CN103051133B - 并联磁路混合励磁永磁电机 - Google Patents

Abstract

并联磁路混合励磁永磁电机，包括机壳，机壳内装有由定子铁心、定子绕组组成的定子和由永磁体、转轴、转子铁心、励磁绕组组成的转子；定子绕组分布于定子铁心上沿圆周方向开设的槽中，转子铁心上布置有永磁体和励磁绕组，所述的永磁体和励磁绕组建立的磁动势在磁路上并联。通过调节励磁绕组的电流可以方便地调节铁磁磁极的气隙磁场，以实现电机气隙磁场的调节。本发明永磁磁动势和电励磁磁动势在磁路上并联，所需的励磁电流较小，保持了永磁电机的高效率；两种励磁磁动势产生的磁通流经相同的电机铁心，材料利用率高，保持了永磁电机的高功率密度；结构与普通永磁同步电机类似，不存在轴向磁路和附加气隙，具有结构简单的优点。

Description

并联磁路混合励磁永磁电机

技术领域

本发明属于电机领域，涉及一种永磁电机。

背景技术

永磁电机具有高效率、高功率密度、结构简单以及运行可靠等诸多优点。因此，永磁电机在工业、民用、军事以及航空航天等领域中应用非常广泛，如电动汽车用驱动电机、空调压缩机、风力发电机、移动供电电源以及航天飞行器中的发电机。

然而，对于永磁电机而言，气隙磁场由永磁体的性能决定，使得永磁电机的气隙磁场难以调节。当永磁电机作发电机使用时，其端电压会随负载大小、负载性质或者原动机转速等因素变化而变化，从而影响永磁发电机输出电压的质量；当永磁电机作电动机使用时，难以获得宽广的调速范围。因此，永磁电机气隙磁场难以调节的缺点又在一定程度上限制了永磁电机的广泛应用和推广。

通过在永磁电机内部增加电励磁的方式形成的混合励磁永磁电机成功地解决了永磁电机气隙磁场调节困难的问题。经过国内外学者多年的研究，已经取得了一定的研究成果，提出了近30种混合励磁永磁电机结构。在这些混合励磁永磁电机中，有些混合励磁永磁电机除了存在径向磁场外，还存在轴向磁场，因而增加了电机磁路长度，使得电机轴向长度不宜太长。有些混合励磁永磁电机是由一台永磁同步电机和一台电励磁同步电机组成，两台电机在磁路上相互独立，从而降低了电机的功率密度。有些混合励磁永磁电机除了存在工作主气隙，还存在附加气隙，从而降低了电机的效率，同时电机结构也变得复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种无轴向磁场和无附加气隙的并联磁路混合励磁永磁电机。

本发明的技术方案是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的并联磁路混合励磁永磁电机，包括一机壳（1），机壳（1）内装有由定子铁心（2）、定子绕组（3）组成的定子和由永磁体（4）、转轴（6）、转子铁心（7）、转子励磁绕组（8）组成的转子；定子绕组（3）分布于定子铁心（2）上沿圆周方向开设的槽（9）中，转子铁心（7）上布置有永磁体（4）和转子励磁绕组（8）。所述的永磁体（4）建立的永磁磁动势源和所述的转子励磁绕组（8）建立的电励磁磁动势源在磁路上并联。

所述的定子绕组（3）可以为三相绕组，也可以为单相或者多相绕组；可以为整数槽绕组，也可以为分数槽绕组。

所述的定子绕组（3）为整数槽绕组或者分数槽绕组。

所述的转子励磁绕组（8）可以是集中绕组，也可以为分布绕组。

所述的转子永磁体（4）的数量可以根据需要任意设置。

所述的转子极对数与定子绕组（3）的极对数相同。

所述的转子在定子内或者放置于定子外。

本发明的并联磁路混合励磁永磁电机定子上布置一套定子绕组（3），用于机电能量转换。转子上不仅有永磁体（4），而且布置了转子励磁绕组（8），永磁体（4）建立的永磁磁动势和转子励磁绕组（8）建立的电励磁磁动势在磁路上并联。转子极对数与定子绕组（3）极对数相同。定子绕组（3）与永磁体（4）和转子励磁绕组（8）相对应，产生电磁感应作用，相当于一台旋转磁极的同步发电机。转子励磁绕组（8）产生的电励磁磁动势用于调节电机的气隙磁场，从而达到调节定子绕组（3）电压的目的。

本发明的并联磁路混合励磁永磁电机具有如下特点。

1、励磁磁场主要由永磁体建立，转子励磁绕组仅用于实现气隙磁场的辅助调节，可以充分发挥永磁体的作用。

2、通过调节转子励磁绕组电流可以方便地调节电机的气隙磁场，解决了永磁电机气隙磁场调节困难的问题。

3、永磁磁动势和电励磁磁动势在磁路上并联，调节气隙磁场所需的励磁电流较小，保持了永磁电机的高效率。

4、转子永磁磁动势和电励磁磁动势产生的磁通流经相同的电机铁心，材料利用率高，保持了永磁电机的高功率密度。

5、与普通永磁同步电机结构相似，不存在轴向磁路和附加气隙，具有结构简单的优点。

附图说明

图1是图2的A-A截面图，为并联磁路混合励磁永磁电机结构示意图。其中1为机壳，2为定子铁心，3为定子绕组，4为永磁体，5为轴承，6为转轴，7为转子铁心，8为转子励磁绕组。

图2是图1中电机截面图，以4极为例。其中2为定子铁心，3为定子绕组，4为永磁体，6为转轴，7为转子铁心，8为转子励磁绕组，9为定子铁心上布置绕组的槽。

图3是永磁体单独作用产生的磁力线示意图，以4极为例。

图4是励磁绕组单独作用产生的磁力线示意图，以4极为例。

图5是永磁体和励磁绕组共同作用产生的磁力线示意图，以4极为例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例。

由图1、2可知，本发明的并联磁路混合励磁永磁电机，包括机壳1，机壳1内配置有定子铁心2，定子铁心2上沿圆周方向开槽9，槽9内布置有定子绕组3。机壳1与定子铁心2固定不动。机壳1内配置有转轴6，转轴6通过轴承5与机壳1连接。转轴6上配置转子铁心7，转子铁心7上布置有永磁体4和转子励磁绕组8。永磁体4、转子铁心7与转子励磁绕组8可一起随着转轴6在定子铁心2内旋转。

本发明的工作原理是：以发电机为例，转子永磁体4和直流电流流过转子励磁绕组8均建立相对于转子铁心7静止的磁场，该磁场相对于定子铁心2和定子绕组3为同步速旋转，在定子绕组3中感应同步频率的电动势，定子绕组3与外部电路相联就可以向外输出能量。

下面参照图2、图3和图4来具体说明本发明的气隙磁场调节原理。由图2可知，转子每个磁极上均布置了永磁体4，称之为永磁磁极；永磁体4产生的磁通路径从永磁磁极N极出发，经过气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、永磁磁极S极、转子铁心，最后回到永磁磁极N极，形成闭合磁回路，图3中画出了永磁体单独作用产生的磁力线示意图。永磁体4的两侧均是转子铁心，称之为铁磁磁极，由于永磁体的磁导率接近空气，使得电励磁绕组产生的磁通只流经永磁体两侧的转子铁心；转子励磁绕组8产生的磁通路径从铁磁磁极N极出发，经过气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、铁磁磁极S极、转子铁心，最后回到铁磁磁极N极，形成闭合磁回路，图4画出了转子励磁绕组8单独作用产生的磁力线示意图，通过调节转子励磁绕组8中电流大小就可以调节铁磁磁极的气隙磁场强弱。当在转子励磁绕组8中输入正向励磁电流时，转子励磁绕组8在铁磁磁极建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相同，从而使电机的气隙磁场增大，如图5所示，当改变励磁电流的方向时，转子励磁绕组8在铁磁磁极建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相反，从而使电机的气隙磁场减小；输入的励磁电流越大，气隙磁场调节范围就越宽；因此，通过改变转子励磁绕组8中电流大小和方向就可以调节电机铁磁磁极的气隙磁场大小和方向，以达到调节发电机气隙磁场和端电压的作用。

本发明用作发电机时，定子绕组3与负载相连，用作电动机时，定子绕组3与驱动电源相连。

转子励磁绕组8可以是集中绕组，也可以为分布绕组。

Claims (7)

1.并联磁路混合励磁永磁电机，包括机壳(1)，其特征是机壳(1)内装有由定子铁心(2)、定子绕组(3)组成的定子和由永磁体(4)、转轴(6)、转子铁心(7)、转子励磁绕组(8)组成的转子，定子绕组(3)分布于定子铁心（2）上沿圆周方向开设的槽（9）中，转子励磁绕组(8)分布于转子铁心(7)上沿圆周方向开设的槽中，所述的转子励磁绕组(8)产生的磁通路径从铁磁磁极N极出发，经过气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、铁磁磁极S极、转子铁心，最后回到铁磁磁极N极，形成闭合磁回路，永磁体(4)为瓦片形，以表面方式布置在相邻的两个励磁绕组(8)槽之间的转子铁心(7)中，且关于磁极中心线左右对称，所述的永磁体(4)产生的磁通路径从永磁磁极N极出发，经过气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、永磁磁极S极、转子铁心，最后回到永磁磁极N极，形成闭合磁回路，其建立的永磁磁动势源和所述的转子励磁绕组（8）建立的电励磁磁动势源在磁路上并联，所述的转子励磁绕组(8)中输入正向励磁电流时，转子励磁绕组(8)在铁磁磁极建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相同，当改变励磁电流的方向时，转子励磁绕组(8)在铁磁磁极建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相反。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的定子绕组（3）为单相或者多相绕组。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的定子绕组（3）为整数槽绕组或者分数槽绕组。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的转子励磁绕组（8）为集中绕组或者分布绕组。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的永磁体（4）的数量根据需要设置。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的转子极对数与定子绕组（3）的极对数相同。

7.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的转子在定子内或者放置于定子外。