專利名稱：齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁電機，特別是指一種采用齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機。
背景技術(shù)：
隨著永磁材料性能的不斷提高以及價格的不斷下降，永磁材料在電機中的應(yīng)用日 益廣泛。與電勵磁同步電機相比，永磁電機不需要勵磁繞組和直流勵磁電源，取消了電刷和 滑環(huán)，實現(xiàn)了電機的無刷化，因此，永磁電機的結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，而且，由于永磁電機不 存在勵磁損耗，還使電機的效率得到了提高。此外，永磁電機還具有功率密度高，體積小、重 量輕，及結(jié)構(gòu)靈活的優(yōu)點。因此，永磁電機在工業(yè)、民用、軍事以及航空航天等領(lǐng)域中應(yīng)用非 常廣泛。但無論是永磁發(fā)電機還是永磁電動機，都存在氣隙磁場難以調(diào)節(jié)的缺點。作發(fā)電 機使用時，當負載的大小、負載性質(zhì)或者原動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，永磁發(fā)電機的端電壓會 隨之發(fā)生變化，從而影響供電的質(zhì)量。作電動機使用時，由于永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子勵磁磁 場是由永磁體產(chǎn)生的，不可能直接削弱轉(zhuǎn)子磁場，通常利用直軸電樞反應(yīng)使電動機氣隙磁 場減弱，但由于永磁體的存在，需要一個很大的直軸電樞反應(yīng)磁勢，這樣不僅使電機的效率 降低，且不可能實現(xiàn)寬范圍的調(diào)磁。 可見，永磁電機的勵磁磁場調(diào)節(jié)困難在一定程度上限制了永磁電機的廣泛應(yīng)用。 因此，研究和解決永磁電機磁場調(diào)節(jié)問題，對于永磁電機性能的提高和廣泛推廣具有重要
眉、ο混合勵磁永磁電機結(jié)合了電勵磁電機調(diào)磁方便以及永磁電機高功率密度和高效 率等優(yōu)點。目前，混合勵磁永磁電機已經(jīng)成為電機領(lǐng)域中的一個研究熱點，國內(nèi)外許多專家 和學者已經(jīng)做了大量的研究工作，取得了一定的研究成果，提出了許多混合勵磁永磁電機方案。美國的學者提出的混合勵磁永磁電機方案，定子與普通的同步電機類似，轉(zhuǎn)子上 既有永磁磁極，又有鐵磁磁極，通常永磁磁極占大部分，鐵磁磁極占小部分。方案中永磁磁 勢產(chǎn)生的磁通和電勵磁磁勢產(chǎn)生的磁通經(jīng)過相同的電機磁路，因此材料利用率高，保持了 永磁電機功率密度高的優(yōu)點。磁路與傳統(tǒng)電機相似，電機中只存在徑向磁通，并且電勵磁磁 勢與永磁磁勢在磁路上并聯(lián)，因而所需的勵磁磁動勢小，保持了永磁電機效率高的特點。但 由于勵磁繞組在轉(zhuǎn)子上，導(dǎo)致勵磁繞組與外部的連接仍需要滑環(huán)和電刷，不能實現(xiàn)無刷化， 以致電機維護工作量大。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種不需要電刷和集電環(huán)的采用齒諧 波勵磁的混合勵磁永磁電機。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種齒諧波勵磁的混合勵磁 永磁電機，其包括一機殼，其特征在于所述機殼內(nèi)裝設(shè)有由定子鐵心、定子繞組構(gòu)成的定子，以及由永磁磁極、鐵磁磁極、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成的轉(zhuǎn)子；所述定子鐵心固定 在所述機殼內(nèi)，并在沿圓周方向上開設(shè)有多個凹槽，所述定子繞組分布于各個所述凹槽中； 所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸通過所述軸承與所述機殼連接，所述轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸外周，能隨 著所述轉(zhuǎn)軸在所述定子鐵心內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述永磁磁極和鐵磁磁極布設(shè)在所述轉(zhuǎn)子鐵心上，所 述轉(zhuǎn)子繞組包括轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組，設(shè)置在所述鐵磁磁極上。所述鐵磁磁極上開設(shè)有槽，所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組分置于所述 槽中。所述定子繞組為三相繞組、單相或者多相繞組以及整數(shù)槽繞組或分數(shù)槽繞組中的 一種或一種以上的結(jié)合。所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組為三相繞組、單相繞組或多相繞組中的一種。
所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組為集中繞組或分布繞組。所述轉(zhuǎn)子永磁磁極與所述鐵磁磁極的比例根據(jù)電壓調(diào)節(jié)范圍確定。所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述定子內(nèi)或者設(shè)置在所述定子外。所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組的極距與所述定子繞組的極距相同。所述永磁磁極為徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)中的一種。所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組連接的整流電路采用橋式全波整流電路或半波整流電路。采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機 具有如下特點1、電機不需要電刷、集電環(huán)以及電壓調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。2、與普通永磁電機結(jié)構(gòu)相近，有利于磁路分布和電機繞組的優(yōu)化設(shè)計，電機的功
率密度高。3、不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，漏磁小，電勵磁通過獲取有槽電機中固有 的齒諧波磁場來調(diào)節(jié)，不會出現(xiàn)磁路磁密過高的問題，保持了永磁電機的高效率。


圖1是本發(fā)明內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機垂直于軸向的截面示意2是沿圖1中A-A剖線的截面3是本發(fā)明外轉(zhuǎn)子式電機的截面4是本發(fā)明轉(zhuǎn)子齒諧波繞組經(jīng)整流橋與轉(zhuǎn)子勵磁繞組相聯(lián)的電路原理圖
具體實施例方式現(xiàn)舉以下實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及功效進行詳細說明。如圖1、圖2所示，為本發(fā)明所提供的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，本實施例 是以12極內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機為例。本發(fā)明的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機包括一機殼10，機 殼10內(nèi)裝設(shè)有由定子鐵心21、定子繞組22構(gòu)成的定子20，以及設(shè)置在定子20內(nèi)由永磁磁 極31、鐵磁磁極32、轉(zhuǎn)軸33、轉(zhuǎn)子鐵心34和轉(zhuǎn)子繞組35組成的轉(zhuǎn)子30。其中，定子鐵心21固定在機殼10內(nèi)，并在沿圓周方向上開設(shè)有多個凹槽23，定子 繞組22分布于各個凹槽23中。轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)軸33通過軸承12與機殼10連接。轉(zhuǎn)子鐵心34設(shè)置在轉(zhuǎn)軸33外周，永磁磁極31和鐵磁磁極32布設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心34上。轉(zhuǎn)子繞組35包括轉(zhuǎn)子齒諧波繞組37和 轉(zhuǎn)子勵磁繞組38，由此，轉(zhuǎn)子齒諧波繞組37和轉(zhuǎn)子勵磁繞組38與轉(zhuǎn)子鐵心34可隨著轉(zhuǎn)軸 33 —起在定子鐵心21內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如圖1所示，鐵磁磁極32上開設(shè)有槽距不同的槽321，轉(zhuǎn)子 齒諧波繞組37和轉(zhuǎn)子勵磁繞組38分置在槽321中。開設(shè)在鐵磁磁極32上的槽321根據(jù) 實際需要可以設(shè)置為如本實施例采用的槽距不同的形式，也可以設(shè)置為相同槽距的形式。本發(fā)明的工作原理是轉(zhuǎn)軸33以 同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子永磁磁極31建立磁場，在定子 繞組22中感應(yīng)同步頻率的電動勢，該電動勢在轉(zhuǎn)速一定時不能進行調(diào)節(jié)。為了調(diào)節(jié)定子繞 組22的電動勢，在轉(zhuǎn)子鐵心34上布置了轉(zhuǎn)子齒諧波繞組37和轉(zhuǎn)子勵磁繞組38。轉(zhuǎn)子勵磁 繞組38的極距與定子主繞組22極距相同。為了便于計算，假定轉(zhuǎn)子表面光滑，已知定子開槽時的氣隙導(dǎo)磁系數(shù)為
權(quán)利要求
一種齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其包括一機殼，其特征在于所述機殼內(nèi)裝設(shè)有由定子鐵心、定子繞組構(gòu)成的定子，以及由永磁磁極、鐵磁磁極、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成的轉(zhuǎn)子；所述定子鐵心固定在所述機殼內(nèi)，并在沿圓周方向上開設(shè)有多個凹槽，所述定子繞組分布于各個所述凹槽中；所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸通過所述軸承與所述機殼連接，所述轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸外周，能隨著所述轉(zhuǎn)軸在所述定子鐵心內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述永磁磁極和鐵磁磁極布設(shè)在所述轉(zhuǎn)子鐵心上，所述轉(zhuǎn)子繞組包括轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組，設(shè)置在所述鐵磁磁極上。
2.如權(quán)利要求1所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述鐵磁磁極 上開設(shè)有槽，所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組分別容置于所述槽中。
3.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述定 子繞組為三相繞組、單相或者多相繞組以及整數(shù)槽繞組或分數(shù)槽繞組中的一種或一種以上 的結(jié)合。
4.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述轉(zhuǎn) 子齒諧波繞組為三相繞組、單相繞組或多相繞組中的一種。
5.如上述任 一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述轉(zhuǎn) 子勵磁繞組為集中繞組或分布繞組。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述轉(zhuǎn) 子永磁磁極與所述鐵磁磁極的比例根據(jù)電壓調(diào)節(jié)范圍確定。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述轉(zhuǎn) 子設(shè)置在所述定子內(nèi)或者設(shè)置在所述定子外。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述轉(zhuǎn) 子勵磁繞組的極距與所述定子繞組的極距相同。
9.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述永 磁磁極為徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)中的一種。
10.如上述任一權(quán)利要求所述的齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其特征在于所述 轉(zhuǎn)子齒諧波繞組連接的整流電路采用橋式全波整流電路或半波整流電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，其包括一機殼，其特征在于所述機殼內(nèi)裝設(shè)有由定子鐵心、定子繞組構(gòu)成的定子，以及由永磁磁極、鐵磁磁極、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成的轉(zhuǎn)子；所述定子鐵心固定在所述機殼內(nèi)，并在沿圓周方向上開設(shè)有多個凹槽，所述定子繞組分布于各個所述凹槽中；所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸通過所述軸承與所述機殼連接，所述轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸外周，能隨著所述轉(zhuǎn)軸在所述定子鐵心內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述永磁磁極和鐵磁磁極布設(shè)在所述轉(zhuǎn)子鐵心上，所述轉(zhuǎn)子繞組包括轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組，設(shè)置在所述鐵磁磁極上。
文檔編號H02K1/26GK101969257SQ20101052169
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者夏永洪, 王善銘, 王祥珩, 蘇鵬聲, 黃劭剛 申請人:清華大學