CN103051134B - 串联磁路混合励磁永磁电机 - Google Patents

Abstract

串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、非磁性材料组成的转子；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串联；非磁性材料位于转子铁心和转轴之间。通过调节励磁绕组的电流可以方便地调节电机的气隙磁场。本发明励磁绕组仅用于实现气隙磁场的辅助调节，充分发挥了永磁体的作用；具有较好的调节主磁场能力；与普通同步电机结构相似，具有较高的功率密度，同时有利于电机绕组和磁极形状的优化设计，以获得正弦性的电压波形；没有附加气隙，不存在轴向磁路。

Description

串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、结构灵活等诸多优点。使得永磁电机在油田、矿井、钢厂、纺织以及航空航天等领域均有广泛应用。然而，永磁电机存在气隙磁场调节困难的缺点，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，从而影响供电的质量；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，永磁电机气隙磁场调节困难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。

混合励磁永磁电机中同时存在永磁磁动势和电励磁磁动势两种磁动势源，通过调节电励磁磁动势大小和方向可以实现永磁电机气隙磁场的调节。经过国内外学者多年的研究，现有的混合励磁永磁电机结构近30种。在这些混合励磁永磁电机中，有些混合励磁永磁电机径向磁路和轴向磁路共存，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转子分成两段，两段转子在磁路上相互独立，可以看作是一台永磁同步电机和一台电励磁同步电机的组合，因而材料的利用率低，降低了电机的功率密度。有些混合励磁永磁电机存在附加气隙，降低了电机的效率，同时使电机结构变得复杂。

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串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。

本发明所述的串联磁路的混合励磁永磁电机，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）、转子非磁性材料（9）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（10）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串联；转子非磁性材料（9）位于转子铁心（7）和转轴（6）之间。

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。

所述的转子在定子内或者放置于定子外。

所述的转子永磁体（4）可以采用径向结构、切向结构，以及混合结构。

本发明的串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）建立的永磁磁动势源和转子励磁绕组（8）建立的电励磁磁动势源在磁路上串联。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，克服了永磁电机气隙磁场调节困难的缺点。

3、与普通同步电机结构相似，具有较高的功率密度，同时有利于电机绕组和磁极形状的优化设计，以获得畸变率低的电压波形。

4、不存在轴向磁路和附加气隙，磁路短，漏磁小。

附图说明

图1是图2的A-A截面图,为串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，9为转子非磁性材料。

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为转子非磁性材料，10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，本发明的串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10，槽10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和转子非磁性材料9，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、转子励磁绕组8与转子非磁性材料9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3和图4来具体说明本发明的气隙磁场调节原理。以4极电机为例进行说明，永磁体4产生的磁通路径从永磁体N极出发，经过转子轭、极身、极靴、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、极靴、极身、转子轭，最后回到永磁体S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。转子励磁绕组8产生的磁通路径从极身出发，经过极靴、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、极靴、极身、转子轭、永磁体、转子轭，最后回到极身，形成闭合磁回路；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建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相同，气隙磁场将增大，如图4所示，当改变励磁电流的方向时，转子励磁绕组8建立的气隙磁场方向与永磁体建立的气隙磁场方向相反，气隙磁场将减小；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中电流的大小和方向就可以方便地调节电机的气隙磁场，以达到调节发电机端电压的作用。

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 (8)

1.串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) 、转子非磁性材料(9)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（10）中，转子铁心(7)具有凸出的磁极，永磁体（4）布置在相邻的两个磁极间的几何中心处的转子铁心(7)的轭部，其产生的磁通路径从永磁体（4）N极出发，经过转子轭、极身、极靴、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、极靴、极身、转子轭，最后回到永磁体（4）S极，形成闭合磁回路，转子励磁绕组（8）套在转子铁心(7)的磁极极身，其产生的磁通路径从极身出发，经过极靴、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、极靴、极身、转子轭、永磁体、转子轭，最后回到极身，形成闭合磁回路，所述的转子励磁绕组（8）建立的电励磁磁动势作用在电机磁路上产生的磁通流经位于转子铁心(7)轭部的永磁体(4)，与永磁体(4)建立的永磁磁动势在电机磁路上形成串联，转子非磁性材料(9)位于转子铁心(7)和转轴(6)之间。

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）为三相绕组、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。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的永磁体（4）的数量可以根据需要任意设置。

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。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征是所述的永磁体（4）采用切向结构。