CN105391266B - 一种h型铁芯混合励磁磁通切换电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机。所述电机在采用的H型定子铁芯中，构建永磁体磁场与励磁绕组磁场的公共磁路，通过设置励磁电流的极性和永磁体的励磁方向，使得公共磁路中的永磁体磁场与励磁绕组磁场相反。本发明提出的磁通切换电机，其公共磁路磁阻减小，使得励磁绕组磁路的磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、系统的效率、转矩铜耗比，在励磁绕组励磁损耗不变的前提下提高了电机的输出功率。

Description

一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机

技术领域

本发明属于混合励磁电机领域，尤其是涉及一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机。

背景技术

航空发电机是飞机的重要组成部分之一，它应具有的特点如下：

（1）结构简单，可靠性高；

（2）磁场调节能力强，容易实现故障灭磁；

（3）功率密度高；

（4）效率高。

开关磁阻电机具有简单可靠的电机结构，然而它属于自励磁电机，工作在半周期状态。开关磁阻电机工作在发电状态时，需要知道准确的转子位置信息。位置传感器的引入使得系统可靠性降低，体积和成本提高，同时变换器需采用全控开关器件来实现调励磁和换向，系统复杂。

电励磁双凸极电机在开关磁阻电机的基础上加入了一套励磁绕组，可以采用二极管不控电路来实现整流，并且发电过程不需要转子位置信息。系统控制简单，可靠性高。

然而，电励磁双凸极电机的励磁磁链中含有直流分量，降低了铁磁材料的利用率。电励磁磁通切换电机励磁磁链为双极性，提高了铁磁材料的利用率和电机的功率密度。

然而，不管是电励磁双凸极电机还是电励磁磁通切换电机，均未采用永磁体励磁，电机励磁损耗较大，效率有待进一步提高。

为提高电励磁磁通切换电机的效率和功率密度，文献“并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统功率角线性控制策略（《中国电机工程学报》，第32卷，第12期，136-145页）”研究了串联式混合励磁磁通切换电机，但是其励磁绕组的磁路中包含永磁体这样的大磁阻，极大地降低了励磁电流的利用率；该文献同时研究了并列式混合励磁磁通切换电机，励磁绕组的磁路中不包含永磁体这样的大磁阻，但是励磁电流利用率并没有得到提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足, 提出一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机。所述电机针对现有混合励磁电机励磁电流利用率不高的问题，励磁电流的注入极性保证每一H型铁芯中永磁磁场和电励磁磁场在公共磁路中产生的磁通方向相反，公共磁路磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、电机的空载反电势和功率密度。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机，所述电机由定子、转子、短路永磁体组成；所述定子由H型铁芯、导磁桥、励磁槽、励磁线圈、电枢槽、电枢线圈组成；

所述H型铁芯有六个，分别是第一到第六H型铁芯；

所述导磁桥有六个，分别是第一到第六导磁桥；

所述电枢槽有六个，分别是第一到第六电枢槽；

所述电枢线圈有六个，分别是第一到第六电枢线圈；

所述励磁槽有六个，分别是第一到第六励磁槽；

所述励磁线圈有六个，分别是第一到第六励磁线圈；

所述短路永磁体有六个，分别是第一到第六永磁体；

所述第一H型铁芯和第二H型铁芯通过第一导磁桥连接，第一导磁桥与电机气隙之间为第一电枢槽；

所述第二H型铁芯和第三H型铁芯通过第二导磁桥连接，第二导磁桥与电机气隙之间为第二电枢槽；

所述第三H型铁芯和第四H型铁芯通过第三导磁桥连接，第三导磁桥与电机气隙之间为第三电枢槽；

所述第四H型铁芯和第五H型铁芯通过第四导磁桥连接，第四导磁桥与电机气隙之间为第四电枢槽；

所述第五H型铁芯和第六H型铁芯通过第五导磁桥连接，第五导磁桥与电机气隙之间为第五电枢槽；

所述第六H型铁芯和第一H型铁芯通过第六导磁桥连接，第六导磁桥与电机气隙之间为第六电枢槽；

所述第一电枢线圈放置在第一电枢槽和第二电枢槽内，第二电枢线圈放置在第二电枢槽和第三电枢槽内，第三电枢线圈放置在第三电枢槽和第四电枢槽内，第四电枢线圈放置在第四电枢槽和第五电枢槽内，第五电枢线圈放置在第五电枢槽和第六电枢槽内，第六电枢线圈放置在第六电枢槽和第一电枢槽内；

所述第一电枢线圈和第四电枢线圈串联组成第一电枢绕组，第二电枢线圈和第五电枢线圈串联组成第二电枢绕组，第三电枢线圈和第六电枢线圈串联组成第三电枢绕组；

所述第一H型铁芯与电机气隙之间为第一励磁槽，第二H型铁芯与电机气隙之间为第二励磁槽，第三H型铁芯与电机气隙之间为第三励磁槽，第四H型铁芯与电机气隙之间为第四励磁槽，第五H型铁芯与电机气隙之间为第五励磁槽，第六H型铁芯与电机气隙之间为第六励磁槽；

所述第一励磁线圈放置在第一励磁槽和第二励磁槽内，第二电枢线圈放置在第二励磁槽和第三励磁槽内，第三励磁线圈放置在第三励磁槽和第四励磁槽内，第四励磁线圈放置在第四励磁槽和第五励磁槽内，第五励磁线圈放置在第五励磁槽和第六励磁槽内，第六励磁线圈放置在第六励磁槽和第一励磁槽内；

所述第一到第六励磁线圈串联组成励磁绕组；

所述第一H型铁芯与电机机壳之间嵌入第一永磁体，第二H型铁芯与电机机壳之间嵌入第二永磁体，第三H型铁芯与电机机壳之间嵌入第三永磁体，第四H型铁芯与电机机壳之间嵌入第四永磁体，第五H型铁芯与电机机壳之间嵌入第五永磁体，第六H型铁芯与电机机壳之间嵌入第六永磁体，相邻两个永磁体的励磁方向相反，励磁电流的注入极性使得每一H型铁芯中永磁磁场和电励磁磁场在公共磁路中产生的磁通方向相反。

本发明的有益效果：本发明提出了一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机。所述电机在采用的H型定子铁芯中，构建永磁体磁场与励磁绕组磁场的公共磁路，通过设置励磁电流的极性和永磁体的励磁方向，使得公共磁路中的永磁体磁场与励磁绕组磁场相反。本发明提出的磁通切换电机，其公共磁路磁阻减小，使得励磁绕组磁路的磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、系统的效率、转矩铜耗比，在励磁绕组励磁损耗不变的前提下提高了电机的输出功率。

附图说明

图1是本发明电机结构图。

图2是本发明电机的电枢槽和励磁槽标识图。

图3是本发明提高励磁电流利用率的示意图。

图4是本发明电机的外特性图。

图5是本发明H型铁芯混合励磁的方案的变化结构1。

图6是本发明H型铁芯混合励磁的方案的变化结构2。

图7是本发明H型铁芯混合励磁的方案应用到双凸极电机所形成的混合励磁双凸极电机结构。

附图标记说明：图1至图7中，1是导磁桥，2是励磁线圈，3是电枢线圈，4是H型铁芯，5是永磁体，6是机壳，7是转子，8是电枢槽，9是励磁槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机进行详细说明：

如图1和图2所示，一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机，所述H型铁芯混合励磁磁通切换电机由定子、转子、短路永磁体组成，其中，所述定子由H型铁芯、导磁桥、励磁槽、励磁线圈、电枢槽、电枢线圈组成；

所述H型铁芯有六个，分别是第一到第六H型铁芯；

所述导磁桥有六个，分别是第一到第六导磁桥；

所述电枢槽有六个，分别是第一到第六电枢槽；

所述电枢线圈有六个，分别是第一到第六电枢线圈；

所述励磁槽有六个，分别是第一到第六励磁槽；

所述励磁线圈有六个，分别是第一到第六励磁线圈；

所述短路永磁体有六个，分别是第一到第六永磁体；

所述第一H型铁芯和第二H型铁芯通过第一导磁桥连接，第一导磁桥与电机气隙之间为第一电枢槽，第二H型铁芯和第三H型铁芯通过第二导磁桥连接，第二导磁桥与电机气隙之间为第二电枢槽，第三H型铁芯和第四H型铁芯通过第三导磁桥连接，第三导磁桥与电机气隙之间为第三电枢槽，第四H型铁芯和第五H型铁芯通过第四导磁桥连接，第四导磁桥与电机气隙之间为第四电枢槽，第五H型铁芯和第六H型铁芯通过第五导磁桥连接，第五导磁桥与电机气隙之间为第五电枢槽，第六H型铁芯和第一H型铁芯通过第六导磁桥连接，第六导磁桥与电机气隙之间为第六电枢槽，第一电枢线圈放置在第一电枢槽和第二电枢槽内，第二电枢线圈放置在第二电枢槽和第三电枢槽内，第三电枢线圈放置在第三电枢槽和第四电枢槽内，第四电枢线圈放置在第四电枢槽和第五电枢槽内，第五电枢线圈放置在第五电枢槽和第六电枢槽内，第六电枢线圈放置在第六电枢槽和第一电枢槽内，第一电枢线圈和第四电枢线圈串联组成第一电枢绕组，第二电枢线圈和第五电枢线圈串联组成第二电枢绕组，第三电枢线圈和第六电枢线圈串联组成第三电枢绕组，第一H型铁芯与电机气隙之间为第一励磁槽，第二H型铁芯与电机气隙之间为第二励磁槽，第三H型铁芯与电机气隙之间为第三励磁槽，第四H型铁芯与电机气隙之间为第四励磁槽，第五H型铁芯与电机气隙之间为第五励磁槽，第六H型铁芯与电机气隙之间为第六励磁槽，第一励磁线圈放置在第一励磁槽和第二励磁槽内，第二电枢线圈放置在第二励磁槽和第三励磁槽内，第三励磁线圈放置在第三励磁槽和第四励磁槽内，第四励磁线圈放置在第四励磁槽和第五励磁槽内，第五励磁线圈放置在第五励磁槽和第六励磁槽内，第六励磁线圈放置在第六励磁槽和第一励磁槽内，六个励磁线圈串联组成励磁绕组，所述H型铁芯混合励磁磁通切换电机，第一H型铁芯与电机机壳之间嵌入第一永磁体，第二H型铁芯与电机机壳之间嵌入第二永磁体，第三H型铁芯与电机机壳之间嵌入第三永磁体，第四H型铁芯与电机机壳之间嵌入第四永磁体，第五H型铁芯与电机机壳之间嵌入第五永磁体，第六H型铁芯与电机机壳之间嵌入第六永磁体，相邻两个永磁体的励磁方向相反，励磁电流的注入极性保证每一H型铁芯中永磁磁场和电励磁磁场在公共磁路中产生的磁通方向相反，公共磁路磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、电机的空载反电势和功率密度。

如图3所示，永磁体在公共磁路中产生的磁力线方向由左向右，那么注入的励磁电流方向应该是垂直指向纸外，从而励磁线圈在公共磁路中产生的磁力线方向由右向左，与永磁体在公共磁路中产生的磁力线方向相反，磁路饱和程度降低，励磁电流利用率提高，电机的空载反电势和功率密度提高

图4为本发明电机的外特性图，其中系列1曲线是没有加永磁体的电励磁电机的外特性，系列2曲线是加永磁体的混合励磁电机的外特性，可以看出，在相同的励磁电流下，永磁体的加入提高了励磁电流利用率和电机的输出功率。

图5是本发明H型铁芯混合励磁的方案的变化结构1，将永磁体放置在电枢槽槽口处，不增加电机的额外体积，公共磁路中的永磁体磁场与励磁绕组磁场相反，其有益效果是公共磁路磁阻减小，使得励磁绕组磁路的磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、系统的效率、转矩铜耗比和电机的输出功率。

图6是本发明H型铁芯混合励磁的方案的变化结构2，将永磁体放置在电枢槽中间，不增加电机的额外体积，公共磁路中的永磁体磁场与励磁绕组磁场相反，其有益效果是公共磁路磁阻减小，使得励磁绕组磁路的磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、系统的效率、转矩铜耗比和电机的输出功率。

不失一般性,本发明H型铁芯混合励磁的方案可以应用到任意定、转子齿数配合的磁通切换电机中。

不是一般性，图7给出了本发明H型铁芯混合励磁的方案应用到双凸极电机所形成的混合励磁双凸极电机结构，将永磁体放置在电励磁双凸极电机电枢槽中间，公共磁路中的永磁体磁场与励磁绕组磁场相反，其有益效果是公共磁路磁阻减小，使得励磁绕组磁路的磁阻减小，提高了励磁电流的利用率、系统的效率、转矩铜耗比和电励磁双凸极电机的输出功率。

Claims (1)

1.一种H型铁芯混合励磁磁通切换电机，所述电机由定子、转子、短路永磁体组成；所述定子由H型铁芯、导磁桥、励磁槽、励磁线圈、电枢槽、电枢线圈组成；

所述H型铁芯有六个，分别是第一到第六H型铁芯；

所述导磁桥有六个，分别是第一到第六导磁桥；

所述电枢槽有六个，分别是第一到第六电枢槽；

所述电枢线圈有六个，分别是第一到第六电枢线圈；

所述励磁槽有六个，分别是第一到第六励磁槽；

所述励磁线圈有六个，分别是第一到第六励磁线圈；

所述短路永磁体有六个，分别是第一到第六永磁体；

所述第一H型铁芯和第二H型铁芯通过第一导磁桥连接，第一导磁桥与电机气隙之间为第一电枢槽；

所述第二H型铁芯和第三H型铁芯通过第二导磁桥连接，第二导磁桥与电机气隙之间为第二电枢槽；

所述第三H型铁芯和第四H型铁芯通过第三导磁桥连接，第三导磁桥与电机气隙之间为第三电枢槽；

所述第四H型铁芯和第五H型铁芯通过第四导磁桥连接，第四导磁桥与电机气隙之间为第四电枢槽；

所述第五H型铁芯和第六H型铁芯通过第五导磁桥连接，第五导磁桥与电机气隙之间为第五电枢槽；

所述第六H型铁芯和第一H型铁芯通过第六导磁桥连接，第六导磁桥与电机气隙之间为第六电枢槽；

所述第一电枢线圈放置在第一电枢槽和第二电枢槽内，第二电枢线圈放置在第二电枢槽和第三电枢槽内，第三电枢线圈放置在第三电枢槽和第四电枢槽内，第四电枢线圈放置在第四电枢槽和第五电枢槽内，第五电枢线圈放置在第五电枢槽和第六电枢槽内，第六电枢线圈放置在第六电枢槽和第一电枢槽内；

所述第一电枢线圈和第四电枢线圈串联组成第一电枢绕组，第二电枢线圈和第五电枢线圈串联组成第二电枢绕组，第三电枢线圈和第六电枢线圈串联组成第三电枢绕组；

所述第一H型铁芯与电机气隙之间为第一励磁槽，第二H型铁芯与电机气隙之间为第二励磁槽，第三H型铁芯与电机气隙之间为第三励磁槽，第四H型铁芯与电机气隙之间为第四励磁槽，第五H型铁芯与电机气隙之间为第五励磁槽，第六H型铁芯与电机气隙之间为第六励磁槽；

所述第一励磁线圈放置在第一励磁槽和第二励磁槽内，第二电枢线圈放置在第二励磁槽和第三励磁槽内，第三励磁线圈放置在第三励磁槽和第四励磁槽内，第四励磁线圈放置在第四励磁槽和第五励磁槽内，第五励磁线圈放置在第五励磁槽和第六励磁槽内，第六励磁线圈放置在第六励磁槽和第一励磁槽内；

所述第一到第六励磁线圈串联组成励磁绕组；

其特征在于：

所述第一H型铁芯与电机机壳之间嵌入第一永磁体，第二H型铁芯与电机机壳之间嵌入第二永磁体，第三H型铁芯与电机机壳之间嵌入第三永磁体，第四H型铁芯与电机机壳之间嵌入第四永磁体，第五H型铁芯与电机机壳之间嵌入第五永磁体，第六H型铁芯与电机机壳之间嵌入第六永磁体，相邻两个永磁体的励磁方向相反，励磁电流的注入极性使得每一H型铁芯中永磁磁场和电励磁磁场在公共磁路中产生的磁通方向相反。