專利名稱：混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉一種交流同步電機(jī)，特別是涉及一種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)。
背景技術(shù)：
混合勵(lì)磁同步電機(jī)(HESM， Hybrid Excitation Synchronous Machine)是上個(gè)世 紀(jì)八十年代末由俄羅斯學(xué)者最早提出的一種新型電機(jī)結(jié)構(gòu)形式。與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī) 以及永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)不同，HESM中既有永磁體又有勵(lì)磁繞組，兩個(gè)磁勢(shì)源同時(shí)存在。它 集成了電勵(lì)磁同步電機(jī)調(diào)磁方便、調(diào)磁容量小和永磁同步電機(jī)效率高、轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量比大等 優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)難的缺陷，有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。并列轉(zhuǎn)子混 合勵(lì)磁同步電機(jī)是HESM的一種。 英國(guó)學(xué)者B. J. Chalmers等在1998年提出了組合轉(zhuǎn)子混合勵(lì)磁電機(jī)(Combination Rotor Hybrid Excitation Machine, HECR)。電機(jī)采用普通交流電機(jī)定子，轉(zhuǎn)子則由 ALA (Axially-Laminated Anisotropic)轉(zhuǎn)子和表貼式永磁轉(zhuǎn)子兩部分并列組合構(gòu)成。其缺 點(diǎn)在于，永磁通和"弱磁"磁通各自具有不同的物理磁路——永磁通只在永磁段的磁路中流 通(徑向)，"弱磁"磁通只在磁阻段中流通(徑向)，"弱磁"表現(xiàn)為一種合成的效果，在定 子鐵心的硅鋼片中，并不存在真正的磁場(chǎng)削弱。因此，在低速運(yùn)行時(shí)，磁阻部分基本上不產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致了較低的電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，而高速"弱磁"運(yùn)行時(shí)，永磁段的磁通基本不變， 磁阻段的磁通則隨"弱磁"程度的增大而增大，從而導(dǎo)致鐵磁損耗隨速度幾何級(jí)數(shù)增大。
日本學(xué)者Naoe Nobuyuki， Fukami Tadashi等人研究了永磁_(tái)電勵(lì)磁并列轉(zhuǎn)子的 混合勵(lì)磁同步電機(jī)，該電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子是并列轉(zhuǎn)子，中間有氣隙組成的隔磁 環(huán)，故永磁轉(zhuǎn)子的氣隙磁通和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的氣隙磁通不會(huì)互相氣隙組成的隔磁環(huán)，故永磁 轉(zhuǎn)子的氣隙磁通和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的氣隙磁通不會(huì)互相影響。它的功率密度為0. 08kw/kg，電壓 調(diào)整率為2. 1%。然而，由于該方案中直流勵(lì)磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，使得勵(lì)磁電流由刷環(huán)引 入，電機(jī)存在電刷和滑環(huán)，故電機(jī)的可靠性降低；且由于勵(lì)磁繞組位于永磁體下，故永磁磁 路和電勵(lì)磁磁路相當(dāng)于串聯(lián)，因此勵(lì)磁電流發(fā)生變化時(shí)，永磁部分的氣隙磁通也會(huì)隨之發(fā) 生變化。永磁體存在去磁風(fēng)險(xiǎn)，不適合在較惡劣的工況下運(yùn)行，并且維護(hù)費(fèi)用增加。
因此，開(kāi)發(fā)一種混合勵(lì)磁且無(wú)刷的電機(jī)是十分必要的。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的勵(lì)磁 無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)圖l，該同步發(fā)電機(jī)包含轉(zhuǎn)軸1、非導(dǎo)磁隔板2、勵(lì)磁繞組 支架3、勵(lì)磁繞組4、水平極板5、導(dǎo)磁軸套6、垂直磁極7、定子鐵心8、隔磁板9、磁鋼10、轉(zhuǎn) 子鐵心11級(jí)一電勵(lì)磁主磁通路徑12等。該電機(jī)實(shí)現(xiàn)了電勵(lì)磁部分的無(wú)刷結(jié)構(gòu)。它能夠較 好地調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓，運(yùn)行可靠性較高，故障率比有刷結(jié)構(gòu)低。然而，該電機(jī)的電勵(lì) 磁部分的有效長(zhǎng)度較小，使得磁場(chǎng)調(diào)節(jié)范圍較小，影響了電機(jī)整體性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，該電 機(jī)采用磁勢(shì)并聯(lián)、利用無(wú)刷結(jié)構(gòu)，并且盡可能擴(kuò)大電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)范圍。該混合勵(lì)磁無(wú)刷同
3步電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)范圍大、電機(jī)功率密度高。 —種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，包含永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)，所述永磁同 步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)之間以非導(dǎo)磁材料隔開(kāi)，二者的電樞結(jié)構(gòu)相同，且共用同一個(gè)轉(zhuǎn) 軸和同一個(gè)電樞繞組，所述永磁同步電機(jī)設(shè)置有永磁轉(zhuǎn)子，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)設(shè)置有電 勵(lì)磁轉(zhuǎn)子。 其中，所述永磁轉(zhuǎn)子和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的電極弧系數(shù)相同；所述永磁轉(zhuǎn)子和電勵(lì)磁轉(zhuǎn) 子的磁極的中心線平齊；所述永磁轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁體和永磁體組成；該永磁體采用徑向充磁結(jié) 構(gòu)或切向充磁結(jié)構(gòu)；該永磁體采用表面貼裝或內(nèi)置。 所述電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包含外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體以及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體，所述外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體 及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體均沿所述轉(zhuǎn)軸的軸向延伸，組成一延伸端，該外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體在延伸端 擴(kuò)展為圓環(huán)形狀端部，內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體在延伸端收縮為圓柱形狀端部，該延伸端的圓環(huán)形 狀端部和圓柱形狀端部之間的空隙內(nèi)還設(shè)置有一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁橋，所述環(huán)形導(dǎo)磁橋內(nèi)部設(shè)置 電勵(lì)磁繞組，且所述環(huán)形導(dǎo)磁橋與所述延伸端之間附加氣隙。 本發(fā)明既可以作為發(fā)電機(jī)，也可以作為電動(dòng)機(jī)。既可以是三相電機(jī)，也可以是多相 電機(jī)。本發(fā)明的并列轉(zhuǎn)子混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)采用磁勢(shì)并聯(lián)、利用無(wú)刷結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了電機(jī) 的勵(lì)磁調(diào)節(jié)范圍。該混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)范圍大、電機(jī)功率密度高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的勵(lì)磁無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中涉及的附圖標(biāo)記和組成部分如下所示跳永磁同步電機(jī)101.前端蓋110.永磁轉(zhuǎn)子200.電勵(lì)磁同步電機(jī)201.后立而蓋210.電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子211.外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體211a.圓環(huán)形狀端部212.內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體212a.圓柱形狀端部213.環(huán)形導(dǎo)磁橋214.電勵(lì)磁繞組300.轉(zhuǎn)軸概電樞繞組
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 —種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，包含永磁同步電機(jī)100和電勵(lì)磁同步電機(jī)200，所述 永磁同步電機(jī)100和電勵(lì)磁同步電機(jī)200之間以非導(dǎo)磁材料例如氣隙隔開(kāi)，永磁同步電機(jī) 100和電勵(lì)磁同步電機(jī)200的電樞(未圖示)各自獨(dú)立，但電樞結(jié)構(gòu)相同，即電樞的槽數(shù)相 等，槽型相同，且永磁同步電機(jī)100和電勵(lì)磁同步電機(jī)200的電樞繞組400共用。永磁同步 電機(jī)100和電勵(lì)磁同步電機(jī)200還共用一個(gè)轉(zhuǎn)軸300，所述永磁同步電機(jī)100設(shè)置有永磁轉(zhuǎn) 子IIO，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)200設(shè)置有電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子210。 其中，所述永磁轉(zhuǎn)子110和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子210的電極弧系數(shù)相同；所述永磁轉(zhuǎn)子110 和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子210的磁極的中心線平齊；所述永磁轉(zhuǎn)子110由導(dǎo)磁體和永磁體組成。作為可選的技術(shù)方案，該永磁體可以采用徑向充磁結(jié)構(gòu)或切向充磁結(jié)構(gòu)，且永磁體可以為表面 貼裝或內(nèi)置。 所述電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子210包含外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體211以及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體212，所述外擴(kuò) 延伸導(dǎo)磁體211及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體212均沿所述轉(zhuǎn)軸300的軸向延伸，組成一延伸端，該外 擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體211在延伸端擴(kuò)展為圓環(huán)形狀端部211a，內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體212在延伸端收縮 為圓柱形狀端部212a，該延伸端的圓環(huán)形狀端部211a和圓柱形狀端部212a之間的空隙內(nèi) 還設(shè)置有一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁橋213，所述環(huán)形導(dǎo)磁橋213內(nèi)部設(shè)置電勵(lì)磁繞組214，且所述環(huán)形 導(dǎo)磁橋213與所述延伸端，即圓環(huán)形狀端部211a和圓柱形狀端部212a之間附加氣隙。
在本具體實(shí)施方式
中，混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)還設(shè)置有前端蓋101和后端蓋201， 環(huán)形導(dǎo)磁橋213固定在后端蓋201上，當(dāng)混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體 211和內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體212均隨著轉(zhuǎn)軸300 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，而環(huán)形導(dǎo)磁橋213和電勵(lì)磁繞組214 不隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，且所述環(huán)形導(dǎo)磁橋213與所述延伸端即圓環(huán)形狀211a和圓柱形狀212a之間 附加氣隙，因此，電勵(lì)磁繞組214的供電無(wú)需電刷和滑環(huán)，形成無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明既可以作為發(fā)電機(jī)，也可以作為電動(dòng)機(jī)。既可以是三相電機(jī)，也可以是多相 電機(jī)。由于本發(fā)明采用了磁勢(shì)并聯(lián)和無(wú)刷結(jié)構(gòu)，因此擴(kuò)大了電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)范圍。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，包含永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)之間以非導(dǎo)磁材料隔開(kāi)，所述永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)的電樞結(jié)構(gòu)相同，且共用同一個(gè)轉(zhuǎn)軸和同一個(gè)電樞繞組，所述永磁同步電機(jī)設(shè)置有永磁轉(zhuǎn)子，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)設(shè)置有電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁轉(zhuǎn)子和電勵(lì) 磁轉(zhuǎn)子的電極弧系數(shù)相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁轉(zhuǎn)子和電勵(lì) 磁轉(zhuǎn)子的磁極的中心線平齊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁 體和永磁體組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁體采用徑向 充磁結(jié)構(gòu)或切向充磁結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述永磁體采用表面 貼裝或內(nèi)置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包含 外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體以及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體，所述外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體及內(nèi)縮延伸導(dǎo)磁體均沿所述轉(zhuǎn) 軸的軸向延伸，組成一延伸端，該外擴(kuò)延伸導(dǎo)磁體在延伸端擴(kuò)展為圓環(huán)形狀端部，內(nèi)縮延伸 導(dǎo)磁體在延伸端收縮為圓柱形狀端部，該延伸端的圓環(huán)形狀端部和圓柱形狀端部之間的空 隙內(nèi)還設(shè)置有一個(gè)環(huán)形導(dǎo)磁橋，所述環(huán)形導(dǎo)磁橋內(nèi)部設(shè)置電勵(lì)磁繞組，且所述環(huán)形導(dǎo)磁橋 與所述延伸端之間附加氣隙。
全文摘要
一種混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)，包含永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)，所述永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)之間以非導(dǎo)磁材料隔開(kāi)，該永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)的電樞結(jié)構(gòu)相同，且共用同一個(gè)轉(zhuǎn)軸和同一個(gè)電樞繞組，所述永磁同步電機(jī)設(shè)置有永磁轉(zhuǎn)子，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)設(shè)置有電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的混合勵(lì)磁無(wú)刷同步電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)范圍大、電機(jī)功率密度高。
文檔編號(hào)H02K16/02GK101752969SQ20081020360
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者王海群, 趙朝會(huì), 郭環(huán)球 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院