CN105790456B - 一种三相混合励磁磁通切换电机结构 - Google Patents

一种三相混合励磁磁通切换电机结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相混合励磁磁通切换电机结构,包括转子、定子、永磁体、直流励磁绕组、三相电枢绕组,所述定子和转子均为凸极齿槽结构,定子包括若干个定子极,相邻定子极之间为定子齿槽,每个定子齿槽内均设置有两组绕组,分别为三相电枢绕组和直流励磁绕组;三相电枢绕组和直流励磁绕组均为集中绕组;所述永磁体为若干个,分别设置于每个定子齿槽的开口处,且一个定子极两边的永磁体为同一极性。该电机结构新颖,性能可靠,控制简单,加入永磁体后既能提升电机转矩输出,减少电机铜损,同时由于安放位置关系,避免了永磁体的退磁问题。提高永磁体的可靠性和利用率,大大提升电机电磁兼容能力。

Description

一种三相混合励磁磁通切换电机结构
技术领域
[0001]本发明属于电机技术领域,特别涉及一种结构新颖牢固、运行可靠、性能高效的三 相混合励磁磁通切换电机结构。
背景技术
[0002]电机是工业化社会中必不可少的动力元件,传统的永磁电机,由于永磁体的作用, 电机效率和功率密度都相对较高,但永磁体存在的退磁问题也限制了其进一步的发展。双 凸极电机是近几年发展起来的一种新型特种电机,其定、转子均为凸极齿槽结构,定子电枢 绕组为集中式绕组,转子上无绕组,结构简单,运行可靠,适合高速运行和恶劣的工作环境。 此外,双凸极电机在发电状态下不需要功率变换器的参与,控制更为方便。因此双凸极电机 在航空航天、船舶工业、绿色能源等领域的应用越来越广泛。
[0003] 磁通切换电机就是双凸极电机的一种形式,传统的磁通切换电机将永磁体嵌入定 子辄中,气隙磁场由永磁体产生,无法调节,因此电机的速度范围有所限制,而且永磁体高 温退磁问题也难以解决。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种三相混合励磁磁通切换电机结构,以解决现有的磁通切 换电机存在的气隙磁场不可调节、永磁体退磁的问题。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种三相混合励磁磁通切换电机结构,包括转子、定子、永磁体、直流励磁绕组、三 相电枢绕组,所述定子和转子均为凸极齿槽结构,定子包括若干个定子极,相邻定子极之间 为定子齿槽,每个定子齿槽内均设置有两组绕组,分别为三相电枢绕组和直流励磁绕组;三 相电枢绕组和直流励磁绕组均为集中绕组;所述永磁体为若干个,分别设置于每个定子齿 槽的开口处,且一个定子极两边的永磁体为同一极性。
[0007] 进一步的,所述的每个定子齿槽内的直流励磁绕组相同,相邻两个定子齿槽内的 直流励磁绕组极性相反。
[0008] 进一步的,所述的转子和定子均由硅钢片叠制而成。
[0009] 进一步的,所述的永磁体为充磁的汝铁硼或铁氧体。
[0010] 进一步的,所述的永磁体的侧面与定子极的表面在同一平面上。
[0011] 进一步的,相邻的定子极端部的间距为定子极端部的弧长的2倍。
[0012] 进一步的,所述转子向外有凸极齿,转子极端部的弧长等于或者大于定子极端部 的弧长。
[0013] 本发明的有益效果是:本发明的三相混合励磁磁通切换电机结构有以下突出的优 占.
[0014] a)具有定转子凸极齿槽结构,转子上无绕组及永磁体,继承了双凸极电机结构简 单、运行可靠的优点;
[0015] b)由于永磁体没有嵌入定子齿或定子辄中,电机的结构强度并未降低。
[0016] c)每个定子槽都有相同的励磁绕组,励磁磁通的均勾分布,在忽略漏磁通的情况 下,当这样转子转动时,任意时刻铰链的磁势接近正弦,通入与磁势相同相位的正弦电枢电 流,使得输出脉动非常小。
[0017] d)由于加入了永磁体励磁,电机功率密度增大,提高电机整体性能。
[0018] e)永磁体安放在定子槽开口处,改善了永磁体固有的消磁问题。
附图说明
[0019] 图1为本发明的三相混合励磁磁通切换电机结构示意图;
[0020] 图2为发明的三相混合励磁磁通切换电机永磁体和直流励磁的磁通示意图;
[0021] 图3为发明的三相混合励磁磁通切换电机在不同位置时的退磁影响示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023] 如图1所示为一种三相混合励磁磁通切换电机结构,包括转子1、定子5、永磁体2、 直流励磁绕组3、三相电枢绕组4,定子5和转子1均为凸极齿槽结构,定子5包括若干个定子 极51,相邻定子极51之间为定子齿槽52,每个定子齿槽52内均设置有两组绕组,分别为用作 ABC三相中一相的电枢绕组和直流励磁绕组;三相电枢绕组4和直流励磁绕组3均为集中绕 组;所述永磁体2为若干个,分别设置于每个定子齿槽52的开口处,且一个定子极51两边的 永磁体2为同一极性,N极或S极。如图1,转子有10个齿,定子有12个齿(即定子极51),12个三 相电枢绕组4和12个直流励磁绕组3。每个定子齿槽52内有一个永磁体2,有12个永磁体2。 [0024] 每个定子齿槽52内的直流励磁绕组3相同,相邻两个定子齿槽52内的直流励磁绕 组3极性相反。
[0025] 转子1和定子5均由硅钢片叠制而成。
[0026] 永磁体2为充磁的汝铁硼或铁氧体。
[0027] 永磁体2的侧面与定子极51的表面在同一平面上。
[0028] 相邻的定子极51端部的间距为定子极51端部的弧长的2倍。
[0029] 转子1向外有凸极齿11,转子极11端部的弧长等于或者大于定子极51端部的弧长。 [0030]本发明的电机具有固定的双层绕组,线圈的跨度等于一个定子槽间距,每个定子 极具有一对线圈。每相绕组由四个电枢绕组串联而成,而十二个直流励磁绕组则依次串联 形成单一绕组。所有的线圈具有相同数目的匝数和槽区间,即定子槽被分为四个相同的区 域。在利用双凸极电机结构优势的同时,增加永磁体的励磁作用,提高电机功率密度。直流 励磁绕组产生交替的磁通,永磁体被安置在两定子极之间的定子槽的开口处,其磁化方向 平行于定子槽圆周边缘。且其磁通路径与同一定子槽内的直流励磁磁通路径相反。
[0031] 本发明的三相混合励磁电机的特点是:每一个定子齿槽内都有直流励磁绕组,永 磁体插在定子槽内,即在两定子极之间,永磁体的安放使得永磁体的磁通路径与直流励磁 磁通路径相平行。由于永磁体不在电机主磁通的路径上,因此,永磁体的退磁问题也可以得 到有效的解决。利用直流励磁的调节能力,可以进一步改善使电机的磁通调节能力。驱动电 流为对称的三相正弦电流,而且每相的磁通路径是相同的,其磁链和反电动势波形对称,可 以消除多次谐波,得到正弦的磁链和反电动势波形。大幅度降低转矩脉动,提升转矩密度。 该电机结构新颖,性能可靠,控制简单,加入永磁体后既能提升电机转矩输出,减少电机铜 损,同时由于安放位置关系,避免了永磁体的退磁问题。提高永磁体的可靠性和利用率,大 大提升电机电磁兼容能力。 7
[0032]图2所示,本发明的基本工作原理为:如图2中a部分,若只有永磁体励磁,永磁体产 生的磁通不会与转子相连,磁通大小不会随着转子位置的变化而变化。其产生的恒定磁通 只在凸极定子齿和定子轭中,因此没有感应电动势的产生。如图2中b部分,如果没有永磁 体,只有直流励磁线圈作用,其产生的励磁磁通将通过气隙连接定子与转子。随着转子转 动,线圈中将引起感应电动势。理论上,电机中将有电磁能量转化。如图2中c部分,如果永磁 体与直流线圈绕组同时作用,从两个源中产生的磁通通过气隙贯通定转子,更加有助于感 应电动势的产生和变化。由于两个励磁场之间的电磁引力,此时永磁体产生的磁通也将通 过气隙连接定转子。而永磁体连接定转子的磁通量取决于直流励磁电流的大小和磁路的饱 和程度。
[0033]图3所示的是三相混合励磁磁通切换电机在不同位置时的退磁影响示意图,永磁 体的退磁问题主要取决于退磁电流的大小和电机的运行时的温度。所示新型电机,永磁体 被安置在定子极之间,并且处于电枢电流和直流励磁电流的磁通边缘。转子极与永磁体的N 极或者S极相对时,当磁通由定子极流入转子极时,穿过永磁体的N极,当磁通由转子极流入 定子极时,穿过永磁体的S极。与永磁体固有磁通方向大致相同,即使运行在高温环境中,永 磁体的消磁几率也大大减小。基本解决了永磁体的退磁问题。
[0034]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 (7)

1.一种三相混合励磁磁通切换电机结构,包括转子、定子、永磁体、直流励磁绕组、三相 电枢绕组,其特征在于:所述定子(5)和转子(1)均为凸极齿槽结构,定子(5)包括若干个定 子极(51),相邻定子极(51)之间为定子齿槽(52),每个定子齿槽(52)内均设置有两组绕组, 分别为三相电枢绕组(4)和直流励磁绕组(3);三相电枢绕组⑷和直流励磁绕组⑶均为集 中绕组;所述永磁体(2)为若干个,分别设置于每个定子齿槽(52)的开口处,且一个定子极 (51)两边的永磁体(2)为同一极性。
2. 根据权利要求1所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:所述的每个定 子齿槽(52)内的直流励磁绕组⑶相同,相邻两个定子齿槽(52)内的直流励磁绕组⑶极性 相反。
3. 根据权利要求1所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:所述的转子 (1) 和定子⑸均由硅钢片叠制而成。
4. 根据权利要求1所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:所述的永磁体 (2) 为充磁的钕铁硼或铁氧体。
5. 根据权利要求1或4所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:所述的永 磁体(2)的侧面与定子极(51)的表面在同一平面上。
6. 根据权利要求1所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:相邻的定子极 (51)端部的间距为定子极(51)端部的弧长的2倍。
7. 根据权利要求1所述的三相混合励磁磁通切换电机结构,其特征在于:所述转子(1) 向外有转子极(11),转子极(11)端部的弧长等于或者大于定子极(51)端部的弧长。
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