CN105811702B - 混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法 - Google Patents

混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法，包括机座，在所述机座内安装定子，所述定子包括定子铁心，定子铁心内放置电枢绕组、励磁绕组和永磁体，所述机座内安装轴，在轴上安装分块转子；本发明结构独特，采用混合励磁的分块转子开关磁通电机，励磁损耗小于电励磁分块转子开关磁通电机，提高了电机效率；与永磁型分块转子开关磁通电机相比，永磁体用量减少一半，并且电动势可方便调节。

Description

混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法
技术领域
本发明涉及电机，具体涉及混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法。
背景技术
分块转子开关磁通电机中，励磁绕组(或者永磁体)和电枢绕组均位于定子上，转子由硅钢片叠压而成，转矩密度高。一般分为电励磁和永磁体励磁两种类型。
电励磁型分块转子开关磁通电机的励磁磁场由直流励磁绕组产生，通过调节励磁电流的大小，可调节电机磁场，但是励磁损耗比较大，影响电机的效率。
在永磁型分块转子开关磁通电机中，采用永磁体代替了直流励磁绕组，降低了励磁损耗，但存在励磁磁场不可调的缺点。
专利申请号为201110097982.7，专利名称为：分段转子式混合励磁磁通切换电机及调磁方法，永磁体两边的导磁桥为励磁绕组产生的电励磁磁场提供了回路，使得永磁磁场依次经永磁体、定子轭、气隙、分段转子后闭合，电励磁磁场经定子轭、气隙、分段转子后闭合，通过调节励磁绕组电流即可实现宽范围调磁。该文件的结构可以认为是串联磁路，也就是永磁体和电励磁磁动势是串联关系，励磁磁场依然存在调节不便的缺点。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了混合励磁分块转子开关磁通电机及其工作方法，采用永磁体和励磁绕组共同提供励磁磁场，结合了电励磁型磁场容易调节和永磁型励磁损耗小的特点。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
混合励磁分块转子开关磁通电机，包括机座，在所述机座内安装定子，所述定子包括定子铁心，定子铁心内放置电枢绕组、励磁绕组和永磁体，所述机座内安装转子轴，在转子轴上安装分块转子；
在定子齿部，每隔设定个定子齿放置一块永磁体，而在与永磁体每隔一个定子齿的齿上安装一个齿绕组，作为励磁绕组，在没有永磁体和励磁绕组的定子齿上安置电枢绕组，每相电枢绕组包括两个相串联的线圈；
电机励磁磁场由永磁体和励磁绕组共同产生，通过改变励磁绕组内直流电流的大小与方向来调节电枢绕组的电动势。
进一步的，如果施加的励磁磁动势极性与永磁体极性相同，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组磁链和电动势。
进一步的，所述分块转子的结构与电励磁型分块转子开关磁通电机或者永磁型分块转子开关磁通电机的分块转子结构相同。
进一步的，所述分块转子由铝合金支架和转子铁心组成。
进一步的，硅钢片叠压而成的转子铁心安装在非铁磁材料的铝合金支架上。
进一步的，所述永磁体的充磁方向均相同。
进一步的，当定子12极，转子8极结构时，在定子齿部，每隔3个定子齿放置一块永磁体，共放置三块充磁方向相同永磁体，而在与永磁体每隔1个定子齿的齿上安装一个齿绕组，共安装三个齿绕组，作为励磁绕组，在没有永磁体和励磁绕组的定子齿上安置电枢绕组，相差180°机械角度的两个线圈串联为一相。
进一步的，所述定子及转子极数可以拓展到所有的永磁型分块转子开关磁通电机磁极组合，包括12/5，12/7，12/8，12/10和12/11，斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分块转子极数。
进一步的，所述机座的两端设有端盖，并设有风扇。
进一步的，所述机座放置在机壳内，在机壳内安装定子铁心。
混合励磁分块转子开关磁通电机的工作方法，包括以下步骤：
当励磁电流为零时，仅有永磁体提供励磁，随着分块转子铁心的旋转，永磁体磁链分别与相邻的电枢绕组交链，此时电枢绕组磁链大小发生变化，产生正负交变的电动势；
如果施加的励磁磁动势极性与永磁体极性相同，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；
如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组电动势。由于永磁体和电励磁磁动势为并联关系，电励磁磁路不会经过永磁体，弱磁时永磁体不存在退磁风险，并且磁路的磁阻小，磁场调节效果好。
本发明的有益效果：
本发明结构独特，采用混合励磁的分块转子开关磁通电机，励磁损耗小于电励磁分块转子开关磁通电机，提高了电机效率；与永磁型分块转子开关磁通电机相比，永磁体用量减少一半，并且电动势可方便调节。本发明中永磁体和电励磁磁动势实质上并联关系，能够达到励磁磁场调节方便的优点。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
其中，1、定子铁心，2、转子轴，3、铝合金支撑架，4、转子铁心，5、永磁体，6、励磁绕组，7、A相电枢绕组(线圈A1)，8、A相电枢绕组(线圈A2)，9、B相电枢绕组(线圈B1)，10、B相电枢绕组(线圈B2)，11、C相电枢绕组(线圈C1)，12、C相电枢绕组(线圈C2)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，混合励磁分块转子开关磁通电机，包括机座，在所述机座内安装定子，所述定子包括定子铁心1，定子铁心内1放置电枢绕组、励磁绕组6和永磁体5，所述机座内安装转子轴2，在转子轴2上安装分块转子；
在定子齿部，每隔设定个定子齿放置一块永磁体5，而在与永磁体每隔一个定子齿的齿上安装一个齿绕组，作为励磁绕组6，在没有永磁体5和励磁绕组6的定子齿上安置电枢绕组，每相电枢绕组包括两个相串联的线圈；电枢绕组具体包括：A相电枢绕组(线圈A1)7、A相电枢绕组(线圈A2)8、B相电枢绕组(线圈B1)9、B相电枢绕组(线圈B2)10、C相电枢绕组(线圈C1)11及C相电枢绕组(线圈C2)12。
电机励磁磁场由永磁体5和励磁绕组6共同产生，通过改变励磁绕组6内直流电流的大小与方向来调节电枢绕组的电动势。
如果施加的励磁磁动势极性与永磁体5极性相同，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组磁链和电动势。
所述分块转子的结构与电励磁型分块转子开关磁通电机或者永磁型分块转子开关磁通电机的分块转子结构相同。
所述分块转子由铝合金支架3和转子铁心4组成。
硅钢片叠压而成的转子铁心4安装在非铁磁材料的铝合金支架3上。
所述永磁体5的充磁方向均相同。
所述机座的两端设有端盖，并设有风扇。
所述机座放置在机壳内，在机壳内安装定子铁心1。
混合励磁分块转子开关磁通电机的工作方法，包括以下步骤：
当励磁电流为零时，仅有永磁体5提供励磁，随着分块转子铁心的旋转，永磁体5磁链分别与相邻的电枢绕组交链，此时电枢绕组磁链大小发生变化，产生正负交变的电动势；
如果施加的励磁磁动势极性与永磁体5极性相同，相邻的永磁体5和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；
如果励磁磁动势极性与永磁体5极性相反，在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组电动势。由于永磁体和电励磁磁动势为并联关系，电励磁磁路不会经过永磁体，弱磁时永磁体不存在退磁风险，并且磁路的磁阻小，磁场调节效果好。
本发明中混合励磁分块转子开关磁通电机，在机壳内安装定子铁心1，定子铁心1内放置电枢绕组、励磁绕组6和永磁体5，在轴上安装分块转子，所述转子与电励磁型或者永磁型分块转子开关磁通电机相同。
以定子12极，转子8极结构为例，在定子齿部，每隔3个定子齿放置一块永磁体，共放置三块充磁方向相同永磁体5。而在与永磁体5每隔1个定子齿的齿上安装一个齿绕组，共安装三个齿绕组，作为励磁绕组6。在没有永磁体5和励磁绕组6的定子齿上安置电枢绕组，相差180°机械角度的两个线圈串联为一相。该混合励磁方式可以扩展到所有的永磁型分块转子开关磁通电机磁极组合，定转子极数拓展为：包括12/5，12/7，12/8，12/10和12/11。斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分块转子数。
通过改变励磁电流的大小和方向，可以调节电枢绕组电动势。如果励磁磁动势极性与永磁体极性相同，电枢绕组中属于同一相两个线圈内的电动势互相抵消，导致相电动势减小。如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，电枢绕组中属于同一相两个线圈的电动势互相叠加，导致相电动势增大。
本发明与永磁型分块转子开关磁通电机相比，永磁体用量减少一半，并且电动势易于调节；与电励磁分块转子开关磁通电机相比，励磁绕组减半，励磁损耗大大降低。
本发明结构独特，采用混合励磁的分块转子开关磁通电机，励磁损耗小于电励磁分块转子开关磁通电机，提高了电机效率；与永磁型分块转子开关磁通电机相比，永磁体用量减少一半，并且电动势可方便调节。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，包括机座，在所述机座内安装定子，所述定子包括定子铁心，定子铁心内放置电枢绕组、励磁绕组和永磁体，所述机座内安装轴，在轴上安装分块转子；
在定子齿部，每隔设定个定子齿放置一块永磁体，而在与永磁体每隔一个定子齿的齿上安装一个齿绕组，作为励磁绕组，在没有永磁体和励磁绕组的定子齿上安置电枢绕组，每相电枢绕组包括两个相串联的线圈；
电机励磁磁场由永磁体和励磁绕组共同产生，通过改变励磁绕组内直流电流的大小与方向来调节电枢绕组的电动势；
如果施加的励磁磁动势极性与永磁体极性相同，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组磁链和电动势。
2.如权利要求1所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，所述分块转子由铝合金支架和转子铁心组成。
3.如权利要求2所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，硅钢片叠压而成的转子铁心安装在非铁磁材料的铝合金支架上。
4.如权利要求1所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，所述永磁体的充磁方向均相同。
5.如权利要求1所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，所述定子及转子极数拓展到所有的永磁型分块转子开关磁通电机磁极组合，包括12/5，12/7，12/8，12/10和12/11，斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分块转子极数。
6.如权利要求5所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，当定子12极，转子8极结构时，在定子齿部，每隔3个定子齿放置一块永磁体，共放置三块充磁方向相同永磁体，而在与永磁体每隔1个定子齿的齿上安装一个齿绕组，共安装三个齿绕组，作为励磁绕组，在没有永磁体和励磁绕组的定子齿上安置电枢绕组，相差180°机械角度的两个线圈串联为一相。
7.如权利要求1所述的混合励磁分块转子开关磁通电机，其特征是，所述机座的两端设有端盖，并设有风扇；
所述机座放置在机壳内，在机壳内安装定子铁心。
8.如权利要求1-7任一项所述的混合励磁分块转子开关磁通电机的工作方法，其特征是，包括以下步骤：
当励磁电流为零时，仅有永磁体提供励磁，随着分块转子铁心的旋转，永磁体磁链分别与相邻的电枢绕组交链，此时电枢绕组磁链大小发生变化，产生正负交变的电动势；
如果施加的励磁磁动势极性与永磁体极性相同，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中的磁链方向相反，相互抵消，相电动势减小；
如果励磁磁动势极性与永磁体极性相反，相邻的永磁体和电励磁磁极在电枢绕组中产生的磁链方向相同，增大绕组电动势。
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