專利名稱：五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種永磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率高以及功率密度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，永磁電機(jī)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。不足之處在于永磁電機(jī)氣隙磁場調(diào)節(jié)困難，這在一定程度上限制了永磁電機(jī)的廣泛應(yīng)用。然而，電勵(lì)磁同步電機(jī)通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組中勵(lì)磁電流的大小可以方便地調(diào)節(jié)氣隙磁場。混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的特點(diǎn)是在一臺(tái)電機(jī)中同時(shí)存在兩種磁勢源永磁磁勢和電勵(lì)磁磁勢。電勵(lì)磁磁勢產(chǎn)生的磁場主要是用來對(duì)永磁磁勢產(chǎn)生的磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而混合勵(lì)磁永磁電機(jī)結(jié)合了永磁電機(jī)高效率和高功率密度以及電勵(lì)磁同步電機(jī)氣隙磁場調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)。目前，混合勵(lì)磁永磁電機(jī)已經(jīng)成為電機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，現(xiàn)有的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)方案有近30種。在這些方案中，有些方案永磁磁勢和電勵(lì)磁磁勢在磁路上是串聯(lián)的， 電勵(lì)磁磁勢產(chǎn)生的磁通路徑要經(jīng)過永磁體，導(dǎo)致勵(lì)磁損耗增大，電機(jī)效率降低，并且永磁體容易發(fā)生不可逆去磁。有些方案徑向磁場和軸向磁場共存，因而電機(jī)軸向長度不宜太長。 有些方案轉(zhuǎn)子分成兩段或者定轉(zhuǎn)子都分成兩段，可以看成是一臺(tái)永磁電機(jī)和一臺(tái)電勵(lì)磁同步電機(jī)的復(fù)合，從而降低了電機(jī)的功率密度。有些方案存在附加氣隙，從而降低了電機(jī)的效率，并使電機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。但有一類混合勵(lì)磁永磁電機(jī)方案，定子與普通的交流電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子上既有永磁體，又有勵(lì)磁繞組，兩者產(chǎn)生的磁通流經(jīng)相同的電機(jī)鐵心，提高了材料的利用率，保持了永磁電機(jī)高功率密度的優(yōu)點(diǎn)。此外，電機(jī)中不存在軸向磁場和附加氣隙， 保持了永磁電機(jī)高效率的優(yōu)點(diǎn)。但由于勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上，使得勵(lì)磁繞組與外部的連接仍需要電刷和滑環(huán)等機(jī)械裝置，從而降低了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也增加了電機(jī)維護(hù)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要電刷和集電環(huán)的采用五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的(參見附圖1、附圖2)采用五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)，包括一機(jī)殼[1]，機(jī)殼[1]內(nèi)裝有由定子鐵心[2]、定子繞組[3]組成的定子和由永磁體W]、轉(zhuǎn)軸W]、轉(zhuǎn)子鐵心[7]、轉(zhuǎn)子繞組[8]組成的轉(zhuǎn)子；定子繞組[3]分布于定子鐵心[2]上沿圓周方向開設(shè)的槽[9]中，轉(zhuǎn)子鐵心[7]上布置有永磁體[4]和轉(zhuǎn)子繞組[8]；轉(zhuǎn)子繞組[8]由轉(zhuǎn)子五次諧波繞組[10]和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組[11]組成。所述的定子繞組[3]可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組；可以為整數(shù)槽繞組，也可以為分?jǐn)?shù)槽繞組。所述的轉(zhuǎn)子五次諧波繞組[10]可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組。所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組[11]可以是集中繞組，也可以為分布繞組。所述的轉(zhuǎn)子永磁體W]的數(shù)量可以根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)要求設(shè)置，其極數(shù)與定子繞組(3)的極數(shù)相同。所述的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)或者放置于定子外。所述的轉(zhuǎn)子永磁體[4]可以采用徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)，以及混合結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子上不僅有永磁體[4]，而且轉(zhuǎn)子鐵心[7]上布置了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組[11]和轉(zhuǎn)子五次諧波繞組[10]，定子上布置一套定子繞組[3]，用于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)與定子繞組[3]的極對(duì)數(shù)相同。定子繞組 [3]與永磁體[4]相對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，相當(dāng)于一臺(tái)旋轉(zhuǎn)磁極的同步發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子五次諧波繞組[10]感應(yīng)的電動(dòng)勢經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整流得到直流電，給轉(zhuǎn)子鐵心[7]上的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組[11]提供直流電，轉(zhuǎn)子五次諧波繞組[10]中感應(yīng)的諧波電勢能夠隨著電機(jī)負(fù)載的變化而自動(dòng)改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)磁場和定子繞組[3]電壓的目的。本實(shí)用新型的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)具有如下特點(diǎn)1、電機(jī)不需要電刷、集電環(huán)以及電壓調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，響應(yīng)速度快。2、與普通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)相近，具有較高的功率密度。3、不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，保持了永磁電機(jī)的高效率。

圖1是圖2的A-A截面圖，為采用五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1為機(jī)殼，2為定子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，5為軸承，6為轉(zhuǎn)軸，7為轉(zhuǎn)子鐵心， 8為轉(zhuǎn)子繞組。圖2是圖1中電機(jī)截面圖，以4極為例。其中2為定子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，6為轉(zhuǎn)軸，7為轉(zhuǎn)子鐵心，9為定子鐵心上布置繞組的槽，10為轉(zhuǎn)子五次諧波繞組，11為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。圖3是圖2中B-B部分詳細(xì)說明圖，為了方便，展開為直線畫圖。其中2為定子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，6為轉(zhuǎn)軸，7為轉(zhuǎn)子鐵心，9為定子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽，10為轉(zhuǎn)子五次諧波繞組，11為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。圖中還畫出了定子繞組合成磁勢產(chǎn)生的基波磁場和五次諧波磁場分量。圖4是轉(zhuǎn)子五次諧波繞組經(jīng)整流橋與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組相聯(lián)的電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例。由圖1、2可知，本實(shí)用新型的五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)，包括機(jī)殼1，機(jī)殼1內(nèi)配置有定子鐵心2，定子鐵心2上沿圓周方向開槽9，槽9內(nèi)布置有定子繞組3。機(jī)殼 1與定子鐵心2固定不動(dòng)。機(jī)殼1內(nèi)配置有轉(zhuǎn)軸6，轉(zhuǎn)軸6通過軸承5與機(jī)殼1連接。轉(zhuǎn)軸 6上配置轉(zhuǎn)子鐵心7，轉(zhuǎn)子鐵心7上布置有永磁體4和轉(zhuǎn)子繞組8，轉(zhuǎn)子繞組8由轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11組成。永磁體4、轉(zhuǎn)子繞組8與轉(zhuǎn)子鐵心7可一起隨著轉(zhuǎn)軸6 在定子鐵心2內(nèi)旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸6以同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子永磁體 4建立磁場，在定子繞組3中感應(yīng)同步頻率的空載電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢在轉(zhuǎn)速一定時(shí)保持恒定。當(dāng)電機(jī)帶上電感性負(fù)載后，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，使得在定子繞組3中感應(yīng)的電動(dòng)勢下降。為了調(diào)節(jié)定子繞組3的電動(dòng)勢，在轉(zhuǎn)子鐵心7上布置了轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11。電機(jī)帶上負(fù)載后，定子合成磁勢中的五次諧波磁勢分量產(chǎn)生的諧波磁場會(huì)在轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10中感應(yīng)出諧波電動(dòng)勢，整流后輸入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11中，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11產(chǎn)生的磁場可以彌補(bǔ)由于電樞反應(yīng)去磁作用使得電機(jī)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的降低。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，定子合成磁勢中的五次諧波磁勢分量也增加，轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10的感應(yīng)電動(dòng)勢也隨著增大。因此，轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10感應(yīng)電動(dòng)勢的大小能夠隨著負(fù)載的變化而自動(dòng)改變，以達(dá)到調(diào)節(jié)磁場和繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的作用，而且實(shí)現(xiàn)了無電刷和集電環(huán)以及無電壓調(diào)節(jié)器。下面參照?qǐng)D3來具體說明轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10感應(yīng)電動(dòng)勢的原理。以一對(duì)極為例進(jìn)行說明，圖3中畫出了定子繞組合成磁勢產(chǎn)生的磁場基波分量和五次諧波分量，當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心7以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場的基波分量相對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心7靜止，不會(huì)在轉(zhuǎn)子的五次諧波繞組10中感應(yīng)出電動(dòng)勢；而磁場的五次諧波分量相對(duì)定子以1/5倍的同步速旋轉(zhuǎn)，其方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，因此在轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10中感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率為定子繞組3基波感應(yīng)電動(dòng)勢的六倍，且轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10感應(yīng)電動(dòng)勢的大小能夠隨著負(fù)載的變化而自動(dòng)改變。轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10感應(yīng)的交流電動(dòng)勢經(jīng)過整流得到直流電，直流電通入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11中實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，電路圖如圖4所示。直流勵(lì)磁電流流過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11建立相對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心7靜止的磁場，該磁場相對(duì)于定子鐵心2和定子繞組3為同步速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組3中感應(yīng)同步頻率的電動(dòng)勢，定子繞組3與外部電路相聯(lián)就可以向外輸出能量。本實(shí)用新型用作發(fā)電機(jī)時(shí)，定子繞組3與負(fù)載相連，用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，定子繞組3與驅(qū)動(dòng)電源相連。轉(zhuǎn)子五次諧波繞組10可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組11可以是集中繞組，也可以為分布繞組。整流電路可以采用橋式全波整流，也可以是半波整流。
權(quán)利要求1.五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)，包括一機(jī)殼(1)，其特征是機(jī)殼(1)內(nèi)裝有由定子鐵心O)、定子繞組C3)組成的定子和由永磁體、轉(zhuǎn)軸(6)、轉(zhuǎn)子鐵心(7)、轉(zhuǎn)子繞組 (8)組成的轉(zhuǎn)子，定子繞組C3)分布于定子鐵心( 上沿圓周方向開設(shè)的槽(9)中，轉(zhuǎn)子鐵心(7)上布置有永磁體(4)和轉(zhuǎn)子繞組(8)，轉(zhuǎn)子繞組(8)由轉(zhuǎn)子五次諧波繞組(10)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組(11)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的定子繞組C3)為三相繞組、單相或者多相繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的定子繞組C3)為整數(shù)槽繞組或者分?jǐn)?shù)槽繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的轉(zhuǎn)子五次諧波繞組(10)為三相繞組、 單相或者多相繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組(11)為集中繞組或者分布繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)或者放置于定子外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的永磁體(4)的數(shù)量根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)要求設(shè)置，其極數(shù)與定子繞組(3)的極數(shù)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征是所述的永磁體(4)采用徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu)。
專利摘要五次諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)，包括一機(jī)殼(1)，其特征是機(jī)殼(1)內(nèi)裝有由定子鐵心(2)、定子繞組(3)組成的定子和由永磁體(4)、轉(zhuǎn)軸(6)、轉(zhuǎn)子鐵心(7)、轉(zhuǎn)子繞組(8)組成的轉(zhuǎn)子，定子繞組(3)分布于定子鐵心(2)上沿圓周方向開設(shè)的槽(9)中，轉(zhuǎn)子鐵心(7)上布置有永磁體(4)和轉(zhuǎn)子繞組(8)，轉(zhuǎn)子繞組(8)由轉(zhuǎn)子五次諧波繞組(10)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組(11)組成。本實(shí)用新型電機(jī)不需要電刷、集電環(huán)以及電壓調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，響應(yīng)速度快；與普通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)相近，具有較高的功率密度；不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，保持了永磁電機(jī)的高效率。
文檔編號(hào)H02K21/14GK201956856SQ20102067048
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者夏永洪, 王善銘, 黃劭剛 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)