CN104716801A - 一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，包括机壳、设于机壳内的定子、转子、固定在支撑轴上的环形导磁桥和旋转轴。其中，定子包括定子铁心和嵌在定子槽内的电枢绕组。转子包括两个相对闭合、交错分布的组合式转子铁心和切向磁化永磁体。组合式转子铁心与主气隙接触的部分采用叠片结构、其他部分采用整块结构。环形导磁桥内嵌励磁绕组，位于转子铁心内侧且与转子铁心间存在附加气隙。该电机在保持混合励磁电机气隙磁场宽范围调节能力的基础上充分利用转子内部空间，可以减小电机轴向长度及重量，转子铁心与主气隙接触的部分采用叠片结构，减小了转子涡流损耗，在新能源汽车及独立电源系统中有重要应用价值。

Description

一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种同步电机，特别是一种混合励磁同步电机。
背景技术
混合励磁电机集成了电励磁电机气隙磁场可宽范围调节和永磁电机高功率密度、高效率的优点，在风力发电、飞机和车载电源等独立发电领域和电动汽车驱动等领域具有广阔的应用前景。混合励磁电机根据永磁磁势和电励磁磁势的相互作用关系可以分成磁势串励式、并励式、混励式三种结构。
串励式典型的结构是电励磁绕组嵌绕在永磁体下面的磁极上，电机机构简单，实现方便，但电励磁的磁路经过永磁体，磁路磁阻过大，使励磁电流较大，铜耗增加。同时，电励磁磁动势直接作用于永磁体，容易发生不可逆退磁。
混励式混合励磁电机永磁体的磁路和电励磁的磁路基本独立，磁场在气隙合成。此种结构，一般为无刷，电机可靠性较高。设计上可以灵活调整永磁体和电励磁所占的份额，但电机的结构和制造工艺较复杂。
并励式混合励磁电机磁路灵活，结构多种多样，现阶段国内外探索和研究混合励磁电机主要集中在这种形式，其典型结构可归纳为转子磁极分割型、旁路式、并列式、混合励磁爪极电机、磁分路式五大类。转子磁极分割型混合励磁电机气隙磁密调节范围宽，但轴向磁路经过机壳，所以轴向磁路较长，且易饱和，转子永磁体为表贴式结构，气隙磁密偏低。旁路式混合励磁电机具有良好的磁场控制能力，但受轴向磁路限制，电机轴向长度不能太长，而同时为保证轴向磁路的旁路作用，两端的凸缘必须具有足够的轴向长度，这使得转轴连接固定转子轭部部分的轴向长度有限，影响电机的结构可靠性。并列式混合励磁电机结构简单，运行可靠性较高，但无刷结构定子上的电励磁绕组通过两个附加气隙形成回路，主气隙磁密调节性能较差。混合励磁爪机电机内部结构紧凑，空间利用率较高，但无刷结构结构和磁路复杂，漏磁较严重。
转子磁分路混合励磁同步电机可以利用转子极靴延伸为永磁磁通提供旁路路径，使得电机在正常情况下处于弱磁状态，而在旁路中利用电励磁磁势对旁路磁通进行调节，从而实现气隙磁通的有效调节，合理设计定、转子结构参数可以获得较宽的磁场调节范围。然而，在传统的转子磁分路混合励磁同步电机结构中，转子极靴轴向延伸增加了电机轴向长度与整体重量，限制其在体积重量受限场合的应用。并且还存在转子为整块结构而非叠片结构的问题，导致涡流损耗增大，不利于电机效率和系统效率的提高，限制其在存在高效率需求场合的应用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种新的转子磁分路混合励磁同步电机结构形式，以克服现有转子磁分路混合励磁电机转子轴向延伸增大了轴向长度和整机重量、转子全部为整块结构增大了涡流损耗的不足。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，包括机壳及设置于机壳内的定子、转子、支撑轴和旋转轴，所述定子包括定子铁心和嵌在定子槽内的电枢绕组，所述转子的极对数为pr，转子中包含2pr块N极、S极交错分布的切向磁化永磁体和2pr块设置于永磁体之间的转子铁心，其特征在于：每个转子铁心均包括紧密贴合的外侧和内侧两部分，所述外侧部分为叠片结构且与定子之间形成主气隙，所述内侧部分为整块结构，且内侧部分上设置有极爪，与永磁体同一极相邻的内侧部分的极爪分别向电机中心延伸并集合形成一个圆环形极靴；所述圆环形极靴的圆环内部设置有环形导磁桥，环形导磁桥穿套在支撑轴上并固定，环形导磁桥的外壁与圆环形极靴的圆环内壁之间形成附加气隙，所述附加气隙长度小于主气隙长度；所述环形导磁桥上嵌套有励磁绕组。
进一步的，在本发明中，与永磁体S极相邻的转子铁心和相应的圆环形极靴形成组合式S极铁心，与永磁体N极相邻的转子铁心和相应的圆环形极靴形成组合式N极铁心，两个圆环形极靴分别位于转子铁心轴向的两侧，所述组合式S极铁心和组合式N极铁心错位穿插；转子轴向两端还分别设置有前旋转支架和后旋转支架，所述前旋转支架与旋转轴过盈配合；每个转子铁心上设置有平行于轴向的极间拉杆孔，所述极间拉杆孔内设置有极间拉杆，通过极间拉杆将前旋转支架、转子铁心和后旋转支架连接固定并焊成一个整体空心转子。
进一步的，在本发明中，机壳的轴向两侧均设有与之配合的端盖，所述支撑轴固定在一侧端盖上，励磁绕组出线端利用支撑轴表面开槽导出至该侧的端盖外；所述旋转轴与另一侧端盖通过滚动轴承配合。
有益效果：
本发明提供的内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机不仅具有气隙磁场调节范围宽的特点，且充分利用转子内部空间，可显著减小电机轴向长度及重量；转子铁心与主气隙接触的部分采用叠片结构，减小了转子涡流损耗，在新能源汽车及独立电源系统中有重要应用价值。具体的，具有以下几方面优点：
(1)转子极向轴内侧延伸，相比现有磁分路混合励磁同步电机，显著减小了电机轴向长度和重量；
(2)转子极无轴向延伸，可以利用定子电枢绕组端部以下空间增加过渡段截面积，扩大电机磁场调节性能；
(3)两个转子极完全对称，使得气隙磁场强度圆周方向分布均匀，提高了磁性材料利用率；
(4)转子极表面与主气隙相邻的部分为叠片结构，减小了涡流损耗和转子发热，大大减少转子永磁体退磁风险，并提高电机效率和系统效率。
附图说明
图1是本发明的内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机组合剖视图；
图2是本发明的组合式转子N极(或S极)铁心结构图；
图3是本发明的环形导磁桥结构图；
图4是本发明内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机组合式转子N极、组合式转子S极、永磁体与环形导磁桥装配结构图。
图5是一四对极内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机主气隙磁密大小随励磁电流变化的曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明提供一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，包括机壳1及设于机壳1内的定子、转子、支撑轴12、固定在支撑轴12上的环形导磁桥10和旋转轴13；定子包括定子铁心2和嵌在定子槽内的电枢绕组3；定子铁心2固定在机壳1上。旋转轴13为输出轴且与支撑轴12同轴设置。
记转子极对数为pr，转子包含2pr块转子铁心、2pr块N极、S极交错分布的切向磁化永磁体6、前旋转支架7、后旋转支架8及极间拉杆9，以下分别介绍。
转子铁心中有pr块N极转子铁心和pr块S极转子铁心，N极转子铁心和S极转子铁心结构相同。具体的，pr块N极转子铁心与切向磁化永磁体6的N极相邻，每块N极转子铁心都由紧密贴合的N极转子铁心外侧部分4-1和N极转子铁心内侧部分4-2两部分构成，其中N极转子铁心外侧部分4-1为叠片结构且与定子之间形成主气隙，N极转子铁心内侧部分4-2为整块结构，每个N极转子铁心内侧部分4-2上都设置有极爪，所有的N极转子铁心内侧部分4-2上的极爪分别向电机中心延伸并集合形成一个圆环形极靴，由此构成组合式N极铁心，结构如图2所示。同时相对的，pr块S极转子铁心与永磁体6的S极相邻，每块S极转子铁心都由紧密贴合的S极转子铁心外侧部分5-1和S极转子铁心内侧部分5-2两部分构成，其中S极转子铁心外侧部分5-1为叠片结构且与定子之间形成主气隙，S极转子铁心内侧部分5-2为整块结构，每个S极转子铁心内侧部分5-2上都设置有极爪，所有的S极转子铁心内侧部分5-2上的极爪分别向电机中心延伸并集合形成一个圆环形极靴，由此构成组合式S极铁心。
如图4所示，将组合式S极铁心和组合式N极铁心错位穿插起来，两个圆环形极靴分别位于转子铁心轴向的两侧；转子轴向两端还分别设置有前旋转支架7和后旋转支架8，所述前旋转支架7与旋转轴过盈配合且与支撑轴12通过前滚动轴承17配合，后旋转支架8与支撑轴12通过后滚动轴承16配合；每个转子铁心上设置有平行于轴向的极间拉杆孔，所述极间拉杆孔内设置有极间拉杆9，通过极间拉杆9将前旋转支架7、转子铁心和后旋转支架8连接固定并焊成一个整体空心转子。
如图3所示，所述圆环形极靴的圆环内部设置有环形导磁桥10，环形导磁桥10穿套在支撑轴12上并紧密配合，环形导磁桥10的外壁与圆环形极靴的圆环内壁之间形成附加气隙，所述附加气隙长度小于主气隙长度；所述环形导磁桥10上嵌套有励磁绕组11。
机壳1轴向两侧均设有与之配合的端盖，靠近前旋转支架7侧为前端盖15，靠近后旋转支架8侧为后端盖14，支撑轴12固定在后端盖14上，励磁绕组11端部利用支撑轴12表面开槽导出至后端盖14外，旋转轴13与前端盖15通过滚动轴承18配合。
由图5可以看出，本发明内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机仍具有气隙磁场调节范围宽的特点，而同时可以减小转子轴向长度与重量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，包括机壳及设置于机壳内的定子、转子、支撑轴和旋转轴，所述定子包括定子铁心和嵌在定子槽内的电枢绕组，所述转子的极对数为pr，转子中包含2pr块N极、S极交错分布的切向磁化永磁体和2pr块设置于永磁体之间的转子铁心，其特征在于：每个转子铁心均包括紧密贴合的外侧和内侧两部分，所述外侧部分为叠片结构且与定子之间形成主气隙，所述内侧部分为整块结构，且内侧部分上设置有极爪，与永磁体同一极相邻的内侧部分的极爪分别向电机中心延伸并集合形成一个圆环形极靴；所述圆环形极靴的圆环内部设置有环形导磁桥，环形导磁桥穿套在支撑轴上并固定，环形导磁桥的外壁与圆环形极靴的圆环内壁之间形成附加气隙，所述附加气隙长度小于主气隙长度；所述环形导磁桥上嵌套有励磁绕组。
2.根据权利要求1所述的一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，其特征在于：与永磁体S极相邻的转子铁心和相应的圆环形极靴形成组合式S极铁心，与永磁体N极相邻的转子铁心和相应的圆环形极靴形成组合式N极铁心，两个圆环形极靴分别位于转子铁心轴向的两侧，所述组合式S极铁心和组合式N极铁心错位穿插；转子轴向两端还分别设置有前旋转支架和后旋转支架，所述前旋转支架与旋转轴过盈配合；每个转子铁心上设置有平行于轴向的极间拉杆孔，所述极间拉杆孔内设置有极间拉杆，通过极间拉杆将前旋转支架、转子铁心和后旋转支架连接固定并焊成一个整体空心转子。
3.根据权利要求1所述的一种内置导磁桥组合式转子铁心混合励磁同步电机，其特征在于：机壳的轴向两侧均设有与之配合的端盖，所述支撑轴固定在一侧端盖上，励磁绕组出线端利用支撑轴表面开槽导出至该侧的端盖外；所述旋转轴与另一侧端盖通过滚动轴承配合。
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