本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，屬于電機(jī)技術(shù)。

背景技術(shù)：

盡可能地利用電機(jī)空間及材料是一個(gè)普遍目標(biāo)，同時(shí)我們又希望能夠節(jié)省材料提高電機(jī)性能。例如，對(duì)于轉(zhuǎn)子開槽電機(jī)，一方面通過開槽形成不均勻氣隙，在勵(lì)磁電流作用下產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，另一方面轉(zhuǎn)子開槽帶來空間齒諧波，增加轉(zhuǎn)子機(jī)械損耗，降低電機(jī)效率。

電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場(chǎng)包括單極性和雙極性磁場(chǎng)。對(duì)于雙極性磁場(chǎng)而言，不存在磁場(chǎng)的直流分量，即使存在高次諧波分量其幅值也可以通過斜槽或短距等方法來削弱。對(duì)于單極性磁場(chǎng)而言，氣隙磁場(chǎng)中存在較大的恒定分量，恒定分量較大時(shí)影響電機(jī)材料的飽和程度，增加鐵芯損耗；同時(shí)單極性磁場(chǎng)還意味著各高次諧波含量較大，電機(jī)繞組兩端電勢(shì)或輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成分加劇，振動(dòng)和噪音增加。

近年來，永磁材料的成本上漲幅度較大，部分電機(jī)中永磁材料的費(fèi)用占電機(jī)成本近50％，降低電機(jī)中永磁材料比重對(duì)于降低電機(jī)成本具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種復(fù)位結(jié)構(gòu)電機(jī)，通過鐵芯極與永磁極的共同作用，通過降低氣隙磁場(chǎng)的恒定分量及高次諧波含量，從而降低鐵芯損耗，并增大氣隙磁場(chǎng)的基波幅值，提高了材料的利用率；同時(shí)使用永磁體填充轉(zhuǎn)子槽，以減小風(fēng)阻和噪音、降低機(jī)械損耗、提高電機(jī)運(yùn)行效率。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子套設(shè)在轉(zhuǎn)子外側(cè)；其特征在于：所述定子包括定子鐵芯、電樞繞組、勵(lì)磁繞組、機(jī)殼和端蓋；所述定子鐵芯分為左右兩段，左段沿圓周方向均勻開設(shè)有徑向的定子槽，相鄰定子槽之間的齒為定子齒，右段沿圓周方向開設(shè)有一個(gè)環(huán)形槽；所述電樞繞組纏繞在定子齒上，電樞繞組成三相對(duì)稱分布，所述勵(lì)磁繞組通過環(huán)形勵(lì)磁繞組支架固定在環(huán)形槽內(nèi)；

所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體；轉(zhuǎn)子鐵芯對(duì)應(yīng)定子鐵芯左段的位置沿圓周方向均勻開設(shè)有徑向的轉(zhuǎn)子槽，轉(zhuǎn)子鐵芯對(duì)應(yīng)定子鐵芯右段的位置不開槽，永磁體放置在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)(若轉(zhuǎn)子槽內(nèi)存在空隙，則空隙為空氣或填充不導(dǎo)磁體)；

所述定子鐵芯和勵(lì)磁繞組同軸固定在機(jī)殼內(nèi)側(cè)，與端蓋共同形成筒狀結(jié)構(gòu)，該筒狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯外側(cè)，該筒狀結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子鐵芯之間形成氣隙；在勵(lì)磁繞組中通入直流電(即勵(lì)磁電流)將會(huì)在氣隙處激勵(lì)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永磁體在氣隙處產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同合成氣隙磁場(chǎng)。

本發(fā)明的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，包括勵(lì)磁繞組和永磁體兩種磁源，兩種磁源共同作用產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，該氣隙磁場(chǎng)為雙極性磁場(chǎng)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割合成氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生反電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。電機(jī)中存在徑向磁路和軸向磁路，主氣隙和附加氣隙。

具體的，所述定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯之間通過軸承實(shí)現(xiàn)連接。

具體的，所述勵(lì)磁繞組產(chǎn)生電勵(lì)磁磁通，所述永磁體產(chǎn)生永磁磁通，電勵(lì)磁磁通和永磁磁通在轉(zhuǎn)子齒中的方向相同；當(dāng)永磁體的充磁方向確定時(shí)，勵(lì)磁電流的方向不可改變。勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通路徑為：當(dāng)勵(lì)磁繞組通入某一方向直流勵(lì)磁電流后，產(chǎn)生恒定磁通，該磁通沿軸向經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵心，經(jīng)過轉(zhuǎn)子齒改為徑向，再依次穿過氣隙、定子齒、定子軛、機(jī)殼后，經(jīng)過端蓋變?yōu)閺较蚧氐睫D(zhuǎn)子鐵心。永磁體產(chǎn)生的永磁磁通路徑為：永磁磁通依次經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子齒、氣隙、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙后回到永磁體。當(dāng)勵(lì)磁電流方向改變后，永磁體充磁方向應(yīng)該反向。

具體的，所有永磁體的充磁方向、充磁方向長(zhǎng)度、圓周方向?qū)挾群筒牧咸匦韵嗤?/p>

具體的，所有永磁體的形狀完全相同，均為瓦片形、矩形或正方形等。

具體的，所述永磁體均放置在轉(zhuǎn)子槽的中央，或沿圓周方向偏移一定角度。

具體的，所述永磁體為鋁鐵硼、鐵氧體、釤鈷材質(zhì)等。

具體的，所述永磁體粘結(jié)在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，或通過在轉(zhuǎn)子鐵芯外表面套設(shè)不導(dǎo)磁套固定。

有益效果：本發(fā)明提供的復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，由勵(lì)磁繞組和永磁體共同作用產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，與單電勵(lì)磁電機(jī)相比，在獲得同樣大小的反電勢(shì)或輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，可以減小勵(lì)磁電流，減小勵(lì)磁繞組銅耗；與單極性氣隙磁場(chǎng)電機(jī)相比，氣隙磁場(chǎng)交變分量增大，恒定分量減小，高次諧波含量降低，電機(jī)鐵心損耗減小；與轉(zhuǎn)子開槽類電機(jī)相比，填充永磁體后，電機(jī)轉(zhuǎn)子表面光滑，風(fēng)阻減小，風(fēng)摩損耗和噪音降低；與單永磁體勵(lì)磁電機(jī)相比，減小了永磁體用量，降低了電機(jī)制造成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為永磁體厚度等于轉(zhuǎn)子槽深度時(shí)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為勵(lì)磁電流正向時(shí)的磁通路徑示意圖；

圖4為勵(lì)磁電流反向時(shí)的磁通路徑示意圖；

圖5為永磁體厚度小于轉(zhuǎn)子槽深度時(shí)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一

一種復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，如圖1所示，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中定子包括定子鐵芯2、電樞繞組3、勵(lì)磁繞組5和機(jī)殼1。定子鐵芯2采用疊片結(jié)構(gòu)，且在定子鐵芯2上開有12個(gè)在周向上均勻分布的定子槽。電樞繞組3是繞在定子齒上的對(duì)稱三相繞組。勵(lì)磁繞組5為環(huán)形，設(shè)置在靠近定子鐵芯2端部和端蓋8之間的位置，通過勵(lì)磁繞組支架10固定。

該復(fù)合電機(jī)的轉(zhuǎn)子為8極結(jié)構(gòu)，如圖2所示：轉(zhuǎn)子包括永磁體6和轉(zhuǎn)子鐵芯7，轉(zhuǎn)子鐵芯7在軸向長(zhǎng)度內(nèi)分為開槽部分和未開槽部分，其中轉(zhuǎn)子槽和定子槽的軸向長(zhǎng)度相同，轉(zhuǎn)子槽在周向上占53°機(jī)械角度，開槽部分的齒槽寬度比為3/7，轉(zhuǎn)子槽的槽口朝向定子鐵芯2，并沿著轉(zhuǎn)子圓周方向均勻布置。永磁體6放置在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，4塊永磁體的厚度均與轉(zhuǎn)子槽的深度相同，寬度為轉(zhuǎn)子槽寬度的3/5，且均置于轉(zhuǎn)子槽的中央位置。勵(lì)磁繞組5的中心線與定子鐵芯2和轉(zhuǎn)子鐵芯7的軸線重合。電機(jī)定子通過軸承10與轉(zhuǎn)子連接。在勵(lì)磁繞組5中通入直流電后在氣隙4中產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永磁體在氣隙4中產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生合成氣隙磁場(chǎng)。

下面就一種特定勵(lì)磁電流方向和特定永磁體充磁方向下的磁通路徑和方向進(jìn)行敘述：如圖3所示是勵(lì)磁電流正向時(shí)磁通路徑示意圖，當(dāng)勵(lì)磁繞組5沿此方向通入直流勵(lì)磁電流后，產(chǎn)生恒定磁通，該磁通沿軸向經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵芯2，經(jīng)過轉(zhuǎn)子齒改為徑向，再依次穿過氣隙4、定子齒、定子軛、機(jī)殼1后，經(jīng)過端蓋8變?yōu)閺较蚧氐睫D(zhuǎn)子鐵芯2，如圖3中路徑1所示。此時(shí)，所有永磁體6的充磁方向均沿電機(jī)徑向指向電機(jī)軸心，永磁體6產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子齒中的方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通方向相同。永磁磁通依次經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵芯7、轉(zhuǎn)子齒、氣隙4、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙4后回到永磁體6，如圖3中路徑2所示。

下面就另一種特定勵(lì)磁電流方向和特定永磁體充磁方向下的磁通路徑和方向進(jìn)行敘述：如圖4所示是勵(lì)磁電流反向時(shí)磁通路徑示意圖，當(dāng)勵(lì)磁繞組5沿此方向通入直流勵(lì)磁電流后，產(chǎn)生恒定磁通，該磁通沿軸向經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵芯2，經(jīng)端蓋8改為徑向，再依次穿過機(jī)殼1、定子軛、定子齒、氣隙4、轉(zhuǎn)子齒，經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯2變?yōu)檩S向回勵(lì)磁繞組3，如圖4中路徑1所示。此時(shí)，所有永磁體6的充磁方向均沿電機(jī)徑向指向電機(jī)氣隙，永磁體6產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子齒中的方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通方向相同。永磁磁通從永磁體6出來后，通依次經(jīng)過氣隙4、定子齒、定子軛、定子齒、氣隙4、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子鐵芯7回到永磁體6，如圖4中路徑2所示。

兩種磁源在氣隙4中建立合成氣隙磁場(chǎng)，該氣隙磁場(chǎng)為雙極性磁場(chǎng)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，電樞繞組3切割合成氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生反電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。電機(jī)中存在徑向磁路和軸向磁路，主氣隙和附加氣隙。

實(shí)施例二

一種復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中定子結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一中的的定子結(jié)構(gòu)相同，下面就其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

該復(fù)合電機(jī)的轉(zhuǎn)子為8極結(jié)構(gòu)，如圖5所示：轉(zhuǎn)子包括永磁體6、轉(zhuǎn)子鐵芯7和非導(dǎo)磁材料11，轉(zhuǎn)子鐵芯7在軸向長(zhǎng)度內(nèi)分為開槽部分和未開槽部分，其中轉(zhuǎn)子槽和定子槽的軸向長(zhǎng)度相同，轉(zhuǎn)子槽在周向上占53°機(jī)械角度，開槽部分的齒槽寬度比為3/7，轉(zhuǎn)子槽的槽口朝向定子鐵芯2，并沿著轉(zhuǎn)子圓周方向均勻布置。永磁體6放置在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，4塊永磁體的厚度均為轉(zhuǎn)子槽深度的一半，寬度與轉(zhuǎn)子槽的寬度相同，且均置于轉(zhuǎn)子槽的中央位置；轉(zhuǎn)子槽在入放置永磁體后，剩余的空間填充非導(dǎo)磁材料11。勵(lì)磁繞組5的中心線與定子鐵芯2和轉(zhuǎn)子鐵芯7的軸線重合。電機(jī)定子通過軸承10與轉(zhuǎn)子連接。在勵(lì)磁繞組5中通入直流電后在氣隙4中產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永磁體在氣隙4中產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生合成氣隙磁場(chǎng)。

本案的磁通路徑與實(shí)施例一的磁通路徑一致。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。