一种轴向结构双凸极电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种轴向结构双凸极电机。

背景技术：

双凸极电机因其具有转子上无绕组，结构简单，适合高速运行的特点而成为继开关磁阻电机之后交流电机及其控制领域又一新的研究方向。电励磁双凸极电机是在开关磁阻电机和永磁双凸极电机基础上研制开发的产品，该电机具备了开关磁阻电机和永磁双凸极电机的优点，用电励磁代替电机永磁结构，使电机结构和制造工艺都非常简单，可靠性高、成本低，特别适用于高速运行。

目前国内外所使用的双凸极电机或发电机都是由径向结构的转子和定子组成，现有专利cn1099155c公开了一种双凸极无刷直流发电机，其特点是结构上转子在定子内部转动，通过径向气隙产生径向磁路，要增加输出扭矩或功率要求增加定转子铁芯长度，制造工艺要求高，机体轴向尺寸较大。现有中国cn101183804公开了一种三相外转子电励磁双凸极风力发电机，其定子位于转子内部，外径较小，通过径向气隙产生径向磁路，多适合低转速应用。这种电机或发电机在低转速应用时功率密度较高，但整体机械结构较复杂，其定子因散热面积小而散热困难。现有专利cn207150326u公开了一种不对称励磁定子错角双凸极电机，其中具体公开了电机转轴、两组凸极定子、两组凸极转子、定子绕组、覆盖于电机转轴的导磁材料和中央电励磁线圈，但该实用新型采用两组凸机定子基于转矩叠加原理，增加转矩，减小其转矩脉动。

综上，急需设计一种功率密度高，结构和制造工艺简单，可靠性好且成本低适合做成盘状的双凸极电机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种结构更加简单，功率密度大，可靠性好，制作工艺简单且适合做成盘状的轴向结构无刷直流电机或发电机。具体采用以下技术方案：

一种轴向结构双凸极电机，包括盘式定子、盘式转子、电机转轴、电枢绕组和励磁绕组，其特征在于，所述电机中盘式定子和盘式转子的数量各有一个，所述盘式定子包括定子轭、定子轭两侧的定子极，所述定子极上套装有电枢绕组，所述盘式定子中央设置定子中心极7，所述定子中心极7上套装有励磁绕组，所述盘式转子无绕组，所述盘式定子和盘式转子面相对、轴向安装，形成轴向磁路。

具体地，所述盘式转子无绕组，由三部分组成，包括转子轭、转子轭两侧的转子极以及与所述定子中心极7位置相对应的转子中心极8。

优选地，所述定子中心极7和转子中心极8均为环形柱状结构。

优选地，所述相对的两个定子极的电枢绕组正向串联构成一相，形成三相绕组，通过igbt斩波控制输出扭矩或者通过二极管整流电路发出直流电。

具体地，所述盘式定子与盘式转子均由铁粉芯材料压铸而成。

具体地，所述定子极呈扇形柱状结构，且沿圆周等间隔分布，分布间隔为一个定子极距360゜/6n，其中6n为盘式定子极数，n＝1、2、3、4。

具体地，所述转子轭两侧的转子极沿圆周等间隔分布，分布间隔为一个转子极距360゜/4n，其中4n为盘式转子极数，n＝1、2、3、4。

具体地，所述定子极上的电枢绕组从轴向直接套到每个定子极上，固定在定子轭中。

具体地，所述电枢绕组采用集中绕组形式，绕制在定子极上。

另一方面，所述励磁绕组也可以沿所述盘式定子表面径向沿直径横向绕制，绕开定子中心极7套固定在定子盘中部。

所述电机的基本工作原理是，当励磁绕组通有恒定电流，其产生的磁通经过定转子中心极之间的气隙，再通过转子极、定子极及转子极和定子极之间的气隙形成回路，产生反电动势，沿盘面产生切向磁力。当负载扭矩变化时，可通过调节电枢电流大小和相位提供要求的扭矩输出，或者当转速变化时，可通过调节励磁绕组的电流大小来维持恒定电压发电输出等。

本发明具有以下有益效果：

一、由于转子盘上无绕组和无换向器，整个转子盘可以一次压铸成型，工艺成熟简单；

二、定子上的绕组可以从轴向直接安装固定在定子轭中，且励磁绕组与电枢绕组完全分开，整个嵌线工艺简单可靠、适合全自动化操作；

三、本电机定转子极外径大、极宽也大，故其功率密度高，与径向结构的双凸极电机相比扭矩与功率密度均大大增加；

四、在轮毂电机应用领域具有广阔的应用前景，具有低速大扭矩启动电流小的优势，尤其作为车载增程发电系统用直流发电机，以盘状转子直接替代发动机飞轮，整机扁平盘状安装尺寸更小，更具有重要意义。

附图说明

图1(a)为轴向结构双凸极电机转子结构示意图；图1(b)为轴向结构双凸极电机定子结构示意图；

图2为轴向结构双凸极电机整体结构示意图；

图3为轴向结构双凸极电机作发电机用的电气连接示意图；

图4为轴向结构双凸极电机作驱动电机用的电气连接示意图。

其中，1-转子极，2-盘式转子，3-定子极，4-电枢绕组，5-励磁绕组，6-盘式定子，7-定子中心极，8-转子中心极，9-电机转轴。

具体实施例

实施例1

一种轴向结构双凸极电机，包括盘式定子6、盘式转子2、电机转轴9、电枢绕组4和励磁绕组5，所述电枢绕组4采用集中绕组形式，从轴向直接套到每个定子极上，固定在定子轭中，所述电机中盘式定子6和盘式转子2的数量各有一个，所述盘式转子2无绕组，所述盘式定子6包括定子轭、定子轭两侧的定子极，所述盘式定子6中央设置定子中心极7，所述定子中心极7上套装有励磁绕组5，所述盘式定子与盘式转子均由铁粉芯材料压铸而成。如图1(b)所示，所述定子极呈扇形柱状结构，且沿圆周等间隔分布，分布间隔为一个定子极距360゜/6，定子极宽与极间距一致，如图1(a)所述转子轭两侧的转子极沿圆周等间隔分布，分布间隔为一个转子极距360゜/4，

如图2所示，所述盘式转子2无绕组，由三部分组成，包括转子轭、转子轭两侧的转子极以及与所述定子中心极7位置相对应的转子中心极8，所述定子中心极7和转子中心极8均为环形柱状结构，所述盘式定子6和盘式转子2面相对、轴向安装，形成轴向磁路。

定子相对的两个极上的电枢绕组4正向串联构成一相，组成a-x，b-y和c-z的三相绕组。在发电机应用时，见图3，三相绕组通过二极管整流电路发出恒定的直流电。在电机应用时，见图4，三相绕组经过igbt阵列控制产生扭矩输出。

励磁绕组5装在轴外围和定子中心极7处，其基本工作原理是，当励磁绕组5通有恒定电流，其产生的磁通经过定转子中央部位的气隙，再通过转子极、定子极及转子极和定子极之间的气隙形成回路，产生反电动势，沿盘面产生切向磁力。当负载扭矩变化时，可通过调节电枢电流大小和相位提供要求的扭矩输出，或者当转速变化时，可通过调节励磁绕组5的电流大小来维持恒定电压发电输出等。

实施例2

与实施例1相比，区别在于本实施例中所述励磁绕组5沿所述盘式定子表面径向沿直径横向绕制，绕开定子中心极7套装在定子盘中部。

以上所述仅为本发明的实施例子，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。