本發(fā)明涉及無刷同步電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)。

背景技術(shù)：

電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)中重要的驅(qū)動(dòng)部件，提高電機(jī)的性能對于工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。相較于被廣泛使用的異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有低損耗、高功率密度以及高功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。隨著高性能永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機(jī)的性能也不斷提高，在對電機(jī)性能有較高要求的領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)正得到日益廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)的氣隙磁場主要由永磁體產(chǎn)生，由于永磁體的可調(diào)節(jié)性能不強(qiáng)，因而限制了電機(jī)的速度調(diào)節(jié)范圍。為解決這一問題，混合勵(lì)磁電機(jī)被國內(nèi)外眾多專家學(xué)者所提出。在混合勵(lì)磁電機(jī)中，由永磁體以及勵(lì)磁繞組同時(shí)產(chǎn)生氣隙磁場，因而增強(qiáng)了混合勵(lì)磁電機(jī)的磁場強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)性能，同時(shí)混合勵(lì)磁電機(jī)保留了永磁同步電機(jī)的高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。然而，相較于傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)，混合勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)通常更復(fù)雜，在增加生產(chǎn)難度的同時(shí)也降低了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

磁場調(diào)制式永磁電機(jī)的基本工作原理，是通過在氣隙中放置調(diào)磁鐵塊來使得氣隙導(dǎo)磁率變得不均勻，從而使氣隙磁場產(chǎn)生一定極對數(shù)的諧波分量，電機(jī)繞組就可以通過這些諧波分量與電機(jī)轉(zhuǎn)子相互作用，達(dá)到轉(zhuǎn)矩傳遞和變速的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)，以改進(jìn)現(xiàn)有混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和可靠性低的缺點(diǎn)。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是：一種磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中所述定子包括定子鐵心和繞組，所述繞組包 括交流電樞繞組和直流勵(lì)磁繞組，所述定子鐵心設(shè)計(jì)為開口槽，所述交流電樞繞組和所述直流勵(lì)磁繞組設(shè)置在所述定子鐵心的所述開口槽內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體，所述轉(zhuǎn)子永磁體固定設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子鐵心上，其中，所述交流電樞繞組同時(shí)與所述轉(zhuǎn)子永磁體和所述直流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場互相作用。

優(yōu)選地，所述定子鐵心和所述轉(zhuǎn)子鐵心由齒槽式硅鋼片疊制而成，所述轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)計(jì)為開口槽。

優(yōu)選地，所述直流勵(lì)磁繞組的極對數(shù)與所述定子鐵心的齒數(shù)相等。

優(yōu)選地，所述磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述定子鐵心沿圓周方向且靠近所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)開槽。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子永磁體沿半徑向外方向充磁或者沿半徑向內(nèi)方向充磁。

優(yōu)選地，所述交流電樞繞組的極對數(shù)與所述定子鐵心的齒數(shù)之和等于所述轉(zhuǎn)子鐵心的齒數(shù)，所述轉(zhuǎn)子永磁體的極數(shù)與所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述齒數(shù)相等。

優(yōu)選地，還包括定子永磁體，所述定子永磁體設(shè)置在所述定子鐵心的齒部頂端，所述定子永磁體的極對數(shù)等于所述定子鐵心的齒數(shù)。

優(yōu)選地，所述磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)為直線電機(jī)，所述定子鐵心沿垂直于所述轉(zhuǎn)子向下的方向并貼近所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)開槽。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子永磁體沿垂直于所述轉(zhuǎn)子向上的方向充磁或者沿垂直于所述轉(zhuǎn)子向下的方向充磁。

優(yōu)選地，在所述定子長度內(nèi)，所述交流電樞繞組的極對數(shù)與所述定子鐵心的齒數(shù)之和等于所述轉(zhuǎn)子鐵心的齒數(shù)，所述轉(zhuǎn)子永磁體的極數(shù)與所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述齒數(shù)相等。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：通過本發(fā)明提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)，由永磁體和勵(lì)磁繞組電流共同產(chǎn)生氣隙磁場，增強(qiáng)了氣隙磁場的可調(diào)節(jié)性，擴(kuò)展了電機(jī)的調(diào)速范圍；通過對勵(lì)磁電流的方向和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可以實(shí)現(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)電機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)的需要；此外，通過將電樞繞組和勵(lì)磁繞組皆置于定子中，使得轉(zhuǎn)子部分僅由鐵心和永磁體組成，避免了將繞組置于轉(zhuǎn)子部分時(shí)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，也利于電機(jī)繞組的散熱。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明再一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)100為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括由定子鐵心110和繞組120構(gòu)成的定子和由轉(zhuǎn)子鐵心130和轉(zhuǎn)子永磁體140的轉(zhuǎn)子。其中，定子鐵心110設(shè)計(jì)為開口槽，沿圓周方向且靠近轉(zhuǎn)子的一側(cè)開槽。繞組120包括交流電樞繞組122和直流勵(lì)磁繞組124，交流電樞繞組122和直流勵(lì)磁繞組124設(shè)置在定子鐵心110的開口槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵心130設(shè)計(jì)為開口槽。轉(zhuǎn)子永磁體140固定設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵心130上。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，定子鐵心110和轉(zhuǎn)子鐵心130由齒槽式硅鋼片疊制而成。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，直流勵(lì)磁繞組124的極對數(shù)與定子鐵心110的齒數(shù)相等，交流電樞繞組122的極對數(shù)與定子鐵心110的齒數(shù)兩者之和等于轉(zhuǎn)子鐵心130的齒數(shù)，轉(zhuǎn)子永磁體140的極數(shù)與轉(zhuǎn)子鐵心130的齒數(shù)相等。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子永磁體140的充磁方向相同，都沿半徑向外方向充磁或者都沿半徑向內(nèi)方向充磁。

具體而言，在工作時(shí)，在磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)100的交流電樞繞組122中通入交流電，產(chǎn)生基波極對數(shù)為P(P為交流電樞繞組122的極對數(shù))的旋轉(zhuǎn) 磁場，由于M個(gè)定子鐵心110的齒部的存在導(dǎo)致氣隙不均勻，使交流電樞繞組122的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生極對數(shù)為Z(Z為轉(zhuǎn)子鐵心130的齒數(shù)，等于轉(zhuǎn)子永磁體140的極數(shù))的諧波分量，由于該諧波分量與轉(zhuǎn)子永磁體140的基波磁場具有相同的極對數(shù)，使得交流電樞繞組122可以和轉(zhuǎn)子永磁體140互相作用；類似地，轉(zhuǎn)子永磁體140產(chǎn)生基波極對數(shù)為Z的磁場，由于M個(gè)定子鐵心110的齒部的存在導(dǎo)致氣隙不均勻，產(chǎn)生極對數(shù)為P的諧波分量，由于該諧波分量與交流電樞繞組122具有相同的極對數(shù)，同樣使得交流電樞繞組122和轉(zhuǎn)子永磁體140互相作用。

當(dāng)在直流勵(lì)磁繞組124中通入正向或反向電流時(shí)，產(chǎn)生基波極對數(shù)為M的磁場，由于Z個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心130的齒部的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)子永磁體140的磁導(dǎo)率，使得氣隙不均勻，從而使直流勵(lì)磁繞組124產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生極對數(shù)為P的諧波分量，由于該諧波分量與交流電樞繞組122具有相同的極對數(shù)，使得直流勵(lì)磁繞組124可以和交流電樞繞組122互相作用；類似地，在交流電樞繞組122中通入交流電后產(chǎn)生的基波極對數(shù)為P的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子鐵心130的齒部的調(diào)制作用下，產(chǎn)生極對數(shù)為M的諧波分量，由于該諧波分量與直流勵(lì)磁繞組124具有相同的極對數(shù)，同樣使得直流勵(lì)磁繞組124可以與交流電樞繞組122互相作用。

由上所述可知，通過磁場調(diào)制原理，交流電樞繞組122可以同時(shí)與轉(zhuǎn)子永磁體140及直流勵(lì)磁繞組124產(chǎn)生的磁場互相作用，因此，磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)100的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子永磁體140和直流勵(lì)磁繞組124的勵(lì)磁電流共同決定。通過對勵(lì)磁電流的方向和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可以實(shí)現(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)，從而使適應(yīng)電機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)的需要。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)200的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2將結(jié)合圖1描述，在圖1和圖2中，相同標(biāo)號的元件具有相同的功能，在此不再贅述。如圖2所示，磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)200為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，與圖1所示的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)100不同的是，磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)200還包括設(shè)置在定子鐵心110的齒部頂端的定子永磁體150，其中，定子永磁體150的極對數(shù)等于定子鐵心110的齒數(shù)。通過將定子永磁體150設(shè)置在定子鐵心110的齒部頂端，進(jìn)一步提高了氣隙磁場的密度，有利于提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。

圖3為本發(fā)明再一實(shí)施例提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)300的結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖3所示，磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)300為直線電機(jī)，包括由定子鐵心310和繞組320構(gòu)成的定子和由轉(zhuǎn)子鐵心330和轉(zhuǎn)子永磁體340的轉(zhuǎn)子(即動(dòng)子，其作用與圖1和圖2中的轉(zhuǎn)子相同，為描述方便起見，在此稱為轉(zhuǎn)子)。其中，定子鐵心310設(shè)計(jì)為開口槽，沿垂直于轉(zhuǎn)子向下的方向并貼近轉(zhuǎn)子的一側(cè)開槽。繞組320包括交流電樞繞組322和直流勵(lì)磁繞組324，交流電樞繞組322和直流勵(lì)磁繞組324設(shè)置在定子鐵心310的開口槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵心330設(shè)計(jì)為開口槽。轉(zhuǎn)子永磁體340固定設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵心330上。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，定子鐵心310和轉(zhuǎn)子鐵心330由齒槽式硅鋼片疊制而成。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，直流勵(lì)磁繞組324的極對數(shù)與定子鐵心310的齒數(shù)相等，在定子長度內(nèi)，交流電樞繞組322的極對數(shù)與定子鐵心310的齒數(shù)兩者之和等于轉(zhuǎn)子鐵心330的齒數(shù)，轉(zhuǎn)子永磁體340的極數(shù)與轉(zhuǎn)子鐵心330的齒數(shù)相等。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子永磁體340的充磁方向相同，都沿垂直于定子向上的方向充磁或者皆沿垂直于定子向下的方向充磁。

本發(fā)明提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)既可以用作電動(dòng)機(jī)，也可以用作發(fā)電機(jī)。當(dāng)其作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組通入直流電流，產(chǎn)生相對于轉(zhuǎn)子靜止的磁場，電樞繞組通入交流電流，產(chǎn)生相對于定子旋轉(zhuǎn)的磁場，由于兩個(gè)磁場的相互作用，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子將與定子磁場同步轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，當(dāng)其作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組通入直流電流，產(chǎn)生相對于轉(zhuǎn)子靜止的磁場，而轉(zhuǎn)子在外部機(jī)械力的推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，勵(lì)磁磁場也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢

有利地，通過本發(fā)明提供的磁場調(diào)制式混合勵(lì)磁電機(jī)，由轉(zhuǎn)子永磁體和勵(lì)磁繞組電流共同產(chǎn)生氣隙磁場，增強(qiáng)了氣隙磁場的可調(diào)節(jié)性，擴(kuò)展了電機(jī)的調(diào)速范圍；通過對勵(lì)磁電流的方向和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可以實(shí)現(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)電機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)的需要；此外，通過將電樞繞組和勵(lì)磁繞組皆置于定子中，使得轉(zhuǎn)子部分僅由鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體組成，避免了將繞組置于轉(zhuǎn)子部分時(shí)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，也利于電機(jī)繞組的散熱。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā) 明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。