| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202111311253.7 | 申请日 | 2021-11-08 |
| 公开(公告)号 | CN115333316A | 公开(公告)日 | 2022-11-11 |
| 申请人 | 山东建筑大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 徐晓静; | 第一发明人 | 徐晓静 |
| 权利人 | 山东建筑大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 山东建筑大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省济南市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省济南市历城区凤鸣路1000号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：250014 |
| 主IPC国际分类 | H02K16/02 | 所有IPC国际分类 | H02K16/02 ; H02K1/18 ; H02K1/28 ; H02K7/08 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 济南格源知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 张蕾; |
| 摘要 | 一种气隙可调的双 转子 单 定子 永磁盘式 电机 及其控制方法，包括机壳，机壳内设置有电机轴，电机轴上安装有一个定子和两个转子，两个转子设置在定子的两侧，每个转子均包括转子盘以及与转子盘固定连接的转子盘固定 挡板 ；转子盘固定挡板转动连接有轴向拉 力 齿轮 盘；轴向拉力齿轮盘上固定设置有轴向拉力齿轮，轴向拉力齿轮盘与电机轴 螺纹 连接；转子盘上固定安装有位移电机，位移电机驱动连接有位移电机齿轮；电机轴的两端均固定设置有导电 铜 环，端盖上固定设置有可与导电铜环 接触 的电刷，位移电机通过 导线 与导电铜环连接。采用机械结构改变双转子单定子 盘式电机 气隙大小，进而实现电机气隙 磁场 大小的调整，实现了 电动机 的弱磁调速或发电机 输出 电压 调整。 | ||
| 权利要求 | 1.一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机，其特征是：包括机壳（9），所述机壳（9）的两端固定连接有端盖（6），所述机壳（9）内设置有电机轴（5），所述电机轴（5）的两端贯穿机壳（9）两端的端盖（6），所述电机轴（5）上安装有一个定子（8）和两个转子，两个转子设置在定子（8）的两侧，所述定子（8）上设置有定子绕组（81），每个转子均包括转子盘（1）以及与转子盘（1）固定连接的转子盘固定挡板（3），所述转子盘（1）上固定设置有磁钢（11），所述转子盘固定挡板（3）上设置有转子盘固定挡板滚珠槽（36），所述转子盘固定挡板滚珠槽（36）内放置有滚珠（35）；所述转子盘固定挡板（3）转动连接有轴向拉力齿轮盘（4），所述转子盘固定挡板滚珠槽（36）设置在轴向拉力齿轮盘（4）内，所述轴向拉力齿轮盘（4）上设置有与转子盘固定挡板滚珠槽（36）配合设置滚珠（35）的轴向拉力齿轮盘滚珠槽（43）；所述轴向拉力齿轮盘（4）上固定设置有轴向拉力齿轮（44），所述轴向拉力齿轮盘（4）与电机轴（5）螺纹连接；所述转子盘（1）上固定安装有位移电机（2），所述位移电机（2）驱动连接有位移电机齿轮（21），所述位移电机齿轮（21）与轴向拉力齿轮（44）啮合传动；所述电机轴（5）的两端均固定设置有导电铜环（56），所述端盖（6）上固定设置有可与导电铜环（56）接触的电刷（7），所述位移电机（2）通过导线与导电铜环（56）连接。 |
||
| 说明书全文 | 一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机及其控制方法技术领域背景技术[0002] 随着现代工业的发展，出现了对电机小型化和扁平化的需求，结构扁平的盘式电机又重新得到重视。盘式电机与传统径向磁通电机相比具有轴向尺寸短和功率密度高等特点，通常应用在轴向空间受限的特殊应用场合。如电动汽车轮毂电机、小型风力发电机、电动自行车等。 [0003] 目前汽轮发电机采用的是电流励磁同步发电机，这种同步发电机可以通过改变励磁电流大小调节气隙磁场大小，进而调节输出电压大小，可以很方便的稳定输出电压。尽管永磁电机效率高，但由于永磁电机磁场由永磁体提供，电机气隙磁场大小调节通常采用调节定子绕组电流的直轴电流分量来实现，也即是通常所称的弱磁调速，以实现电动机的高速运转。对于永磁电动机来说，这种调节气隙磁场的方式工程上已经普遍使用。但对于永磁发电机，种调节气隙磁场的方式在工程上较难实现，这也是为什么当前汽轮发电机均是采用电流励磁同步发电机的原因。这种弱磁调速方法需要定子绕组提供额外的弱磁电流，一方面增加了定子绕组铜耗，另一方面需要电源提供额外弱磁能量。对于传统的圆柱式径向磁通永磁电机，由于其气隙长度不能调节，在调节气隙磁场时只能采用调节定子绕组电流直轴电流分量的方法进行。 [0004] 与径向磁通电机不同，盘式电机定转子轴向排列，其气隙长度可以采取一定的措施实现轴向调节，即可以通过调节气隙长度调节气隙磁场大小，进而实现弱磁调速（永磁盘式电动机）或稳定输出电压（永磁盘式发电机）。 [0005] 在气隙可调盘式电机专利申请方面，现有技术1（专利号CN 204794586U）、现有技术2（专利号CN 104993647A）、现有技术3（专利号CN104967256A）和现有技术4（专利号CN204794587）提出了一种气隙可调的盘式电机，采用涡轮电机驱动轴承盖轴向移动实现转子盘的轴向移动，进而实现电机气隙大小的调整。此种方法切实可行，但此方法只适用于单盘盘式电机，对于双转子单定子或者双定子单转子盘式电机由于存在双气隙则无法实现气隙大小的调整。 [0006] 现有技术5（专利号CN103944330A）和现有技术6（专利号CN 203827141U）针对双定子单转子盘式电机采用螺杆的转动控制转子盘两侧定子的轴向位移，实现盘式电机气隙大小调整。尽管此发明可以实现气隙大小调整，但却无法固定转子盘与两侧定子盘轴向的相对位置，即无法保证转子盘两侧的气隙大小相等，这种调整气隙的方式极易造成转子盘两侧气隙大小不等。同时这种调整气隙的方式需要沿定子盘周向设置多个螺杆，且需要具有良好的一致性。另外，这种调整气隙的方式很难自动化控制实现。 [0007] 现有技术7（专利号CN209516751U）和现有技术8（专利号CN209497329U）利用外部气源的气体压力调整盘式电机气隙大小。由于转子盘是旋转的，其外圆和机壳之间势必要留有一定间隙。因此，此方式无法通过调整气隙中的气压调节盘式电机气隙大小。 [0008] 现有技术8（专利号CN10528142A）提出一种可调气隙磁强的盘式永磁无铁芯电机，其中采用蜗杆带动推力轴承套转动，和中间端盖配合实现转子盘的轴向移动。此发明存在以下问题：一是此方法只能调整单边气隙，由于定子不能随着移动，另一个气隙无法调整。二是需要在电机内部添加一个额外的中间端盖，在生产制造方面非常困难。 [0009] 此外，现有技术2（专利号CN 104993647A）中提到的盘式电机气隙调整控制方法中采用了三个固定点值，即气隙最小值、气隙最大值和气隙恒定值，无法实现目前电动汽车电机的无级调速或汽轮机的连续调压。这就是现有技术中的不足之处。 发明内容[0010] 本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机及其控制方法。 [0011] 本方案是通过如下技术措施来实现的：一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机，包括机壳，所述机壳的两端固定连接有端盖，所述机壳内设置有电机轴，所述电机轴的两端贯穿机壳两端的端盖，所述电机轴上安装有一个定子和两个转子，两个转子设置在定子的两侧，所述定子上设置有定子绕组，每个转子均包括转子盘以及与转子盘固定连接的转子盘固定挡板，所述转子盘上固定设置有磁钢，所述转子盘固定挡板上设置有转子盘固定挡板滚珠槽，所述转子盘固定挡板滚珠槽内放置有滚珠；所述转子盘固定挡板转动连接有轴向拉力齿轮盘，所述转子盘固定挡板滚珠槽设置在轴向拉力齿轮盘内，所述轴向拉力齿轮盘上设置有与转子盘固定挡板滚珠槽配合设置滚珠的轴向拉力齿轮盘滚珠槽；所述轴向拉力齿轮盘上固定设置有轴向拉力齿轮，所述轴向拉力齿轮盘与电机轴螺纹连接；所述转子盘上固定安装有位移电机，所述位移电机驱动连接有位移电机齿轮，所述位移电机齿轮与轴向拉力齿轮啮合传动；所述电机轴的两端均固定设置有导电铜环，所述端盖上固定设置有可与导电铜环接触的电刷，所述位移电机通过导线与导电铜环连接。 [0012] 优选的，所述转子盘挡板通过转子盘固定螺钉与转子盘固定连接，所述转子盘挡板通过平键与电机轴连接。 [0013] 优选的，所述轴向拉力齿轮盘包括两个半环形结构，两个半环形结构通过轴向拉力齿轮盘合拢螺栓固定连接。 [0014] 优选的，所述转子盘固定挡板上设置有位移电机导线孔，所述电机轴上设置有电机轴穿线孔，所述电机轴上设置有轴线贯穿的电机轴中空孔，所述电机轴穿线孔与电机轴中空孔连通，所述位移电机的导线通过位移电机导线孔、电机轴穿线孔以及电机轴中空孔与导电铜环连接。 [0015] 优选的，所述电机轴上开设有电机轴键槽，所述平键设置在电机轴键槽内并与转子盘固定挡板键槽配合，设置有转子盘固定挡板键槽能够防止转子盘固定挡板轴向转动。 [0016] 优选的，所述轴向拉力齿轮盘上设置有轴向拉力齿轮盘位移螺纹，所述电机轴上设置有与轴向拉力齿轮盘位移螺纹配合的电机轴位移螺纹。当位移电机2转动时，带动轴向拉力齿轮转动，轴向拉力齿轮盘转动，轴向拉力齿轮盘位移螺纹和电机轴位移螺纹配合，实现转子盘的轴向移动，进而实现电机气隙大小的调节。 [0017] 优选的，所述转子盘固定挡板与转子盘通过转子盘固定螺钉固定连接。 [0018] 一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机的控制方法，包括以下步骤：S01当需要调节气隙大小时，控制两个转子盘上固定设置的位移驱动电机，所述位移驱动电机通过位移电机齿轮带动轴向拉力齿轮转动，进而带动转子盘的轴向移动，实现盘式电机气隙大小的调节； S02实时检测盘式电机电压测试线圈电压，所述电压测试线圈是预埋在定子绕组中的数匝线圈，如果定子两侧线圈的电压大小不等，则对目标电压存在差距的一侧的位移电机进行控制调整，直至定子绕组两侧的电压相等并且等于目标电压。 [0019] 本发明提出了一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机及其控制方法，具有以下有益效果：（1）相对于目前常用的利用定子绕组直轴电流分量调节气隙磁场的方法，本发明直接采用机械结构改变气隙长度，无需定子绕组提供直轴电流分量，提高了电机效率和节省了励磁电流。 [0020] （2）本发明在调节气隙磁场时采用的是改变气隙长度的方法，与利用定子绕组直轴电流分量调节气隙磁场的方法相比，永磁体失磁风险大大降低。 [0021] （3）本发明与利用定子绕组直轴电流分量调节气隙磁场的方法相比具有更大的气隙磁场调节范围，也就是说对于电动机或者发电机具有更大的调速或者调压范围。 [0022] （4）本发明采用和转子同步旋转的小型电机驱动齿轮带动转子盘移动的方法，实现了双转子单定子盘式电机气隙大小的调整，其控制方法是实时测量电机测试线圈电压，根据测试线圈电压大小实时控制小型驱动电机的转动，进而调节气隙大小，直至满足调速或稳压要求。控制方式简单，工程上易于实现。 [0024] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0025] 图1为本发明的整体结构图；图2为转子盘结构示意图； 图3为转子挡板示意图； 图4为轴向拉力齿轮盘； 图5为轴向拉力齿轮盘和转子盘以及转子挡板安装示意图； 图6为电机轴和转子挡板安装示意图； 图7为电机内部结构图； 图8为永磁盘式电动机弱磁调速控制流程图； 图9为永磁盘式电发电机调整输出电压控制流程图。 [0026] 图中：1‑转子盘，11‑磁钢；2‑位移电机，21‑位移电机齿轮，22‑位移电机固定螺钉； 3‑转子盘固定挡板，31‑转子盘固定挡板键槽，32‑转子盘固定螺钉，33‑转子盘固定挡板通孔，34‑位移电机导线孔，35‑滚珠，36‑转子盘固定挡板滚珠槽； 4‑轴向拉力齿轮盘，41‑轴向拉力齿轮盘合拢螺纹孔，42‑轴向拉力齿轮盘位移螺纹，43‑轴向拉力齿轮盘滚珠槽，44‑轴向拉力齿轮； 5‑电机轴，51‑电机轴穿线孔，52‑电机轴位移螺纹，53‑电机轴中空孔，54‑电机轴键槽，55‑平键，56‑导电铜环； 6‑端盖； 7‑电刷； 8‑定子，81‑绕组； 9‑机壳。 具体实施方式[0027] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。 [0028] 如图1‑7所示，一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机，包括机壳9，所述机壳9的两端固定连接有端盖6，所述机壳9内设置有电机轴5，所述电机轴5的两端贯穿机壳9两端的端盖6，所述电机轴5上安装有一个定子8和两个转子，两个转子设置在定子8的两侧，所述定子8上设置有定子绕组81，每个转子均包括转子盘1以及与转子盘1固定连接的转子盘固定挡板3，所述转子盘1上固定设置有磁钢11，所述转子盘固定挡板3上设置有转子盘固定挡板滚珠槽36，所述转子盘固定挡板滚珠槽36内放置有滚珠35；所述转子盘固定挡板3转动连接有轴向拉力齿轮盘4，所述转子盘固定挡板滚珠槽36设置在轴向拉力齿轮盘4内，所述轴向拉力齿轮盘4上设置有与转子盘固定挡板滚珠槽36配合设置滚珠35的轴向拉力齿轮盘滚珠槽43；所述轴向拉力齿轮盘4上固定设置有轴向拉力齿轮44，所述轴向拉力齿轮盘4与电机轴5螺纹连接；所述转子盘1上固定安装有位移电机2，所述位移电机2驱动连接有位移电机齿轮21，所述位移电机齿轮21与轴向拉力齿轮44啮合传动；所述电机轴5的两端均固定设置有导电铜环56，所述导电铜环56与电机轴为过盈配合，所述导电铜环56包括多个环状体，所述环状体与环状体之间以及环状体与电机轴5之间都是绝缘的，所述端盖6上固定设置有可与导电铜环56接触的电刷7，所述位移电机2通过导线与导电铜环56连接。 [0029] 进一步地，所述转子盘挡板3通过转子盘固定螺钉32与转子盘1固定连接，所述转子盘挡板3通过平键55与电机轴5连接。 [0030] 进一步地，所述轴向拉力齿轮盘4包括两个半环形结构，两个半环形结构通过轴向拉力齿轮盘合拢螺栓45固定连接。 [0031] 进一步地，所述转子盘固定挡板3上设置有位移电机导线孔34，所述电机轴5上设置有电机轴穿线孔51，所述电机轴5上设置有轴线贯穿的电机轴中空孔53，所述电机轴穿线孔51与电机轴中空孔53连通，所述位移电机2的导线通过位移电机导线孔34、电机轴穿线孔51以及电机轴中空孔53与导电铜环56连接。 [0032] 进一步地，所述电机轴5上开设有电机轴键槽54，所述平键55设置在电机轴键槽54内并与转子盘固定挡板键槽31配合。 [0033] 进一步地，所述轴向拉力齿轮盘4上设置有轴向拉力齿轮盘位移螺纹42，所述电机轴5上设置有与轴向拉力齿轮盘位移螺纹42配合的电机轴位移螺纹52。 [0034] 进一步地，所述转子盘固定挡板3与转子盘1通过转子盘固定螺钉32固定连接。 [0035] 一种气隙可调的双转子单定子永磁盘式电机的控制方法，包括以下步骤：S01当需要调节气隙大小时，控制两个转子盘1上固定设置的位移驱动电机2，所述位移驱动电机2通过位移电机齿轮21带动轴向拉力齿轮44转动，进而带动转子盘1的轴向移动，实现盘式电机气隙大小的调节； S02实时检测盘式电机电压测试线圈电压，所述电压测试线圈是预埋在定子绕组 81中的数匝线圈，如果定子8两侧线圈的电压大小不等，则对目标电压存在差距的一侧的位移电机2进行控制调整，直至定子绕组81两侧的电压相等并且等于目标电压。 [0036] 电压测试线圈两端电压大小和电机空载反电动势成一定的比例关系（比例大小和测试线圈的匝数与每相串联匝数有关），通过测量测试线圈电压大小，根据比例关系就能计算出此时电机反电动势大小。 [0037] 双转子单定子永磁盘式电动机弱磁调速控制流程图如图8所示，双转子单定子永磁盘式电发电机调整输出电压控制流程图如图9所示。图8和图9中Uc1和Uc2分别为两侧定子绕组预埋测试线圈上的电压，k为每相串联匝数和预埋线圈匝数比值，UVF为变频器最大输出电压，n为电动机当前转速，nd为电动机目标转速。ξ为一个微小的数，一般根据调速或者调压精度要求定义。U2为发电机输出电压，Uref为发电机需要稳定的电压值。 [0038] 本发明提出了采用机械结构改变双转子单定子盘式电机气隙大小，进而实现电机气隙磁场大小的调整，实现了电动机的弱磁调速或发电机输出电压调整功能。与目前常用的通过改变定子绕组直流电流分量调节气隙磁场相比，节省了能量，提高了电机效率，同时也为永磁电机应用在发电领域提供了切实可行的方法本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。 [0039] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点、创造性的特点相一致的最宽的范围。 |
||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈