轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机，属于同步电机领域。本发明专利技术所述的轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机，包括在机壳内装有由电枢铁心和电枢绕组组成的定子和装有转轴由Ｎ极极靴、Ｓ极极靴以及切向磁化永磁体组成的置于定子内的转子所构成的同步电机，其特征在于：转子的Ｎ极和Ｓ极极靴沿轴向向同一方向延伸，拉伸形成的空心圆柱形极靴和圆环形极靴分别与固定在电机后端盖上的环形导磁桥的内壁和外壁之间有一定长度的轴向的附加气隙。与现有的技术相比具有励磁磁势大、轴向磁路显著缩短、不易饱和、气隙磁密大、电机功率密度高等优点，适于在电机长度受到限制的高性能驱动和发电场合使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机，属于混合励磁同步电机领域。
技术介绍
混合励磁同步电机相对于永磁电机最大的优点是气隙磁场可调节，而有效气隙磁场调节范围是衡量混合励磁电机性能的重要因素。混合励磁同步电机中一般有两种磁通路径，主磁路和轴向磁路，主要通过调节轴向磁路中的磁通来调节主气隙磁通，所以轴向磁通的大小调节即轴向磁路设计在混合励磁电机设计中至关重要。现有的混合励磁同步电机大部分轴向磁路经过电机定子部分，特别是经过定子机壳，其代表性结构是英国学者E. Spooner和日本学者T. Mizuno博士提出并研究的转子磁极分割型混合励磁同步电机，这类电机机壳甚至包括端盖结构和材料受到磁路设计限制，轴向磁路易饱和，而且转子永磁体为表贴式结构，气隙磁密偏低。另ー种转子磁分路混合励磁同步电机，轴向磁路仅经过转子的N极导磁体，S极导磁体以及导磁桥，结构简单，轴向磁路短，轴向磁通较容易调节。但是为了保证轴向导磁体磁路方向上的截面积以及导磁桥内嵌绕励磁绕组的空间，N极或S极导磁体延伸端需要向外扩张，这样延伸段必须避开定子绕组短接部分的长度，使得电机轴向长度偏长，而且导磁桥的窗ロ截面积有限，使得励磁磁势较小，影响电机的磁场调节范围，在某些电机长度受到限制的应用场合使用困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案 ー种轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机，包括在机壳内装有由电枢铁心和电枢绕组组成的定子和装有转轴由N极极靴、S极极靴以及切向磁化永磁体组成的置于定子内的转子所构成的同步电机，其中，转子的N极和S极极靴沿轴向向同一方向延伸，每个N极或S极极靴外径不变地延伸，集合于圆环形极靴，同时转子的每个S极或N极极靴沿同一方向拉伸呈瓶颈状收缩，集合于空心圆柱形极靴，圆环形极靴和空心圆柱形极靴分别与固定在电机后端盖上的环形导磁桥的外壁和内壁相对齐，圆环形极靴和拉伸形成的空心圆柱形极靴分别与固定在电机后端盖上的环形导磁桥的外壁和内壁之间有一定长度的轴向的附加气隙。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果 (I)完全不需要定子轴向磁路，定子机壳和端盖等和传统同步电机一祥，无需特殊的导磁材料及结构设计。( 2)附加气隙为轴向，使导磁桥装配方便，而且显著増加了导磁桥内放置励磁绕组的窗ロ面积和各部分结构尺寸，励磁磁势更大、且磁路不易饱和。(3)转子导磁体沿轴向延伸过程中外径不变，不需要避开定子电枢绕组的端接部分长度，大大减小了电机的轴向长度，提高了电机的功率密度。(4)与转子磁极分割型混合励磁同步电机相比，电机的轴向磁路显著缩短，转子永磁体为切向磁化结构，气隙磁密高。(5)与旋转整流器式无刷同步电机相比，省去了旋转整流器，大大简化电机结构，提高了工作可靠性，且易于电动运行，实现起动发电一体化。附图说明图I是轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机结构图。图2是转子极靴及其沿轴向外径不变延伸结构图。图3是转子极靴及其收缩结构图。图4是环形导磁桥结构图。图5是4对极轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机中磁通路径图。图6是不同励磁磁势下电机的气隙磁密波形。图中符号说明1、机壳；2、定子铁芯；3、S极极靴及其延伸部分；4、N极极靴及其延伸部分；5、电枢绕组；6、环形导磁桥；7、励磁绕组；8、电机端盖；9、永磁体；10、转轴。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明 本专利技术所涉及的轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机有两种实现方案，第一种方案为转子的N极和S极极靴沿轴向相同一方向延伸，每个N极极靴外径不变地延伸，集合于圆环形极靴，同时转子的每个S极极靴沿同一方向拉伸呈瓶颈状收缩，集合于空心圆柱形极靴，圆环形极靴和空心圆柱形极靴分别与固定在电机后端盖上环形导磁桥的外壁和内壁相对齐，即圆环形极靴的外径等于环形导磁桥外壁的外径，空心圆柱形极靴的内径等于圆环形极靴的内径，极靴与导磁桥之间有一定长度的轴向的附加气隙；第二种方案为转子的N极和S极极靴沿轴向相同一方向延伸，每个S极极靴外径不变地延伸，集合于圆环形极靴，同时转子的每个N极极靴沿同一方向拉伸呈瓶颈状收缩，集合于空心圆柱形极靴，圆环形极靴和空心圆柱形极靴分别与固定在电机后端盖上环形导磁桥的外壁和内壁相对齐，即圆环形极靴的外径等于环形导磁桥外壁的外径，空心圆柱形极靴的内径等于圆环形极靴的内径，极靴与导磁桥之间有一定长度的轴向的附加气隙。 现结合附图对轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机的第一种实现方案做具体分析，轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机的结构图如图I所示N极和S极导磁体通过拉伸形成的端部再通过一定宽度的轴向的附加气隙与环形导磁桥相对应，轴向附加气隙应小于主气隙。环形导磁桥的外桥壁和内桥壁分别与N极导磁体拉伸形成的圆环形极靴和S极导磁体拉伸形成的空心圆柱形极靴对应，即导磁桥的外径等于N极导磁体拉伸形成的圆环形极靴的外径，环形导磁桥的内径等于S极导磁体瓶颈状收缩形成的空心圆柱形极靴的内径。励磁绕组嵌绕在环形导磁桥内，环形导磁桥固定在端盖上，转轴与S极导磁体拉伸形成的空心圆柱形极靴紧密配合，即转轴在空心圆柱形极靴段外径等于空心圆柱形极靴的内径，但在环形导磁桥段转轴的外径应小于环形导磁桥的内径，使得转轴不接触到固定在端盖上的环形导磁桥,环形导磁桥的结构如图4所示。N极、S极导磁体和环形导磁桥应用导磁性能较好的导磁材料，转轴和机壳均可用普通的金属材料。N极导磁体延轴向外径不变拉伸并集合于圆环形极靴的结构如图2所示；将S极导磁体沿同一方向拉伸并呈瓶颈状收缩于空心圆柱形极靴，为增加在收缩过渡段的截面积，避免在收缩过渡段的轴向磁路饱和，可在收缩段内侧设ー斜面倒角，其结构如图3所示。为了减小电机的重量，在不影响轴向磁路等截面原则时，可以将S极极靴电枢铁芯包围的有效部分内侧按圆柱形切除，使得转子被电枢铁芯包围的有效部分变为空心的圆柱体，这样也増大了 S极导磁体在过渡段的距离，减小了过渡段的漏磁。由图5可知，轴向附加气隙转子磁分路混合励磁同步电机内同时存在轴向和径向磁通路径，径向磁通路径如图中黒色虚线所示，轴向磁通路径如图中黒色实线所示 电机主气隙部分每极永磁体的主磁通路径为永磁体N极 转子N极极靴 主气隙 电枢齿部 电枢轭部 电枢齿部 主气隙 转子S极极靴 永磁体S极； 轴向磁通路径为永磁体N极 转子N极极靴及其延伸部分 轴向附加气隙1 环形导磁桥 轴向附加气隙2 转子S极极靴延伸部分及S极极靴 永磁体S扱。主要依靠调节励磁磁势大小来改变轴向磁通大小进而改变主气隙磁通大小， 可见，环形导磁桥内的励磁绕组没有励磁电流时，由于附加气隙相对于主气隙较小，永磁体磁通主要由轴向磁路经过附加气隙，主气隙中磁通较少，电机处于弱磁状态；励磁绕组通入某一方向励磁电流时，励磁磁场可以阻碍永磁体产生的轴向磁通，从而增大主气隙磁通；励磁绕组通入反方向电流时,可以进ー步弱磁。图6所示的为轴向附加气隙转子磁分路混合励磁电机在正向4000Α · T励磁磁势和零励磁下的气隙磁密曲线。由图可看出，电机的主气隙磁密大小受到励磁绕组中电流的控制，表明专利技术的轴向附加气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓然，马升杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：