一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机制造技术

本发明专利技术公开了一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机，包括：位于转子中心的转轴，所述转轴外设置转子铁心，所述转子铁心上设置设定数量的凸极，每个凸极两侧上缠绕线圈形成转子励磁绕组，每个凸极的几何中心线的电机转子旋转运动方向的反向一侧表面安装永磁体，整个转子的永磁体呈非对称分布。本发明专利技术混合励磁绕线转子可有效利用直流励磁转矩和永磁转矩，并且永磁体非对称设计不仅增加电机的凸极比而增大磁阻转矩，而且使得电机的直流励磁转矩、永磁转矩和磁阻转矩在相同或相近的电流相位角处叠加而提升电磁转矩，进而提升本发明专利技术混合励磁绕线式同步电机的转矩密度、效率和功率因数等电磁性能。

A hybrid excitation wound rotor and a hybrid excitation wound synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机
本专利技术涉及混合励磁同步电机
，尤其涉及一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，永磁同步电机以其高转矩密度和高效率引起了人们的广泛关注。然而，由于稀土永磁材料价格昂贵，因此开发稀土永磁体用量少或无稀土永磁体的高性能电机势在必行。绕线转子同步电机不依赖永磁材料，成本低、稳定性强，但性能相对较低。很多研究人员提出了大量的技术来改进绕线转子同步电机的性能，但与永磁同步电机的性能依然差距很大。集合了两种电机优点的混合励磁绕线转子同步电机因其提高了转矩密度、效率和具有较好的弱磁能力而受到越来越多的关注。传统的混合励磁绕线式同步电机的设计是基于对称的永磁体和励磁绕组的转子结构，这也使得电机对各转矩成分不能充分利用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机，充分利用了直流励磁转矩、永磁转矩和磁阻转矩，提高了电机的转矩密度、效率和功率因数。在一些实施方式中，采用如下技术方案：一种混合励磁绕线转子，包括：位于转子中心的转轴，所述转轴外设置转子铁心，所述转子铁心上设置设定数量的凸极，每个凸极上缠绕线圈形成转子励磁绕组，每个凸极的几何中心线沿电机转子旋转运动方向的反向一侧安装表贴式永磁体，整个转子的永磁体呈非对称分布。进一步地，所述转子铁心由硅钢片叠压制作而成。进一步地，所述永磁体为钕铁硼永磁体或其他永磁体材料。进一步地，所述永磁体为瓦片形。进一步地，所述永磁体充磁方向沿径向方向向外或者向里充磁，相邻两磁极上永磁体的充磁方向相反。进一步地，所述转子励磁绕组通电流后产生的磁动势方向与磁极上安装永磁体的充磁方向相同。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种混合励磁绕线式同步电机，包括：定子部分和转子部分，所述转子部分采用上述的混合励磁绕线转子。进一步地，所述定子部分包括：定子铁心和定子绕组，所述定子铁心为圆筒状，沿转轴方向延伸。进一步地，所述定子铁心的内周上沿着圆周方向等间隔设置设定数量的定子槽，所述定子槽从定子铁心侧向转轴方向延伸成凸状；所述定子槽中设置三相定子绕组。进一步地，定子铁心和转子铁心之间行成环状气隙间隔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术混合励磁绕组转子可同时输出直流励磁转矩、永磁转矩和磁阻转矩，显著提高电机的转矩、效率和功率因数等电磁性能。本专利技术混合励磁转子凸极侧的永磁体设计安装具有非对称性，该非对称结构可以优化传统绕线转子同步电机和永磁同步电机的转矩成分叠加关系，使得本专利技术混合励磁绕线式同步电机的直流励磁转矩、永磁转矩和磁阻转矩在相同或相近的电流相位角处进行叠加，从而提高电机对其转矩成分的利用率，在不改变电机尺寸的前提下，提高电机的转矩输出，进一步的提高电机的转矩密度、效率及功率因数等整体性。本专利技术混合励磁转子采用永磁体和直流绕线线圈分别作为励磁源，两种励磁源的配合使用可以全面的提升电机的性能，在本专利技术中，把两种励磁源产生的直流励磁转矩和永磁转矩统称为励磁转矩。永磁体的非对称安装提高各转矩成分利用率，提升整体的转矩输出；绕线线圈的使用使得转子磁链具有易控制的特点，可以更方便的实现电机的弱磁升速，同时控制转子绕线的电流还可以在保证定子侧电流不发生变化的情况下增大电机的转矩输出，使得电机的性能更加稳定。附图说明图1是本专利技术实施例一中27槽4极高电磁性能混合励磁绕线转子同步电机垂直于转轴的剖面结构图；图2是本专利技术实施例一中标注了永磁体充磁方向和绕组通电电流的转子剖面结构图；图3是本专利技术实施例一中混合励磁绕线转子一个磁极剖面结构图；图4为本专利技术实例电机的转矩特性曲线；图5为作为对比用的传统绕线式同步电机、混合励磁式同步电机或凸极永磁同步电机的转矩特性图；其中，1.定子铁心，2.定子绕组，3.气隙，4.转子固定螺丝，5.转子励磁绕组，6.转子铁心，7.永磁体，8.转轴，9.直流励磁转矩和永磁转矩(或合称励磁转矩)，10.磁阻转矩，11.电磁转矩。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。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申请的示例性实施方式。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，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。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一在一个或多个实施方式中，公开了一种混合励磁绕线转子，应用于绕线式永磁电机中，该转子包括转轴8，固定于转轴8上的转子铁心6，转子铁心6上的绕组线圈，以及安装在转子凸极端部的永磁体7。每个凸极上安装一套绕组线圈，用于产生转子磁动势。每个凸极端部的几何中心线沿电机转子旋转运动方向的反向一侧安装一块瓦片形永磁体7，该永磁体7使该转子具有非对称性。所述转子部分的铁心由冷轧硅钢片轴向叠压而成。转子铁心6上的绕组通过电刷滑环接入直流电源，电流通过绕组产生转子磁动势。电机部分，包括上述混合励磁绕线转子、定子铁心1、定子绕组2，定子铁心1由硅钢片叠压而成。定子绕组2由线圈构成。定子绕组2通三相交流电，产生定子磁动势。本实施例采用27槽4极分布式绕组结构对本专利技术转子结构以及电机结构进行说明，但并不表明该电机只能使用27槽4极的结构分布式绕组，定子槽数、转子极数以及线圈的绕组形式都可以改变，只要保证转子结构按上述形式设计所得到的转子均属于该专利的保护范围。参照图2和图3，转子部分包含：转子固定螺丝4、转子励磁绕组5、转子铁心6、钕铁硼材料制成的瓦片形永磁体7和转轴8。转轴8位于转子中心，两端通过轴承固定在机壳上。转子铁心6由硅钢片叠压制作而成。本实施方式采用永磁体7励磁与线圈励磁两种励磁方式混合的励磁方式，在转子铁心6设置分成4个凸极。每个凸极上缠绕线圈形成转子励磁绕组5，钕铁硼材料制成的瓦片形永磁体7表贴于每个凸极的几何中心线沿电机转子旋转运动方向的反向一侧，呈非对称分布。当然，永磁体7也可以采用其他形式的永磁体7材料，比如：钐钴永磁体7、铝镍钴永磁体7或者铁氧体永磁体7等。图2表示第一实施方式所涉及的高性能混合励磁绕线式同步电机标注了永磁体7充磁方向和绕组通电电流方向的转子剖面结构图。永磁体7在凸极的安装位置呈非对称分布，使得转子结构具有非对称性，转子的非对称结构能够改变直流励磁转矩、永磁转矩和磁阻转矩10的耦合叠加关系，使电枢反应转矩和磁阻转矩10的最大值在相同或者相近的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合励磁绕线转子，包括：位于转子中心的转轴，所述转轴外设置转子铁心，其特征在于，所述转子铁心上设置多个凸极，每个凸极上缠绕线圈形成转子励磁绕组，每个凸极的几何中心线的电机转子旋转方向的反向一侧表面安装永磁体，整个转子的永磁体呈非对称分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合励磁绕线转子，包括：位于转子中心的转轴，所述转轴外设置转子铁心，其特征在于，所述转子铁心上设置多个凸极，每个凸极上缠绕线圈形成转子励磁绕组，每个凸极的几何中心线的电机转子旋转方向的反向一侧表面安装永磁体，整个转子的永磁体呈非对称分布。


2.如权利要求1所述的一种混合励磁绕线转子，其特征在于，所述转子铁心由硅钢片叠压制作而成。


3.如权利要求1所述的一种混合励磁绕线转子，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼永磁体或其他永磁体。


4.如权利要求1所述的一种混合励磁绕线转子，其特征在于，所述永磁体为瓦片形且在凸极上呈非对称分布。


5.如权利要求1所述的一种混合励磁绕线转子，其特征在于，所述永磁体充磁方向沿径向方向向外或者向里充磁，相邻两磁极上永磁体的充磁相反。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文良，张利勃，刘炎，刘聪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37