[发明专利]一种盘式电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，特别涉及一种有效气隙和电机特性随工作模式不同而变化的电机。

背景技术

在很多场合，电机在电动和发电状态的需求不同，以起动发电机为例，起动发电机技术取代了传统的起动机、发电机。在起动发动机时作电动机用，发动机高于点火速后，发动机能自行工作，电机则由电动机状态转为发电状态，作发电机用，实现了内燃机起动及发电机的功能。而起动发电机存在的问题在于电动模式起动发动机时需要电机输出低速大转矩，但在发动机高速运行进行发电时，需要很高的速度和很小的转矩。两种工况需要统一在一个电机中，因此通常起动发电机系统的弱磁倍率很高，常常超过10，以致难以实现全范围的高效运行，同时弱磁控制也十分困难。为了解决这个问题，很多厂家采用混合励磁电机，通过调节励磁实现全速范围内的高效运行，但是大多混合励磁电机需要电刷提供励磁电流，电机的可靠性和维护性较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有起动发电机调速范围宽，设计控制困难的问题，同时提高电机全速范围内的系统效率，提出一种新型的盘式电机。

本发明的盘式电机包括电机壳体，定子铁芯，定子绕组，永磁转子，永磁体，转子轴，左侧轴承和右侧轴承，定子绕组嵌在定子铁芯的定子槽中；永磁体固定在永磁转子上且与定子铁芯相对。转子轴通过左侧轴承和右侧轴承支撑在电机壳体上。转子轴的左右两侧有左侧挡环和右侧挡环，且左侧挡环和右侧挡环与转子轴刚性连接在一起；永磁转子有内螺纹，转子轴有外螺纹，且转子轴的外螺纹与永磁转子的内螺纹相配合，使永磁转子可以在转子轴上通过螺纹旋转实现轴向左右移动，永磁转子在转子轴上的移动范围在左侧挡环和右侧挡环之间。

盘式电机作为轴向磁通电机，磁场在气隙中轴向分布。电机的气隙定义为定子铁芯表面与转子铁芯表面在轴向的距离，定转子的磁场穿过气隙相互作用，从而实现能量的转换。对于盘式电机，电机的转矩和功率随着有效气隙长度的增大而减小，电机的永磁反电势随着有效长度的增大而减小。

当本发明所述的电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转并向左移动，直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向的距离，即电机有效气隙长度L1最小；当所述的电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转并向右移动，直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向的距离，即电机有效气隙长度L2最大；有限气隙长度L1和L2可根据实际的需求进行设计调整。因此所述电机的永磁转子在转子轴的不同位置，电机的有效气隙长度不同，则电机具有不同输出特性，满足不同的需求。

本发明的工作原理和工作过程描述如下：

定义转子轴右侧为螺纹头，左侧为螺纹底；定义电机正方向为从右侧看顺时针旋转方向。

假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是右旋螺纹时，即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部。当本发明所述的盘式电机处于正向旋转的电动状态时，永磁转子受到电磁转矩而正向旋转，导致永磁转子在转子轴上轴向向左移动，直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合，永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短，有效气隙长度最小，输出转矩最大，永磁反电势最大。当所述的电机处于正向旋转的发电状态时，转子轴受到外界转矩而正向旋转，导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向右移动，直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合，转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长，有效气隙长度最大，输出的转矩最小，永磁反电势最小。

假定本发明所述的电机永磁转子和转子轴的螺纹是右旋螺纹时，即从螺纹头看顺时针旋转会旋入螺纹底部。当本发明所述的盘式电机处于反向旋转的电动状态时，永磁转子受到电磁转矩而反向旋转，导致永磁转子在转子轴上轴向向右移动，直到永磁转子右侧与右侧挡环贴合，永磁转子作为主动部件将受到的电磁转矩传递到转子轴上输出，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最长，有效气隙长度最大，输出的转矩最小，永磁反电势最小。当所述的电机处于反向旋转的发电状态时，转子轴受到外界转矩而反向旋转，导致电机永磁转子在转子轴上发生相对旋转而轴向向左移动，直到永磁转子左侧与左侧挡环贴合，转子轴作为主动部件将受到的转矩传递到永磁转子上，此时的电机永磁转子与定子铁芯在轴向距离最短，有效气隙长度最小，输出转矩最大，永磁反电势最大。