專利名稱：切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，屬于一種雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)。
二、技術(shù)背景莫斯科航空學(xué)院巴拉古諾夫教授在1988年提出并聯(lián)磁勢(shì)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。定子和普通同步電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子分為兩部分，一部分為永磁勵(lì)磁，另一部分為電勵(lì)磁。該電機(jī)特點(diǎn)電勵(lì)磁部分為爪極結(jié)構(gòu)，附加氣隙多，軸向磁路，漏磁大，電勵(lì)磁功能受制約。
日本T.Mizuno博士等提出了軸向/徑向磁路混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。該電機(jī)的定子電樞繞組為通常的三相對(duì)稱繞組，定子鐵心被定子環(huán)形直流勵(lì)磁繞組分成兩段，這兩段鐵心由其外的背軛(用于軸向?qū)Т诺臋C(jī)殼)在機(jī)械上和磁上連接；轉(zhuǎn)子也分成兩部分N極端和S極端，每極端由同極性永磁極和鐵心形成的中間極交錯(cuò)排列，且兩端的N、S永磁極及中間極也交錯(cuò)排列。轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)軸間有一實(shí)心導(dǎo)磁套簡(jiǎn)(轉(zhuǎn)子背軛)，用于轉(zhuǎn)子的軸向?qū)Т?。該電機(jī)特點(diǎn)附加氣隙多，但為固定氣隙；存在軸向/徑向磁路，電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化受約束。
美國威斯康星-麥迪遜大學(xué)的Lipo教授等提出了一種軸向磁場(chǎng)中間磁極混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)。它由二個(gè)開槽的環(huán)形定子鐵芯(其中嵌有多相電樞繞組)、二個(gè)盤式轉(zhuǎn)子、一個(gè)直流勵(lì)磁繞組構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子表面交錯(cuò)排列著永磁極和鐵芯形成的中間極。這種電機(jī)由于采用了中間極，加上定、轉(zhuǎn)子鐵芯均被分為兩段，附加氣隙多，功率密度和材料利用率難以提高。
還有一種雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，它是在雙凸極永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上演變出來的，保留了雙凸極永磁電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。該電機(jī)可以通過控制勵(lì)磁電流的方向和大小，調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)。但電勵(lì)磁回路穿越永磁體，電勵(lì)磁效率低。
香港大學(xué)陳清泉、上海工業(yè)大學(xué)江建中教授等提出了一種爪極式混合勵(lì)磁同步電機(jī)。該電機(jī)的外定子與普通電機(jī)的定子類似，槽中嵌有多相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子采用爪極結(jié)構(gòu)，在相鄰的兩個(gè)爪極之間放置永磁體，在內(nèi)定子上放有環(huán)形直流勵(lì)磁繞組。由于直流勵(lì)磁繞組置于由爪極的內(nèi)、外單元所形成的區(qū)域內(nèi)，空間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊。但由于存在軸向磁路，電勵(lì)磁效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種取消了軸向磁路和附加氣隙的電機(jī)。該電機(jī)永磁勵(lì)磁和電勵(lì)磁回路基本獨(dú)立，故勵(lì)磁效率高，且便于電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳節(jié)能效果。
本發(fā)明的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的構(gòu)成是在定子上除了有普通切向磁鋼雙凸極永磁電機(jī)的電樞繞組和一部分永磁磁鋼之外，還設(shè)有勵(lì)磁繞組。構(gòu)成原則是保證具有偶數(shù)個(gè)永磁磁鋼，且有2對(duì)相鄰的定子極之間沒有放置永磁磁鋼。若切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的永磁磁鋼數(shù)目與電勵(lì)磁極數(shù)的比值越大，則電勵(lì)磁部分占的比例越小，勵(lì)磁功率越??；作為發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)范圍越小；作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的恒功率運(yùn)行區(qū)也越小。
本切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的具體構(gòu)成，包括機(jī)殼，在機(jī)殼內(nèi)裝有由定子鐵心、電樞繞組、勵(lì)磁繞組和切向永磁磁鋼組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸的由轉(zhuǎn)子鐵心組成的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，其特點(diǎn)是具有偶數(shù)個(gè)永磁磁鋼，至少有2對(duì)相鄰的定子極之間沒有放置永磁磁鋼，但可以放置勵(lì)磁繞組。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)具有如下特點(diǎn)(1)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，可以選擇不同的永磁磁鋼數(shù)目和勵(lì)磁繞組數(shù)目。便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。
(2)在不通勵(lì)磁電流時(shí)，該電機(jī)與普通切向磁鋼雙凸極電機(jī)相比處于弱磁狀態(tài)。另外，勵(lì)磁電流可以雙向控制，可適應(yīng)寬的運(yùn)行速度要求。
(3)與現(xiàn)有的混合勵(lì)磁電機(jī)相比，不存在軸向磁路和附加氣隙，電勵(lì)磁效率高。
四

圖1是6極切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)截面圖。
圖中標(biāo)號(hào)名稱1、勵(lì)磁繞組；2、定子N極鐵心；3、永磁磁鋼；4、定子S極鐵心；5、轉(zhuǎn)子鐵心；6、電樞繞組；7、機(jī)殼；8、轉(zhuǎn)軸。
圖2是切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)等效磁路原理圖。
圖中標(biāo)號(hào)名稱Rδ為每個(gè)極相對(duì)的氣隙與定子齒部、轉(zhuǎn)子齒部的磁阻，Rs為每個(gè)極對(duì)應(yīng)的定子軛部磁阻；RPM為永磁體的磁阻；EPM為永磁體提供的磁勢(shì)；U為電勵(lì)磁磁勢(shì)，φ1～φ6為氣隙磁通。
五具體實(shí)施例方式
由圖1可知，本發(fā)明的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的組成是，由定子上有普通的切向磁鋼永磁雙凸極電機(jī)的永磁磁鋼結(jié)構(gòu)以及特有的電勵(lì)磁結(jié)構(gòu)組成。即由電樞繞組6、定子N極鐵心2、定子S極鐵心4、永磁磁鋼3、勵(lì)磁繞組1組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸8且由與普通雙凸極電機(jī)相同結(jié)構(gòu)的凸極轉(zhuǎn)子鐵心5組成的轉(zhuǎn)子組成，上述結(jié)構(gòu)均裝于機(jī)殼1內(nèi)。其中，必須保證具有偶數(shù)個(gè)永磁磁鋼，至少有2對(duì)相鄰的定子極之間沒有放置永磁磁鋼，而是放置有勵(lì)磁繞組。
另外，可以根據(jù)需要調(diào)整電機(jī)定子的極數(shù)、永磁磁鋼和勵(lì)磁繞組的數(shù)目。
切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的工作原理切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)，也可以作為電動(dòng)機(jī)?？梢愿鶕?jù)圖2所示的等效磁路來分析該電機(jī)的工作原理。
設(shè)每個(gè)極相對(duì)的氣隙與定子齒部、轉(zhuǎn)子齒部的磁阻為Rδ，每個(gè)極對(duì)應(yīng)的定子軛部磁阻標(biāo)記為Rs；將永磁體的磁阻標(biāo)記為RPM；永磁體提供的磁勢(shì)為EPM；勵(lì)磁繞組提供的磁勢(shì)為U。等效磁路中，忽略了轉(zhuǎn)子軛部的磁阻。勵(lì)磁磁勢(shì)形成的主要磁路不通過永磁體，它和永磁磁勢(shì)在主氣隙中形成并聯(lián)的關(guān)系。
通常，有Rs遠(yuǎn)小于Rδ和RPM，為分析方便可以忽略其影響，即Rs＝0。
從等效磁路容易推導(dǎo)出1，3，4，6極相對(duì)的氣隙磁通為φ1,3,4,6=EPM2Rδ+32RPM+U(Rδ//12RPM)/Rδ2Rδ+(Rδ//12RPM)=2EPM4Rδ+3RPM+U4Rδ+3RPM·RPMRδ]]>2，5極相對(duì)的氣隙磁通為φ2,5=EPM2Rδ+32RPM+2U2Rδ+(Rδ//12RPM)=2EPM4Rδ+3RPM+2U4Rδ+3RPM·RPM+2RδRδ]]>在未施加勵(lì)磁電流時(shí)，2，5極處于反向勵(lì)磁狀態(tài)，從整個(gè)電機(jī)來看，處于弱磁狀態(tài)。若施加反方向的勵(lì)磁電流可以使弱磁程度進(jìn)一步加強(qiáng)。
適當(dāng)設(shè)計(jì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，可以使得RPM，Rδ和Rs有合理的數(shù)值。改變勵(lì)磁電流將可以有效地控制氣隙磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)(1)當(dāng)不加勵(lì)磁時(shí)，主磁極下的磁場(chǎng)處于弱磁狀態(tài)。可以通過選擇不同的永磁體數(shù)目和勵(lì)磁繞組數(shù)目來調(diào)整弱磁的程度。
(2)由于永磁體和電勵(lì)磁磁路相對(duì)獨(dú)立，勵(lì)磁繞組的磁路不穿過永磁體，減小了永磁體被退磁的可能性。
(3)當(dāng)加勵(lì)磁電流時(shí)，在各個(gè)極下的氣隙磁通都得以增強(qiáng)，起到增磁的效果。而增磁時(shí)需要的勵(lì)磁安匝比起普通電勵(lì)磁電機(jī)要小，因此要更節(jié)能；相比永磁雙凸極電機(jī)，勵(lì)磁磁場(chǎng)易于調(diào)節(jié)，容易實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。
權(quán)利要求
1.一種切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，包括機(jī)殼(7)，在機(jī)殼(7)內(nèi)裝有由定子N極鐵心(2)、定子S極鐵心(4)、切向磁化永磁磁鋼(3)和電樞繞組(6)組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸(8)的由凸極轉(zhuǎn)子(5)組成的置于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，其特征在于，具有偶數(shù)個(gè)永磁磁鋼，至少有2對(duì)相鄰的定子極之間沒有放置永磁磁鋼，而是放置有勵(lì)磁繞組(1)。
全文摘要
一種切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，屬雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)，該電機(jī)的構(gòu)成是在由定子N極鐵心(2)、定子S極鐵心(4)、切向磁化永磁體(3)、勵(lì)磁繞組(1)和電樞繞組(6)組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸(8)且由凸極轉(zhuǎn)子(5)組成的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)。上述結(jié)構(gòu)均裝于機(jī)殼(7)內(nèi)。本切向磁鋼雙凸極混合勵(lì)磁電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，無附加氣隙，永磁磁路與電勵(lì)磁磁路作用于不同的極，漏磁小，電勵(lì)磁效率高，達(dá)到最佳應(yīng)用和節(jié)能效果。無勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)處于弱磁狀態(tài)，避免了普通永磁電機(jī)弱磁時(shí)，永磁磁鋼被退磁的危險(xiǎn)。本發(fā)明適合于可調(diào)壓發(fā)電機(jī)和寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02K1/12GK1929265SQ20061008844
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者陳志輝, 高翔, 孟小利, 嚴(yán)仰光 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)