并联式混合励磁无刷爪极电机.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911267127.9 (22)申请日 2019.12.11 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 王秀和朱常青 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 赵敏玲 (51)Int.Cl. H02K 1/22(2006.01) H02K 1/24(2006.01) H02K 1/27(2006.01) H02K 21/04(2006.01) H02K 29/00(2006.01) 。

2、(54)发明名称 一种并联式混合励磁无刷爪极电机 (57)摘要 本发明公开了一种并联式混合励磁无刷爪 极电机， 包括外壳、 定子、 转子、 励磁体和永磁体， 定子和励磁体均固定连接外壳， 转子固定连接转 轴； 其中， 所述转子包括相连接的第一爪极和第 二爪极， 第一爪极包括极掌、 极轭、 多个极跟和多 个爪部， 极掌的外圈连接极跟， 极跟连接爪部， 所 述励磁体穿过第二爪极， 永磁体固定于第一爪极 的极掌处， 第二爪极和定子之间具有间隙。 本发 明独特的转子结构实现了励磁无刷化， 使得电机 结构简单， 运行可靠性高。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 110912301 A 2020。

3、.03.24 CN 110912301 A 1.一种并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 包括外壳、 定子、 转子、 励磁体和永 磁体， 定子和励磁体均固定连接外壳， 转子固定连接转轴； 其中， 所述转子包括相连接的第 一爪极和第二爪极， 第一爪极包括极掌、 极轭、 多个极跟和多个爪部， 极掌的外圈连接极跟， 极跟连接爪部， 所述励磁体穿过第二鸡爪， 永磁体固定于第一爪极的极掌处， 第二爪极和定 子之间具有间隙。 2.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述励磁体包括励 磁支架和绕于励磁之间的励磁绕组， 所述励磁支架呈环形。 3.如权利要求2述的并联式混合励磁无。

4、刷爪极电机， 其特征在于， 所述永磁体呈环形， 所述永磁体嵌于第一爪极的极掌中。 4.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述外壳包括筒状 壳体和连接于筒状壳体端部的端盖， 所述励磁体连接于筒状壳体的内侧， 所述定子连接于 端盖的内侧。 5.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述定子包括定子 铁心和电枢绕组， 电枢绕组绕于定子铁心， 电子铁心固定连接于外壳。 6.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述第一爪极固定 连接于转轴； 所述第二爪极具有多个爪部， 所述第二爪极的多个爪部嵌入所述第一爪极的 多个爪部之间的间。

5、隙中。 7.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述第二爪极包括 极跟和极掌， 极掌的内圈呈圆孔状， 极掌的外圈连接极跟， 极跟连接第二爪部； 所述第一爪 极的极轭固定连接于所述转轴； 所述第一爪极连接的爪部为第一爪部。 8.如权利要求7述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述第一爪极的第一 爪部包括多个， 所述第二爪极的第二爪部包括多个， 所述第一爪部和所述第二爪部的数量 相同； 所述第一爪部深入多个所述第二爪部之间的间隙中， 互相错开的爪部间隙使用非导 磁材料填充焊接。 9.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述电枢绕组为交。

6、 流绕组。 10.如权利要求1所述的并联式混合励磁无刷爪极电机， 其特征在于， 所述永磁体径向 充磁； 所述永磁体的磁动势和所述励磁绕组的电励磁磁动势并联。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110912301 A 2 一种并联式混合励磁无刷爪极电机 技术领域 0001 本发明涉及无刷电机领域， 具体的， 涉及一种并联式混合励磁无刷爪极电机。 背景技术 0002 电励磁有刷爪极电机因其结构简单、 成本低、 励磁调节方便等优点在车辆等拖动 领域得到了广泛的应用。 但发明人认为， 虽然电励磁爪极电机励磁调节方便， 但其极间漏磁 大， 导致励磁电流大、 励磁损耗高、 功率密度低； 同时采用电刷滑环结。

7、构为励磁绕组提供励 磁电流， 使用不当容易产生火花， 可靠性不高。 这些缺陷大大限制了电励磁有刷爪极电机更 宽领域的推广使用； 永磁爪极电机采用稀土永磁材料建立磁场， 取消了电刷滑环结构， 不 存在励磁损耗， 结构简单， 效率和功率密度高， 但其气隙磁场是由磁钢和磁路磁导决定的， 运行时几乎保持恒定， 所以气隙磁场的调节非常困难， 难以实现宽范围调速、 调压的要求， 极大限制了其应用领域。 0003 在现有的技术文献中， 中国专利201010551268.6提出了一种混合励磁无刷爪极电 机， 但是其结构存在缺陷， 永磁体与极跟之间不匹配， 对气隙磁场的调节无法更精确， 并且 铁心和前爪极之间接。

8、触， 容易导致出现电气事故。 发明内容 0004 针对现有的爪极电机的不足， 本发明旨在提供一种并联式混合励磁无刷爪极电 机， 融合了电励磁爪极电机和永磁爪极电机的优点， 使用永磁材料建立基础磁场， 通过调节 励磁绕组的电流进行气隙磁场的调节， 在不增大励磁电流的情况下增大了气隙磁密和电机 的输出功率， 而且独特的转子结构实现了励磁无刷化， 使得电机结构简单， 运行可靠性高。 0005 本发明的目的， 是提供一种并联式混合励磁无刷爪极电机。 0006 为实现上述发明目的， 本发明公开了下述技术方案： 0007 本发明公开了一种并联式混合励磁无刷爪极电机， 包括外壳、 定子、 转子、 励磁体 和。

9、永磁体， 定子和励磁体均固定连接外壳， 转子固定连接转轴； 其中， 所述转子包括相连接 的第一爪极和第二爪极， 第一爪极包括极掌、 极轭、 多个极跟和多个爪部， 极掌的外圈连接 极跟， 极跟连接爪部， 所述励磁体穿过第二爪极极掌下内孔里， 永磁体固定于第一爪极的极 掌处， 第二爪极和定子之间具有间隙。 0008 进一步， 所述励磁体包括励磁支架和绕于励磁支架上的励磁绕组， 所述励磁支架 呈环形。 0009 进一步， 所述永磁体呈环形， 嵌放于第一爪极的极掌中， 其宽度小于第一爪极极掌 的宽度。 0010 进一步， 所述外壳包括筒状壳体和连接于筒状壳体端部的端盖， 所述励磁体连接 于筒状壳体的内。

10、侧， 所述定子连接于端盖的内侧。 0011 进一步， 所述定子包括定子铁心和电枢绕组， 电枢绕组绕于定子铁心， 定子铁心固 定连接于外壳。 说明书 1/4 页 3 CN 110912301 A 3 0012 进一步， 所述第一爪极固定连接于转轴； 所述第一爪极具有多个爪部， 所述第一爪 极的多个爪部嵌入所述第二爪极的多个爪部之间的间隙中。 0013 进一步， 所述第一爪极包括极跟、 极轭和极掌， 极掌的内圈连接极轭， 极掌的外圈 连接极跟， 极跟连接第一爪部， 所述第一爪极的极轭固定连接于所述转轴； 所述第二爪极连 接的爪部为第二爪部。 0014 进一步， 所述第一爪极的第一爪部包括多个， 所。

11、述第二爪极的第二爪部包括多个， 所述第一爪部和所述第二爪部的数量相同； 所述第一爪部深入多个所述第二爪部之间的间 隙中， 互相错开的爪部间隙使用非导磁材料填充焊接， 保证第二爪极可以跟随第一爪极转 动。 0015 进一步， 所述电枢绕组为交流绕组。 0016 进一步， 所述永磁体径向充磁； 所述永磁体的磁动势和所述励磁绕组的电励磁磁 动势并联。 0017 本发明的运行方法是， 当转子中只有永磁体励磁时， 气隙磁场完全由永磁体产生， 此时电机为永磁爪极电机； 当励磁绕组通入直流电时， 绕组磁动势与永磁体磁动势为并联 关系， 气隙磁场由两种磁源共同产生， 通过控制励磁绕组电流的方向和大小可以对气隙。

12、磁 场进行加强或减弱。 0018 与现有技术相比， 本发明取得了以下有益效果： 0019 1)本发明集中了电励磁爪极电机和永磁爪极电机的优点。 通过爪极和永磁体设 计， 既可以充分利用永磁体获得较大的功率输出， 减少损耗， 又可以提升电机的磁场调节能 力； 作为发电机使用时， 当负载引起电枢电流变化或者电机转速发生变化时， 可以通过调节 直流励磁电流对电机磁场进行调节， 保持电机输出电压的稳定； 作为电动机使用时， 在低速 时可以增加气隙磁场， 产生较大的转矩输出； 在高速时进行弱磁调速， 扩展转速范围； 由于 不需要在转子侧安装电刷滑环系统， 保证了电机的可靠性和维护的便捷性。 0020 2。

13、)本发明中， 第二爪极的形状被设计为没有极轭， 以配合于第一爪极的极轭形状， 并且第二爪极能够供励磁线圈穿过； 并且本发明中的永磁体是安装于第一爪极的， 并且径 向充磁， 当转子中只有永磁体励磁时， 气隙磁场完全由永磁体产生， 此时电机为永磁爪极电 机， 通过对励磁线圈的磁动势进行控制， 可以调整整个装置的气隙磁场。 附图说明 0021 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 0022 图1为实施例中定子和转子的爆炸视图， 0023 图2为实施例中爪极之间填充材料示意图， 0024 图3为实施例。

14、中沿第二爪极中心剖分的时磁通走向示意图。 0025 图中， 1、 定子铁心； 2、 电枢绕组； 3、 励磁支架； 4、 励磁绕组； 5、 第二爪极； 6、 第一爪 极； 7、 永磁体； 8、 转轴； 9、 筒状壳体； 10、 端盖； 11、 隔磁焊接点。 具体实施方式 0026 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本发明提供进一步的说明。 除非另 说明书 2/4 页 4 CN 110912301 A 4 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0027 在本发明的描述中， 需要说明的是， 术语 “中心” 、“上” 、“下” 。

15、、“左” 、“右” 、“竖直” 、 “水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了 便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制， 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、 “第三” 等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0028 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本发明的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 。

16、当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合。 0029 正如背景技术所述， 针对现有的无刷电机的不足， 本发明旨在提供一种并联式混 合励磁无刷爪极电机， 融合了电励磁爪极电机和永磁爪极电机的优点， 使用永磁材料建立 基础磁场， 通过调节励磁绕组3的电流进行气隙磁场的调节， 在不增大励磁电流的情况下增 大了气隙磁密和电机的输出功率， 而且独特的转子结构实现了励磁无刷化， 使得电机结构 简单， 运行可靠性高， 现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。 0030 实施例 0031 请参考图1和图2， 本实施例公开。

17、了一种并联式混合励磁无刷爪极电机， 包括外壳、 定子、 转子、 励磁体和永磁体7， 定子和励磁体均固定连接外壳， 转子固定连接转轴8； 其中， 所述转子包括相连接的第一爪极6和第二爪极5， 第一爪极6包括极掌、 极轭、 多个极跟和多 个爪部， 极掌的外圈连接极跟， 极跟连接爪部， 所述励磁体穿过第二爪极， 永磁体7固定于第 一爪极6的极掌处， 第二爪极5和定子之间具有间隙。 0032 所述定子包括定子铁心1和电枢绕组2， 电枢绕组2绕于定子铁心1， 定子铁心固定 连接于外壳。 可以理解的是， 所述定子与普通感应电动机基本相同， 由定子铁心1和三相电 枢绕组2组成， 定子铁心1也采用叠片结构以减。

18、小电动机运行时的铁耗。 当电机做电动机运 行时三相电枢绕组2接电源， 而当发电机运行时三相电枢绕组2外接负载发电。 0033 所述外壳包括筒状壳体9和连接于筒状壳体9端部的端盖10， 所述励磁体连接于筒 状壳体9的内侧， 所述定子连接于端盖10的内侧。 0034 所述第一爪极6固定连接于转轴8； 所述第一爪极6具有多个爪部， 所述第一爪极6 的多个爪部嵌入所述第二爪极5的多个爪部之间的间隙中。 0035 所述第一爪极6包括极跟、 极轭和极掌， 极掌的内圈连接极轭， 极掌的外圈连接极 跟， 极跟连接第一爪部， 所述第一爪极6的极轭固定连接于所述转轴8； 所述第二爪极5连接 的爪部为第二爪部。 0。

19、036 所述第一爪极6的第一爪部包括多个， 所述第二爪极5的第二爪部包括多个， 所述 第一爪部和所述第二爪部的数量相同； 所述第一爪部深入多个所述第二爪部之间的间隙 中， 互相错开的爪部间隙使用非导磁材料填充焊接。 非导磁材料为铁钴镍及其合金以外的 金属及其对应合金。 0037 爪极由钢加工而成。 0038 所述电枢绕组2为交流绕组。 说明书 3/4 页 5 CN 110912301 A 5 0039 所述永磁体7径向充磁； 所述永磁体7的磁动势和所述励磁绕组4的电励磁磁动势 并联。 0040 上述无刷混合磁极式同步发电机的运行方法： 当转子中只有永磁体7励磁时， 气隙 磁场完全由永磁体7产生。

20、， 此时电机为永磁爪极电机； 当励磁绕组4通入直流电时， 绕组磁动 势与永磁体7磁动势为并联关系， 气隙磁场由两种磁源共同产生， 通过控制励磁绕组4电流 的方向和大小可以对气隙磁场进行加强或减弱。 0041 请参考图3， 永磁磁路为： 永磁体(N极)极轭极轭与励磁支架间附加气隙励 磁支架励磁支架与后爪极间附加气隙后爪极主气隙定子齿定子轭定子齿 主气隙前爪极永磁体(S极)。 0042 电励磁磁路为： 励磁支架励磁支架与后爪极间附加气隙后爪极主气隙定 子齿定子轭定子齿主气隙前爪极极轭极轭与励磁支架间附加气隙励磁支 架。 0043 当需要磁场加强时， 使励磁磁势产生的气隙磁场方向与永磁体7产生的气隙。

21、磁场 同向； 当需要磁场减小或反向时， 减小励磁绕组4的电流或电流反向。 因此既可以充分利用 永磁体7获得较大的功率输出， 又可以提升电机的磁场调节能力。 0044 电励磁磁路不经过永磁体7， 气隙中的磁场为二者磁通之和， 所以为并联式励磁。 0045 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 110912301 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 110912301 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 110912301 A 8 。