼;蔡道坤;王逸飛;葉繼銘
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/18;H02K1/24
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本發明提出了一種無定子軛部相間耦合式軸向磁通磁阻電機，其包括定子和軸向雙側轉子，電機定子由多個均勻分布的定子齒組成，并以非導磁結構連接，定子繞組沿徑向繞于定子齒。轉子采用分塊式或非分塊式結構。采用分塊式結構時，轉子由U型疊壓鐵芯和非導磁框架組成，其均勻分布在定子齒的軸向兩側，內嵌于非導磁框架內部；采用非分塊式結構時，轉子由整體的導磁鐵芯組成。本發明所提電機相鄰通電兩相存在耦合，其不僅可縮短電機磁通路徑長度，降低電機損耗、體積和成本，而且可增加各相導通時間，提高繞組利用率，減小轉矩脈動，增大電機功率密度、轉矩密度；同時軸向雙側的轉子結構也可有效避免單邊磁拉力，降低運行噪音，提高電機運行穩定性。

技術領域

本發明提出了一種無定子軛部的相間耦合式軸向磁通磁阻電機。

背景技術

開關磁阻電機定子只有幾個集中繞組，定子線圈嵌裝容易，端部牢固，可靠性高，而轉子上無繞組，無永磁體，可容許較大溫升，即電機具有結構簡單，成本低機械彈性好，各相定子繞組可獨立工作，電機高速運轉不易變形且功率電路簡單可靠等特點，被廣泛應用于各種高速運轉與高輸出高效率場合，是目前最有前途的驅動電機。

常規開關磁阻電機大多采用定子集中繞組，齒級轉子的結構，此結構的電機內部磁通回路較長，將造成較大的鐵耗和渦流損耗，且各繞組磁通回路路徑相互重疊，若定子或轉子某處斷裂對電機磁路影響較大，導致電機容錯能力差；同時傳統開關磁阻電機定子帶有軛部，定子軛部內的磁通方向會根據不同相的導通而發生變化，進一步加大了電機的鐵耗和渦流損耗，此時電機長時間運行容易使定子軛部發熱，這是定子有軛部電機的不足之處。

傳統的徑向磁通電機，定子繞組嵌入定子齒槽內，其齒槽效應會導致電機旋轉時有較大的轉矩脈動和渦流損耗，不僅降低了電機的動態響應速度而且會產生較大的振動和噪音。隨著越來越多應用行業對電機性能要求的進一步提高，傳統的徑向磁通電機已不能滿足行業需要，一種軸向磁通電機憑借其結構簡單、體積小、重量輕、效率高等優勢吸引了大量研究人員的廣泛關注。

由于電機內磁路在定子和轉子中存在拐向，目前市場中電機所用材料大部分都為無取向硅鋼材料，其與取向硅鋼材料相比，同樣條件下取向硅鋼單位體積的鐵耗遠遠小于無取向硅鋼，同時取向硅鋼在軋制方向的導磁性能也明顯優于無取向硅鋼。如果在磁阻電機中采用取向硅鋼材料，這樣不僅可以提高電機效率，減小電機的用料和體積，同時也將極大改善開關磁阻電機的性能。因此，對于開關磁阻電機來講，如何在提高電機轉矩密度、功率密度和效率的同時，降低電機控制器的成本和轉矩波動，是開關磁阻電機有待解決的主要問題。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種無定子軛部相間合式軸向磁通磁阻電機。在傳統開關磁阻電機的基礎上，本發明采用無定子軛部的定子結構與雙短齒極的U型轉子來改變電機磁路路徑，其不僅節省了電機材料而且縮短了磁通路徑，可極大降低電機損耗和電機體積，從而提高電機的效率和功率密度。同時為了簡化電機的控制回路增強電機運行時的容錯能力，本電機采用相鄰兩相同時導通方式進行供電，即通過短齒極的轉子與短端部的定子鐵芯構成短磁路回路；此時電機的磁通路徑更短，且相鄰導通相之間存在耦合，使繞組導通區間增大，電機輸出轉矩更大，轉矩脈動更小，繞組利用率更高，大大提高了電機可靠性。另外該電機定子磁場無拐向，而且與傳統無取向硅鋼材料徑向磁通電機相比，本發明電機可采用的取向硅鋼材料，可增強導磁能力，極大減小電機損耗；軸向磁通電機也比傳統徑向磁通電機結構更加緊湊，可進一步降低了電機的體積，提高電機的功率密度。

為了實現上述目的，本發明采用了以下的技術方案：