一種雙繞組高功率密度混合勵磁永磁電動機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種永磁電動機(jī)，尤其涉及一種雙繞組高功率密度混合勵磁永磁電動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著永磁材料耐高溫性能的提高和價格的降低，永磁電機(jī)在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面得到更為廣泛的應(yīng)用，正向大功率化、高性能化和微型化方向發(fā)展。目前永磁電機(jī)的功率從幾毫瓦到幾千千瓦，應(yīng)用范圍從玩具電機(jī)、工業(yè)應(yīng)用到艦船牽引用的大型永磁電機(jī)，在國民經(jīng)濟(jì)、日常生活、軍事工業(yè)、航空航天的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。主要應(yīng)用如下:
[0003](I)家用電器領(lǐng)域:包括電視音像設(shè)備、風(fēng)扇、空調(diào)器、食品加工機(jī)、美容工具、油煙機(jī)等。
[0004](2)計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備領(lǐng)域:包括計(jì)算機(jī)(驅(qū)動器、風(fēng)扇等)、打印機(jī)、繪圖儀、光驅(qū)、光盤刻錄機(jī)等。
[0005](3)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域:包括工業(yè)驅(qū)動裝置、材料加工系統(tǒng)、自動化設(shè)備、機(jī)器人等。
[0006](4)汽車領(lǐng)域:包括永磁起動機(jī)、雨刮器電機(jī)、門鎖電機(jī)、座椅升降電機(jī)、遮陽頂棚電機(jī)、清洗栗電機(jī)、錄音機(jī)用電機(jī)、玻璃升降電機(jī)、散熱器冷卻風(fēng)扇電機(jī)、空調(diào)電機(jī)、天線升降電機(jī)、油栗電機(jī)等。
[0007](5)公共生活領(lǐng)域:包括鐘表、美容機(jī)械、自動售貨機(jī)、自動取款機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)等。
[0008](6)交通運(yùn)輸領(lǐng)域:包括電車、飛機(jī)輔助設(shè)備、艦船等。
[0009](7)航天領(lǐng)域:包括火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等。
[0010](8)國防領(lǐng)域:包括坦克、導(dǎo)彈、潛艇、飛機(jī)等。
[0011](9)醫(yī)療領(lǐng)域:包括牙鉆、人工心臟、醫(yī)療器械等。
[0012](10)發(fā)電領(lǐng)域:包括風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電、小型水力發(fā)電、小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組用發(fā)電機(jī)，以及大型發(fā)電機(jī)的副勵磁機(jī)等。
[0013]常規(guī)交流永磁電機(jī)通常分為以下幾類:異步起動永磁同步電動機(jī)、永磁無刷直流電動機(jī)、調(diào)速永磁同步電動機(jī)。
[0014]無刷直流電機(jī)和調(diào)速永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)上基本相同，定子上為多相繞組，轉(zhuǎn)子上有永磁體，它們的主要區(qū)別在于無刷直流電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息實(shí)現(xiàn)自同步。它們的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)取消了電刷換向器，可靠性提高；(2)損耗主要由定子產(chǎn)生，散熱條件好；(3)體積小、重量輕。
[0015]異步起動永磁同步電動機(jī)與調(diào)速永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是:前者轉(zhuǎn)子上有起動繞組或具有起動作用的整體鐵心，能實(shí)現(xiàn)自起動，無需控制系統(tǒng)即可并網(wǎng)運(yùn)行。
[0016]除此之外，還有單相永磁電機(jī)，單相永磁電機(jī)需要配套電容起動和運(yùn)行，體積笨重，成本高，而且整體運(yùn)行的效率和功率因數(shù)都較低。
[0017]現(xiàn)有永磁電機(jī)存在的技術(shù)缺點(diǎn)如下:
[0018]1、現(xiàn)有永磁電機(jī)由于永磁體磁動勢固定，電機(jī)主磁通不可調(diào)，導(dǎo)致恒功率運(yùn)行范圍窄，調(diào)速范圍不夠?qū)挿?，而且電機(jī)繞組一般為3相，定子槽數(shù)目多，繞組下線工藝復(fù)雜。
[0019]2、現(xiàn)有大多數(shù)永磁電機(jī)永磁體位于轉(zhuǎn)子上，運(yùn)行時隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，永磁體需采用特殊工序固定，制造成本高，尤其電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，永磁體固定更加困難，由于永磁體位于轉(zhuǎn)子上，運(yùn)行時散熱困難，溫升和由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而引起的振動會導(dǎo)致永磁體機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞和發(fā)生不可逆退磁。
[0020]3、現(xiàn)有永磁電機(jī)一般為三相，要求電機(jī)的功率逆變電路至少需要6個功率開關(guān)器件，如IGBT或者M(jìn)OSFET等，以及與之相應(yīng)的驅(qū)動該功率開關(guān)器件的驅(qū)動電路和保護(hù)電路，使得電機(jī)功率逆變電路成本相當(dāng)高，甚至達(dá)到電機(jī)本體成本的兩到三倍，功率開關(guān)器件數(shù)量增多增加了控制電路復(fù)雜程度，器件發(fā)生故障的可能性增加，運(yùn)行時系統(tǒng)的可靠性降低。
[0021]針對現(xiàn)有永磁電機(jī)勵磁磁勢不可調(diào)的缺點(diǎn)，相關(guān)學(xué)者提出了一些混合勵磁結(jié)構(gòu)電機(jī)，這類混合勵磁結(jié)構(gòu)電機(jī)從勵磁方式上可以分為兩類:
[0022]—類是永磁體磁勢與勵磁繞組磁勢串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)由于勵磁磁通需要穿過永磁體，勵磁電流大，勵磁損耗高，而且會對永磁體產(chǎn)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用不廣泛；
[0023]另一類是永磁體磁勢和勵磁繞組磁勢并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)一般采用定子永磁式，永磁體位于定子上，通過調(diào)節(jié)勵磁繞組電流調(diào)節(jié)磁場，這類電機(jī)調(diào)磁性能好，但增加勵磁繞組后，電機(jī)繞組套數(shù)更多，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時會出現(xiàn)一個槽內(nèi)有多套繞組的情況或者既有相繞組又有勵磁繞組的情況，槽內(nèi)需增加相間絕緣，繞組下線工藝復(fù)雜，槽利用率低，而且，需要加開勵磁槽，電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)零散化嚴(yán)重，組裝固定困難，加工工藝復(fù)雜，電機(jī)成本高。更為重要的是，增加勵磁繞組后，需要至少再增加一個功率開關(guān)器件控制勵磁繞組的電流，這更進(jìn)一步增加了功率電路的成本，而且，勵磁繞組產(chǎn)生的磁通和主磁通共用主磁路和主氣隙，勵磁效果受到電機(jī)其他設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，一旦電機(jī)制成，只能通過調(diào)節(jié)勵磁電流控制勵磁效果，無法通過單獨(dú)設(shè)計(jì)勵磁磁路來控制勵磁磁通。
[0024]因此，尋求一種本體結(jié)構(gòu)簡單，成本低，調(diào)磁功能靈活但功率開關(guān)器件個數(shù)少，控制器和功率電路成本低的混合勵磁永磁電機(jī)至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種雙繞組高功率密度混合勵磁永磁電動機(jī)，具有如下特點(diǎn):
[0026]1、本發(fā)明電機(jī)為混合勵磁永磁電機(jī)，定子上只有一套定子電樞繞組A和一套勵磁繞組F，而且電機(jī)每個槽內(nèi)只安放有一套繞組，槽內(nèi)不需要相間絕緣，電機(jī)繞組下線工序簡單，整個成本低于現(xiàn)有的各類三相感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)，由于槽內(nèi)不需相間絕緣，槽滿率尚O
[0027]2、本發(fā)明電機(jī)永磁體固定于定子上，不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，安裝方便，有利于散熱，消除了普通單相永磁電機(jī)由于永磁體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力損壞，永磁體散熱不良等缺點(diǎn)；本發(fā)明電機(jī)的功率密度高，材料利用率高，同樣設(shè)計(jì)功率的電機(jī)，本發(fā)明電機(jī)節(jié)省材料用量，降低成本。
[0028]3、本發(fā)明電機(jī)運(yùn)行時只有一套電樞繞組A通交流電流，而勵磁繞組F通以方向不變的直流電流，因此電機(jī)的控制電路只需兩個電力電子功率開關(guān)器件，如IGBT或者M(jìn)OSFET，如圖1所示，而現(xiàn)有各類感應(yīng)電動機(jī)以及永磁電機(jī)定子上均有三相及以上的電樞繞組，需要至少6個電力電子功率開關(guān)器件，如圖2所示，因此，本發(fā)明電機(jī)的控制系統(tǒng)所需開關(guān)器件少，成本低，結(jié)構(gòu)簡單。此外，由于功率開關(guān)器件個數(shù)少，降低了電機(jī)控制電路中功率開關(guān)器件發(fā)生故障的可能性，可靠性提高。
[0029]4、本發(fā)明電機(jī)運(yùn)行時勵磁磁場可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)勵磁繞組F的電流可以調(diào)節(jié)電機(jī)氣隙內(nèi)的磁通密度，本發(fā)明電機(jī)勵磁繞組安放在附加氣隙的下面，兩者并排放置，勵磁繞組產(chǎn)生的磁通直接經(jīng)過附加氣隙，定子齒，主氣隙和轉(zhuǎn)子齒形成閉合回路，勵磁磁通不經(jīng)過永磁體，與永磁體產(chǎn)生的磁通形成并聯(lián)關(guān)系，這不僅有效提高了弱磁效率，而且避免了