CN106026591B - 具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机，包括机壳、定子铁芯、定子电枢绕组、永磁体、转轴、转子铁芯、转子绕组。定子电枢绕组分布于定子槽中，转子铁芯布置有永磁磁极和铁磁磁极，转子绕组由灭磁励磁绕组和运行励磁绕组组成，灭磁励磁绕组套在永磁磁极极身，运行励磁绕组套在铁磁磁极极身，灭磁励磁绕组和运行励磁绕组分别与两台励磁控制系统相连。与现有技术相比，本发明的混合励磁永磁电机中有两套励磁绕组，具有宽范围的气隙磁场调节能力，以及正常励磁、强励、减励和灭磁等励磁功能，并且其结构与普通永磁同步电机相似，不存在轴向磁路和附加气隙，具有较高的功率密度和运行效率。

Description

具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种永磁电机。
背景技术
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，通常永磁磁动势占主导作用，电励磁磁动势起辅助作用，在充分保证永磁电机高效率优点的同时，解决永磁电机气隙磁场的调节难题。目前，国内外专家和学者提出的混合励磁永磁电机方案有近30种，在这些混合励磁永磁电机方案中，其电励磁绕组都可实现正常励磁、强励和减励等功能。然而，当混合励磁永磁电机内部出现故障时，由于永磁体的存在，如何实现其灭磁功能，现有的大部分混合励磁永磁电机方案均没有从设计上进行考虑。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机。这里的双励磁绕组是指具备不同励磁功能的两套励磁绕组，一套励磁绕组实现励磁系统的正常励磁、强励和减励等功能，另一套绕组实现励磁系统的灭磁功能。
本发明的技术方案是这样实现的。
本发明包括一机壳（1），机壳（1）内装有由定子铁芯（2）、定子电枢绕组（3）组成的定子和由永磁磁极（4）、永磁体（5），铁磁磁极（6）、转轴（7）、转子铁芯（8）、转子绕组（9）组成的转子；定子电枢绕组（3）分布于定子铁芯（2）上沿圆周方向开设的槽（10）中，转子铁芯（8）上布置有永磁磁极（4）和铁磁磁极（6），每个永磁磁极（4）布置永磁体（5），永磁体（5）关于永磁磁极（4）中心线对称分布，转子绕组（9）由转子灭磁励磁绕组（11）和转子运行励磁绕组（12）组成，转子灭磁励磁绕组（11）套在永磁磁极（4）极身，转子运行励磁绕组（12）套在铁磁磁极（6）极身，转子灭磁励磁绕组（11）和转子运行励磁绕组（12）分别与两台励磁控制系统相连。
本发明所述的定子电枢绕组（3）可以为多相对称绕组；也可以为单相绕组。
本发明所述的永磁磁极（4）与铁磁磁极（6）的数量可以根据电压调节范围确定。
本发明所述的永磁体（5）可以采用内置式布置；也可以采用表贴式布置。
本发明所述的电机可以为内转子电机或者外转子电机；也可以为旋转磁极式电机或者旋转电枢式电机。
本发明的具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机定子铁芯（2）上布置一套定子电枢绕组（3），用于机电能量转换。转子铁芯（8）上布置有永磁磁极（4）和铁磁磁极（6），永磁体（5）、转子灭磁励磁绕组（11）布置在永磁磁极（4），转子运行励磁绕组（12）布置在铁磁磁极（6）。永磁磁极（4）和铁磁磁极（6）的极数之和与定子电枢绕组（3）的极数相同，定子电枢绕组（3）与永磁体（5）和转子运行励磁绕组（12）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。当发电机正常运行时，永磁磁极（4）的转子灭磁励磁绕组（11）不输入励磁电流，励磁磁动势由永磁体（5）产生的永磁磁动势和铁磁磁极（6）的转子运行励磁绕组（12）产生的电励磁磁动势共同建立，通过调节铁磁磁极（6）的转子运行励磁绕组（12）的励磁电流，实现励磁系统正常励磁、强行励磁，以及强行减励等功能；当发电机内部故障时，使铁磁磁极（6）的转子运行励磁绕组（12）的励磁电流为0，永磁磁极（4）的转子灭磁励磁绕组（11）输入励磁电流，使其产生的气隙磁场方向与永磁体（5）产生的气隙磁场方向相反，从而实现励磁系统的灭磁功能。
与现有技术相比，本发明的混合励磁永磁电机具有如下特点。
1、该混合励磁永磁电机中有两套励磁绕组，具有正常励磁、强励、减励和灭磁等功能，解决了混合励磁永磁电机的灭磁问题。
2、该混合励磁永磁电机结构与普通永磁同步电机相似，不存在轴向磁路和附加气隙，具有较高的功率密度和运行效率。
附图说明
图1是本发明具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机结构示意图，也是图2的A-A截面图。其中1为机壳，2为定子铁芯，3为定子电枢绕组，4为永磁磁极，5为永磁体，6为铁磁磁极，7为转轴，8为转子铁芯，9为转子绕组，13为轴承。
图2是本发明图1所示电机的截面图，以8极为例。其中2为定子铁芯，3为定子电枢绕组，4为永磁磁极，5为永磁体，6为铁磁磁极，7为转轴，8为转子铁芯，10为定子铁芯上布置绕组的槽，11为永磁磁极4上布置的转子灭磁励磁绕组，12为铁磁磁极6上布置的转子运行励磁绕组。
图3是本发明的电路原理图。
图4 是本发明永磁体产生的气隙磁密波形。
图5 是本发明永磁体和运行励磁绕组共同产生的气隙磁密波形。
图6 是本发明永磁体和灭磁励磁绕组共同产生的气隙磁密波形。
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。
由图1-3可知，本发明的具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机，包括机壳1，机壳1内配置有定子铁芯2，定子铁芯2上沿圆周方向开槽10，槽10内布置有定子电枢绕组3。机壳1与定子铁芯2固定不动。机壳1内配置有转轴7，转轴7通过轴承13与机壳1连接。转轴7上配置转子铁芯8，转子铁芯8上有永磁磁极4和铁磁磁极6，转子绕组9由转子灭磁励磁绕组11和转子运行励磁绕组12。永磁磁极4上布置有永磁体5和转子灭磁励磁绕组11，铁磁磁极6上布置有转子运行励磁绕组12，转子灭磁励磁绕组11和转子运行励磁绕组12通过两组滑环和电刷分别与两台励磁控制系统相连。永磁体5、转子铁芯8和转子绕组9可一起随转轴7在定子铁芯2内旋转。
本发明的工作原理是：当发电机空载运行时，转轴7以同步速旋转，励磁控制系统1工作，励磁控制系统2不工作，转子运行励磁绕组12中输入励磁电流，转子灭磁励磁绕组11中不输入励磁电流，空载气隙磁场由永磁体5和转子运行励磁绕组12产生的励磁磁动势共同建立，通过调节转子运行励磁绕组12中励磁电流的大小，可以调节铁磁磁极6的气隙磁场大小，如图4和图5所示，气隙磁场在定子电枢绕组3中感应同步频率的电动势，该电动势在转速一定时保持恒定。当发电机负载运行时，永磁体5、转子运行励磁绕组12和定子电枢绕组3产生的磁动势共同建立气隙磁场，励磁控制系统1通过控制转子运行励磁绕组12的励磁电流大小，可满足发电机带不同负载的要求，具备正常励磁、强行励磁，以及强行减励等励磁功能。当发电机内部故障时，励磁控制系统1不工作，励磁控制系统2工作，转子运行励磁绕组12中不输入励磁电流，转子灭磁励磁绕组11中输入励磁电流，使其产生的气隙磁场方向与永磁体5产生的气隙磁场方向相反，如图6所示，只要在转子灭磁励磁绕组11中输入足够大的励磁电流，其产生的气隙磁场就可以完全抵消永磁体产生的气隙磁场，从而达到灭磁的目的。
本发明用作发电机时，定子电枢绕组3与负载相连，用作电动机时，定子电枢绕组3与驱动电源相连。

Claims (6)

1.具有双励磁绕组的混合励磁永磁电机，包括一机壳(1)，其特征在于：机壳（1）内装有由定子铁芯（2）、定子电枢绕组（3）组成的定子和由永磁磁极（4）、永磁体（5），铁磁磁极（6）、转轴（7）、转子铁芯（8）、转子绕组（9）组成的转子；定子电枢绕组（3）分布于定子铁芯（2）上沿圆周方向开设的槽（10）中，转子铁芯（8）上布置有永磁磁极（4）和铁磁磁极（6），每个永磁磁极（4）布置永磁体（5），永磁体（5）关于永磁磁极（4）中心线对称分布，转子绕组（9）由转子灭磁励磁绕组（11）和转子运行励磁绕组（12）组成，转子灭磁励磁绕组（11）套在永磁磁极（4）极身，转子运行励磁绕组（12）套在铁磁磁极（6）极身，转子灭磁励磁绕组（11）和转子运行励磁绕组（12）分别与两台励磁控制系统相连。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述的定子电枢绕组（3）为多相对称绕组或单相绕组。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述的永磁磁极（4）与铁磁磁极（6）的数量根据电压调节范围确定。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述的永磁体（5）采用内置式布置或表贴式布置。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述的电机为内转子电机或者外转子电机。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述的电机为旋转磁极式电机或者旋转电枢式电机。
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