独立磁路混合励磁电机制造技术

本发明专利技术涉及一种独立磁路混合励磁电机。它是一种永磁磁路与电励磁磁路相对独立的径向磁场式混合励磁电机。其结构体包括壳体、两个端盖、由定子铁芯和电枢绕组构成的定子、以及由转子铁芯、永磁体、电励磁绕组和电励磁磁极构成的转子。在横截面上，永磁磁极与电励磁磁极成对安置，永磁磁极与电励磁磁极之间采取隔磁措施将两者的磁路隔离，以确保永磁磁路和电励磁磁路相对独立。由于两者的磁路相对独立，电励磁所需的磁势小，电机的磁场调节效率高；励磁绕组的端部可安置在电枢绕组端部内侧的空间，使电机定子铁芯及其电枢绕组有效长度的利用率高、电机的效率高、密度高；电励磁磁势不会对永磁体造成不可逆的退磁作用，电机的可靠性高；电励磁电流双向可调，磁场的调节范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转电机，是一种利用磁路相对独立的混合励磁方法控制气隙磁 场的混合励磁电机。技术背景永磁电机以其高密度，高效率，高可靠性、轻量小型化等特点越来越受到重视， 也越来越多地在各个领域得到应用。然而，由于永磁电机磁场是恒定磁场，难以实现 像电励磁电机般灵活、高效地调节磁场。于是，磁场可调的混合励磁电机成了研究的 热点。在上世纪90年代中晚期，随着电力电子和永磁电机的技术进步，涌现出多种结 构的混合励磁电机。如混合励磁双凸极电机、轴向组合转子混合励磁电机、旁路式混 合励磁电机和轴向双馈电混合励磁电机等。这些结构的混合励磁电机从永磁与电励磁 磁势组合方式看可归纳为磁势串联、并联和混联三类结构。由于在磁势并联的混合励 磁电机中永磁磁路和电励磁磁路相对独立，其磁场调节性能比磁势串联和混联的混合 励磁电机有较明显的优势。目前，典型的结构为轴向组合转子混合励磁电机，该转子 由永磁转子段和电励磁转子段轴向串接组成，由于在永磁转子段与电励磁转子段之间 安置了电励磁励磁绕组端部，降低子电机定子铁芯及其电枢绕组有效长度的利用率， 由此降低了电机的效率与电机的体积密度与重量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种永磁与电励磁磁势相并 联、磁场调节功效强、高效率、高可靠性、结构紧凑的独立磁路混合励磁电机。本专利技术的构思是在电机的横截面上，构成相对独立的永磁磁路和电励磁磁路， 电励磁绕组的端部安置在电枢绕组端部的内侧，有效地利用电机的轴向空间，使得电 机结构紧凑、重量轻、效率高、密度高。本专利技术采用下述技术方案 一种由极对数为冈的永磁极和/ 2的电励磁磁极在同 一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场式电机，其主要结构部件包括壳体、两个端 盖、由定子铁芯和电枢绕组构成的定子、以及由转子铁芯、永磁体、电励磁绕组和电励磁磁极构成的转子，在永磁磁极与电励磁磁极之间采取隔磁措施将两者的磁路隔 离，以确保永磁磁路和电励磁磁路相对独立，具体见图1和图2。其特征在于-1) 永磁磁极和电励磁磁极安置在同一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场 电机。2) 电机极对数/7等于永磁磁极极对数Pl和电励磁磁极极对数/72之和。3) 永磁磁极与电励磁磁极之间有隔磁槽将两者的磁路隔离。4) 永磁体采用径向表面式、或切向式、或内置式一包括I形、V形、U形等常 用的结构型式。5) 电机的极/槽配合可采用整数槽、分数槽等常用的极/槽比。 上述的电励磁绕组的端部位于电枢绕组端部的内侧。径向式独立磁路混合励磁电机的工作原理由于转子内永磁磁极和电励磁磁极成 极对放置，并在相邻的永磁磁极和电励磁磁极中间采取隔磁措施，使电励磁磁路和永 磁磁路各自形成独立磁路。永磁磁路为从永磁体W极出来、经永磁磁极N、气隙、 定子齿、定子轭、定子齿、气隙、永磁磁极S回到永磁体S极构成回路，具体见图3; 电励磁磁路为电励磁磁极、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、电励磁磁极、 电励磁磁轭回到电励磁磁极构成回路，具体见图4。其中永磁磁场基本恒定，电励 磁磁场的大小和方向随励磁电流大小和方向的变化而变化。若电励磁绕组电流为零， 无电励磁磁场，此时只有永磁磁通。由于混合励磁电机电枢绕组的支路感应电势是各 线匝电势之和，若电励磁磁场任一位置磁通方向与相距整数极对数位置的永磁磁场磁 通方向相同，则电枢支路内永磁磁极与电励磁磁极感应电势方向相同，感应电势数值 相加，起助磁作用。反之，若电励磁磁场任一位置磁通方向与相距整数极对数位置的 永磁磁场磁通方向相反，则电枢支路内永磁极与电励磁磁极感应电势方向相反，感应 电势数值相减，起去磁作用。若无电励磁磁场，则电枢线圈支路感应电势只由永磁磁场产生。图5、 6、 7分别是电励磁磁场起助磁、去磁和无电励磁磁场三种情况对应的气隙磁密波形图。本专利技术与现有技术相比的突出的实质性特点和优点1) 由于永磁磁路和电励磁磁路相对独立，电励磁所需的磁势小，电机的磁场调 节效率高。2) 与轴向组合式混合励磁电机相比，励磁绕组的端部安置在电枢绕组端部内侧的空间，提高了定子铁芯及其电枢绕组有效长度的利用率，使得电机结构紧凑，空间利用率高、效率高。3) 由于永磁磁路和电励磁磁路相对独立，电励磁磁路不会对永磁体造成不可逆 的退磁作用，电机的可靠性高。4) 电励磁电流双向可调，磁场的调节范围广。附图说明图l是独立磁路混合励磁电机轴向剖面示意图。图2是图1示例中A-A处剖面图。图3是独立磁路混合励磁电机永磁磁路示意图。图4是独立磁路混合励磁电机电励磁磁路示意图。图5是独立磁路混合励磁电机助磁时气隙磁密波形示意图。图6是独立磁路混合励磁电机去磁时气隙磁密波形示意图。图7是独立磁路混合励磁电机无电励磁磁场时气隙磁密波形示意图。图8是独立磁路混合励磁电机励磁绕组交叉式绕制方式示意图。图9是独立磁路混合励磁电机励磁绕组集中式绕制方式示意图具体实施方式本专利技术的一个优选实施例结合附图说明如下本独立磁路混合励磁电机为一台12极/18槽切向式永磁体结构的独立磁路混合 励磁电机，参见图1和图2，本电机包括两个端盖1、机壳4、由定子铁芯3和电枢 绕组2构成的定子、以及由转子铁芯5、电励磁绕组6和永磁体9构成的转子。本实施例中永磁磁极IO、 11与电励磁磁极12、 14极对数之比为/^/72-4/2，考虑 到电气平衡和机械平衡，采用2对永磁磁极10、 11和1对电励磁磁极12、 14为一组、 分两组交替排例，具体见图2。依据该电机的工作原理，l对电励磁磁极应该是中间 一个完整的磁极14，左右两边有两个与之极性相反的半个磁极12，根据磁极极性要 求，每个转子槽中有两套电流方向相同的绕组，可以交叉式绕制，也可以都绕制在一 个完整的磁极14上，具体见图8和图9。为保证永磁磁路与电励磁磁路相对独立，在永磁磁极IO、 11与电励磁磁极12、 14交替安置的中间有一个径向隔磁槽16，按照磁通走磁阻最小路径的原则，隔磁槽 沿切向的厚度必须远大于电机气隙长度15，隔磁槽16沿径向上、下两个桥17、 18的厚度在机械强度允许的前提下尽可能要薄，以防止过多的磁通经过此桥构成漏磁 路，降低混合励磁电机的性能。假设永磁体9的极性与电励磁绕组6的电流方向如图3和图4所示，永磁磁通路 径为从永磁体9iV极出来、经永磁磁极Nll、气隙15、定子齿8、定子轭7、定子 齿8、气隙15、永磁磁极S10回到永磁体9 S极；电励磁磁通路径为从完整电励 磁磁极14、经电励磁轭部13、半个电励磁磁极12、气隙15、定子齿8、定子轭7、 定子齿8、气隙15回到完整电励磁磁极14构成回路。此时气隙磁密沿电枢圆周表面 的分布如图5所示，电枢支路内永磁磁极与电励磁磁极在线匝内感应电势方向相同， 感应电势数值相加，起助磁作用。假设永磁体9的极性不变，电励磁绕组6的电流方向与图3和图4所示方向相反， 永磁磁通路径同上述；电励磁磁路与上述方向相反。此时气隙磁密沿电枢圆周表面的 分布如图6所示，电枢支路内永磁磁极与电励磁磁极在线匝内感应电势方向相反，感 应电势数值相减，起去磁作用。若无电励磁电流，只有永磁磁路。此时气隙磁密沿电枢圆周表面的分布如图7 所示，电枢支路内各线匝感应电势只由永磁磁场产生。独立磁路混合励磁电机励磁绕组的绕制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立磁路的径向磁场式混合励磁电机，其主要结构件包括两个端盖（１）、壳体（４）、由定子铁芯（３）和电枢绕组（２）构成的定子、以及由转子铁芯（５）、电励磁绕组（６）、永磁体（９）和电励磁磁极（１２、１４）构成的转子，其特征在于：ａ． 永磁磁极（１０、１１）和电励磁磁极（１２、１４）安放在同一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场电机；ａ．电机极对数为永磁磁极（１０、１１）极对数和电励磁磁极（１２、１４）极对数之和；ｂ．永磁磁极（１０、１１）与电励磁磁极（１２ 、１４）之间有隔磁槽（１６）将两者的磁路隔离；ｃ．永磁体（９）采用径向表面式、或切向式、或内置式－包括Ｉ形、Ｖ形、Ｕ形等常用结构型式；ｄ．电机的极／槽配合采用整数槽、或分数槽的常用极／槽比。

【技术特征摘要】
1.一种独立磁路的径向磁场式混合励磁电机，其主要结构件包括两个端盖(1)、壳体(4)、由定子铁芯(3)和电枢绕组(2)构成的定子、以及由转子铁芯(5)、电励磁绕组(6)、永磁体(9)和电励磁磁极(12、14)构成的转子，其特征在于a.永磁磁极(10、11)和电励磁磁极(12、14)安放在同一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场电机；a.电机极对数为永磁磁极(10、11)极对数和电励...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄苏融，张琪，洪文成，丁烜明，谢国栋，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]