CN108233563B - 一种多相混合励磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相混合励磁同步电机，由定子铁心、转子铁心、电枢绕组、励磁绕组和永磁体组成，在所述定子导磁齿之间设有块永磁体，所述永磁体之间相隔的导磁齿数量相等；根据定子、转子的相对位置关系，在设有永磁体的励磁槽外侧或内侧轭部被移除。在内转子结构中，所述集中电枢绕组和集中励磁绕组自定子径向方向由内向外设置，在设有永磁体的励磁槽外侧轭部被移除；在外转子结构中，所述集中电枢绕组和集中励磁绕组自定子径向方向由外向内置，在设有永磁体的励磁槽内侧轭部被移除。本电机通过永磁体和励磁绕组共同提供激励磁通，不仅提高了电机的转矩密度，而且具有很强的磁场调节能力，适用于风力发电、电动汽车等需要宽调速范围的场合。

Description

一种多相混合励磁同步电机

技术领域

本发明涉及的是一种混合励磁同步电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着工业化进程的推进和新能源技术的发展，电机在风力发电、新能源汽车领域得到了广 泛的应用。双馈感应电机结构简单，造价成本低，应用于风力发电系统时可以实现发电机侧有 功功率及电网侧无功功率的控制，且所需的变流器容量较小，价格低廉，占用空间小，但是该 电机结构上存在滑环和电刷，具有维护不便，可靠性差等缺点，从而限制了其使用范围。传统 永磁同步电机具有高效率和高功率密度的特点，并且采用无刷结构，维护方便，可靠性高，在 普通传动领域得到了广泛应用。但是传统无刷永磁电机大多采用转子永磁型结构，即永磁体位 于转子，这种结构具有一定的局限性：一方面，为防止电机运转时永磁体受离心力作用而脱落， 需要在转子上安装固定装置，导致其机构复杂，成本增加；另一方面，由于永磁体位于转子， 冷却条件差，散热困难，随着温度的上升，可能导致永磁体性能下降，严重时甚至发生不可逆 退磁或完全失磁。因此，一种新型的定子型永磁同步电机进入了人们的视野。这种电机的永磁 体均位于定子侧，而转子仅由铁芯组成，这不仅极大地降低了电机的复杂度，还有效地增强了 永磁体的散热性，降低了永磁体发生不可逆退磁甚至失磁的风险。但是，永磁同步电机由于采 用永磁体，不仅增加了电机的成本，而且电机的励磁不便调节，高速运行时需要采用弱磁控制 技术，这无疑增加了系统的复杂性和成本。

为了在保留定子型永磁同步电机优势的同时提高电机的调磁能力，一种混合励磁电机得到 了相关学者的广泛关注。该电机在定子型永磁同步电机的基础上将部分永磁体替换为励磁绕 组，因此它的励磁部分包含了永磁体和励磁绕组，能够相当灵活地调节电机中的磁场强度，且 电枢绕组、励磁绕组和永磁体均置于定子，转子结构简单，仅由导磁材料组成，可靠性高。然 而，研究表明该电机的永磁磁路和励磁磁路存在矛盾性，这导致永磁磁场和励磁磁场无法同时 发挥其最大效用，永磁体和励磁电流的利用率低，发电机的效率不高；永磁体的需求量较大， 电机成本比较高；当发生短路故障时存在较大的短路电流，应用于风力发电等场合需要力矩限 制器。

发明内容

发明目的：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种调磁性能好、运行可靠、无电刷、 电枢绕组、励磁绕组和永磁体均置于定子且可以单独控制、结构简单、成本低的混合励磁同步 电机。通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制电机的励磁磁场，从而保证该电机作为电动 机运行时具有较宽的恒功率调速范围，而作为发电机在不同速度运行时输出恒定电压；另外， 由于永磁体充磁方向沿同一圆周切线方向，当不存在励磁电流时，永磁磁场仅在定子侧形成闭 合回路，此时每相绕组匝链的总磁通为零，输出电压为零，从而保证当发生短路故障时，通过 控制励磁电流的大小，就可以保证短路电流几乎为零，避免短路故障时对风机的冲击，省去了 力矩限制器。

技术方案：

为了实现以上功能，本发明提供了一种新型混合励磁同步电机，它由一个定子11、一个 转子10、集中电枢绕组111、集中励磁绕组112和永磁体113组成；所述定子11和转子10均 由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子11上设有定子导磁齿110，定子导磁齿110 之间有槽，部分槽中设有永磁体113，定子导磁齿110上设有集中电枢绕组111和集中励磁绕 组112。

在所述定子导磁齿110之间设有块永磁体113，所述永磁体113之间相隔的导磁齿110数 量相等；根据定子11、转子10的相对位置关系，在设有永磁体113的励磁槽外侧或内侧轭部 被移除。

进一步的，在内转子10结构中，所述集中电枢绕组111和集中励磁绕组112自定子径向 方向由内向外设置，在设有永磁体113的励磁槽外侧轭部被移除。

进一步的，在外转子10结构中，所述集中电枢绕组111和集中励磁绕组112自定子径向 方向由外向内置，在设有永磁体113的励磁槽内侧轭部被移除。

上述定子导磁齿110的个数为Ns＝4*m*k*n；其中，定子导磁齿110上依次绕有2*m*k*n 个集中电枢绕组111，每个集中电枢绕组111套着相邻的两个定子导磁齿110，相邻的集中电 枢绕组111共用一个槽，设置集中电枢绕组111的槽称为电枢槽；其余2*m*k*n个槽中依次 设置集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组112套着相邻的两个定子导磁齿110，相邻两个集 中励磁绕组112共用或间隔一个槽，设置集中励磁绕组112的槽称为励磁槽；所述定子11上 设有总共n*m*k/2*q块永磁体113，永磁体113均匀地分布在励磁槽底部；设有永磁体113的 励磁槽外部的轭部被移除，槽中的集中励磁绕组112分布在永磁体113的径向外侧；

所述转子10由齿槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；

其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的 集中电枢绕组111对数，q为正整数，可取1或2，当m*n*k为奇数时q只能取2。

进一步的，上述每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组111串联组成，从 任意一相的第一个集中电枢绕组111起，将k个连续放置的集中电枢绕组111设置为同一相， 其后依次设置属于相邻相的k个集中电枢绕组111，按上述排列方式依次排列，直至电机单元 全部排列完成；属于同相的2k个集中电枢绕组111形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一 对集中电枢绕组中的两个集中电枢绕组111与转子10的相对位置相差半个转子极距τ_s，对应 为180度电角度，n个电机单元依次设置，不同电机单元中属于同相的集中电枢绕组111串 联或并联联接。

当上述电机每两个集中励磁绕组112间隔一个槽时，集中励磁绕组112产生的磁场方向相 同；当每两个集中励磁绕组112共用一个槽时，相邻两集中励磁绕组112产生的磁场方向相反； 每个电机单元中的集中励磁绕组112串联成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串 联或并联联接。

进一步的，上述电机所有永磁体113的充磁方向沿同一圆周切线方向；每块永磁体113的 充磁方向和位于它径向外侧的集中励磁绕组112的磁场方向相反。当集中励磁绕组112中通入 的励磁电流为零时，电机中只存在永磁磁场，且永磁磁场只在定子11部分形成环形闭合磁路， 不会穿过气隙和转子10，集中电枢绕组111中匝链的总磁通为零。

作为一种优选，所述集中电枢绕组111和集中励磁绕组112为铜或超导材料，永磁体113 为铁氧体或铁钴镍材料。

作为一种优选，上述混合励磁同步电机可作电动机或发电机运行。

技术效果：

本发明采用的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明提供的一种混合励磁电机，其励磁磁场由励磁绕组和永磁体共同作用产生。该电机 的电枢绕组、励磁绕组和永磁体均位于定子侧，转子仅由齿槽型导磁材料构成，结构简单，可 靠性高。电枢绕组和励磁绕组可以单独控制，并且通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制 电机的励磁磁场，从而达到变速恒压输出以及恒速变压输出特性，用作风力发电等场合时可以 提高发电机切入风速范围，提高宽速度范围内的效率；电机中所有永磁体的充磁方向沿同一圆 周切线方向，这种永磁体排布方式能够削弱电机定子轭部的磁场，降低电机的磁场饱和程度， 并增加通过三相电枢绕组的磁通量，有效地提高了励磁绕组的利用率和电机效率，与传统混合 励磁电机相比，混合励磁的效果得到了明显的提升。此外，本发明提供的混合励磁电机虽然采 用了永磁体结构，但当励磁电流为零时，永磁体将不发挥作用，永磁磁场不会穿过气隙和转子， 仅在定子侧形成闭合回路，并且通过三相电枢绕组的总磁通为零，输出电压为零，因此发生短 路故障时，只需及时切断励磁电流便能够有效避免电机因此导致的短路电流和力矩过大的问 题，省去了力矩限制器，在提高整个系统可靠性和稳定性的同时节省了大量成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1本发明一种混合励磁同步电机实施例1电机结构示意图；

图2本发明一种混合励磁同步电机实施例2电机结构示意图；

图3本发明一种混合励磁同步电机实施例3电机结构示意图；

图4本发明一种混合励磁同步电机实施例4电机结构示意图；

图5本发明一种混合励磁同步电机实施例5电机结构示意图；

图6本发明一种混合励磁同步电机实施例6电机结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种混合励磁同步电机，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确， 以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1，本发明的一种混合励磁同步电机，由一个定子11、一个转子10、集中电枢绕 组111、集中励磁绕组112和永磁体113组成；所述定子11和转子10均由导磁材料构成且二 者之间具有气隙，所述定子11上设有定子导磁齿110，定子导磁齿110之间有槽，部分槽中 设有永磁体113，定子导磁齿110上交替设置集中电枢绕组111和集中励磁绕组112。本实施 例电机中，m＝3，n＝2，k＝1，q＝1，其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中一相电枢绕组串联的集中电枢绕组111对数，q为决定永磁体数量的系数。即，该电机为三相电机，具有A、B、C三相，包含2个电机单元，每个电机单元中有k＝1对集中电枢绕 组，定子导磁齿110的个数为Ns＝4*m*n*k＝24；导磁齿依次设有集中电枢绕组111的个数为 2*m*n*k＝12，每个集中电枢绕组111套着两个定子导磁齿110，相邻的集中电枢绕组111共用一个槽；其余2*m*k*n＝12个槽中依次设置2*m*k*n＝12个集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组112套着相邻的两个定子导磁齿110，每两个集中励磁绕组112共用一个槽，相邻两集中励磁绕组112产生的磁场方向相反；定子11中第一电机单元中的励磁绕组串联联接组成第一 励磁绕组单元，第一励磁绕组单元和第二励磁绕组单元可串联或并联组成励磁绕组；所述定子 11上永磁体113的块数为n*m*k/2*q＝3，均匀镶嵌在励磁槽底部，所有永磁体113的充磁方向 均沿同一圆周切线方向，并和所在的励磁槽中的励磁线圈产生的磁场方向相反。转子10由齿 槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n，当k＝1，m＝3，n＝2时，Nr可为10， 14，本实施例取Nr＝14。

由于本实施例中k＝1，n＝2，每个电机单元中任意一相绕组所串联的集中电枢绕组111的 对数为k＝1(如图1中第一电机单元中的A1和A2或第二电机单元中的A3和A4)，从任意一 相的第一个集中电枢绕组起(如从A1起)，有k＝1个相邻放置的集中电枢绕组属于同一相， 其后依次设置属于相邻相的k＝1个集中电枢绕组111(即图1中的B1和C1)，按照上述排列 方式，第一电机单元中的三相集中电枢绕组的排列方式为：A1—B1—C1—A2—B2—C2。属 于同相的2k＝2个集中电枢绕组111与次级的相对位置相差半个转子极距，对应为180度电气 角度，如图1中A相两集中电枢绕组A1和A2。此时，集中电枢绕组A1跨过两个导磁齿， 其中心线正对着转子10齿的中心线，而集中电枢绕组A2的中心线正对着转子10槽的中心线， 二者与转子10的相对位置相差半个转子极距，在空间上相差180度电气角度。

若不考虑永磁体113和轭部缺口的影响，由于相邻的集中励磁绕组112产生的磁场方向相 反，合理设置电枢绕组A1、A2的绕线方式可使绕组中产生反电动势相互叠加，并呈现出互补 性。在转子10旋转一个电周期(即，旋转一个定子10极距)过程中，集中电枢绕组A1和 A2存在磁路上的差异。如图1所示位置时，若假定此时集中电枢绕组A1中磁链近似为零， 称为第一平衡位置，而集中电枢绕组A2与A1相对转子的位置不同，相差半个转子10极距， 此时集中电枢绕组A2中的磁链也近似为零，因此该位置称为第二平衡位置。转子10在逆时 针旋转一个电周期的过程中，集中电枢绕组A1中磁链幅值变化过程为：第一平衡位置——正 最大幅值——第二平衡位置——负最大幅值——第一平衡位置；而集中电枢绕组A2中磁链幅 值变化过程为：第二平衡位置——正最大幅值——第一平衡位置——负最大幅值——第二平衡 位置。两部分电枢绕组中的磁链变化趋势对称互补。集中电枢绕组A1和A2串联成A相绕组 后，它们产生的反电势的谐波分量相互抵消，得到的相反电势具有较好的正弦性。同样，第二 电机单元中的集中电枢绕组A3、A4也具有第一电机单元的特性，因此，集中电枢绕组A3、 A4之间也具有互补特性。当两电机单元中的集中电枢绕组A1、A2、A3和A4串联组成A相 绕组时，集中绕组中产生的反电势高次谐波相互抵消，具有较好的正弦性，从而减小了转矩波 动，非常适用于无刷交流(BLAC)控制。B，C两相同样具有A相的特点，三相之间相位互 差120°电角度。

若集中励磁绕组112中通入的电流为零，仅考虑永磁体113的作用时，由于所有永磁体 113的充磁方向均沿同一圆周切线方向，永磁磁场仅在定子11形成闭合磁路，不会穿过气隙 和转子10，因此不会产生电磁转矩。如图1所示，若以永磁体PM1为参考，永磁磁场的磁路 可以描述为：永磁体PM1——与永磁体PM1相邻的定子导磁齿——定子轭部——与永磁体 PM2相邻的定子导磁齿——永磁体PM2，并按照此路径依次穿过余下的永磁体，最终形成闭 合磁路。永磁磁场在穿过永磁体113时，必然会穿过永磁体113外围的集中电枢绕组111，比 如当永磁磁场穿过永磁体PM2的同时必然会穿过集中电枢绕组A3，但是由于气隙磁阻较大， 永磁磁场不会通过气隙进入转子10，因此穿入和穿出集中电枢绕组A3的永磁磁场相同，最终 集中电枢绕组A3中的永磁磁链几乎为零；而对于A相的其他集中电枢绕组A1、A2和A4来 说，由于永磁磁链仅穿过绕组外侧的定子轭部，不会穿入或穿出集中电枢绕组A1、A2和A4， 它们的永磁磁链也为零。这一现象不随转子10的转动而改变，因此在转子10旋转的过程中A 相的磁链始终为零，无相反电势产生。由于永磁体113均匀分布且三相对称，B、C两相同样 具有A相的特点。这一特性有效地消除了传统混合励磁电机在发生短路故障时无法完全灭磁 以及过大的短路电流的缺点。

当同时考虑永磁体113和集中励磁绕组112产生的磁场时，由于永磁体113的充磁方向和 位于其径向外侧的集中励磁绕组112产生的磁场方向相反，具体表现为：一方面，在定子轭部， 永磁磁场和电励磁磁场方向相反，当定子11的磁场饱和程度过高，永磁磁场能有效地减少定 子轭部磁场的饱和程度，并有效降低电机铁耗；另一方面，永磁磁场可以降低定子导磁齿110 的磁场饱和程度，从而间接提高三相绕组中的励磁磁链，而永磁磁场由于其磁路特性，在三相 绕组中匝链的永磁磁链始终为零，因此，可以有效提高三相绕组的反电势。但也由于永磁体的 原因，三相绕组产生的反电动势没有了明显的互补性。

当电机需要运行在高速时，减小直流励磁电流的大小，从而减小电机的励磁磁场强度，达 到调速目的。低速时需要增加电机转矩时，可以增加直流励磁电流，提高输出转矩。当发生短 路故障时，及时切断直流励磁电流，可以有效抑制短路电流，限制电机的输出转矩。

实施例2

图2为一台混合励磁同步电机。本实施例中，m＝3，n＝2，k＝1，q＝2。与实施例1电机的 不同之处在于，本实施例定子11上永磁体113的块数为n*m*k/2*q＝6，均匀镶嵌在励磁槽底 部。

在本实施例中，电机绕组的数量和排列方式同实施例1，三相绕组中的磁链变化和反电动 势具有与实施例1相同的特性。永磁体块数相对于实施例1电机增加了一倍，m*n*k/2*q＝6块 永磁体均匀分布且相互对称。由于本实施例电机中永磁体113的充磁方向与实施例1电机具有 相同的特点，所有永磁体113的充磁方向均沿同一圆周切线方向，并和所在的励磁槽中的励磁 线圈产生的磁场方向相反，如图2所示，永磁磁场的磁路依然可以描述为：永磁体PM1—— 与永磁体PM1相邻的定子导磁齿——定子轭部——与永磁体PM2相邻的定子导磁齿——永磁 体PM2，并按照此路径依次穿过余下的永磁体，最终形成闭合磁路。永磁磁场在穿过永磁体 113时，必然会穿过永磁体113外围的集中电枢绕组111，比如当永磁磁场穿过永磁体PM1或 PM4的同时必然会穿过集中电枢绕组A1或A3，但是由于气隙磁阻较大，永磁磁场不会通过 气隙进入转子10，因此穿入和穿出集中电枢绕组A1或A3的永磁磁场相同，最终集中电枢绕 组A1或A3中的永磁磁链几乎为零；而对于A相的其他集中电枢绕组A2和A4来说，由于 永磁磁链仅穿过绕组外侧的定子轭部，不会穿入或穿出集中电枢绕组A2和A4，它们的永磁 磁链也为零。这一现象不随转子10的转动而改变，在转子10旋转的过程中A相的磁链始终 为零，无相反电势产生。由于永磁体113均匀分布且三相对称，B、C两相同样具有A相的特 性。因此本实施例电机同样具备本发明电机的特点。

实施例3

图3也为一台混合励磁同步电机。本实施例中，m＝3，n＝1，k＝1，q＝2，即，该电机为三 相电机，具有A、B、C三相，包含1个电机单元，每个电机单元中有k＝1对集中电枢绕组，定子导磁齿110的个数为Ns＝4*m*n*k＝12；导磁齿依次设有集中电枢绕组111的个数为 2*m*n*k＝6，每个集中电枢绕组111套着两个导磁齿110，相邻的集中电枢绕组111共用一个槽，集中电枢绕组的排布方式和实施例2电机相同；其余2*m*k*n＝6个槽中依次设置 2*m*k*n＝6个集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组112套着相邻的两个定子导磁齿110，每 两个集中励磁绕组112共用一个槽，相邻两集中励磁绕组112产生的磁场方向相反；定子11 中第一电机单元中的励磁绕组串联联接组成第一励磁绕组单元，第一励磁绕组单元和第二励磁 绕组单元可串联或并联组成励磁绕组；所述定子11上永磁体113的块数为n*m*k/2*q＝3，均 匀镶嵌在励磁槽底部。转子10由齿槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n， 当k＝1，m＝3，n＝1时，Nr可为5，7，本实施例取Nr＝7。

本实施例电机中永磁体113的充磁方向与实施例1电机具有相同的特点，所有永磁体113 的充磁方向均沿同一圆周切线方向，并和所在的励磁槽中的励磁线圈产生的磁场方向相反。如 图3所示，永磁磁场的磁路依然可以描述为：永磁体PM1——与永磁体PM1相邻的定子导磁 齿——定子轭部——与永磁体PM2相邻的定子导磁齿——永磁体PM2，并按照此路径依次穿 过余下的永磁体，最终形成闭合磁路。永磁磁场穿过永磁体PM2的同时必然会穿过集中电枢 绕组A2，但是由于气隙磁阻较大，永磁磁场不会通过气隙进入转子10，因此穿入和穿出集中 电枢绕组A2的永磁磁场相同，最终集中电枢绕组A2中的永磁磁链几乎为零；而对于A相的 其他集中电枢绕组A1来说，由于永磁磁链仅穿过绕组外侧的定子轭部，不会穿入或穿出集中 电枢绕组A1，它们的永磁磁链也为零。这一现象不随转子10的转动而改变，在转子10旋转 的过程中A相的磁链始终为零，无相反电势产生。由于永磁体113均匀分布且三相对称，B、 C两相同样具有A相的特性。因此本实施例电机同样具备本发明电机的特点。

实施例4

图4为一台混合励磁同步电机。本实施例与实施例3电机的不同之处仅在于，本实施例中 采用每两个集中励磁绕组112间隔一个槽的结构形式，此时集中励磁绕组112产生的磁场方向 相同，即指向圆心的方向，因此本实施例电机同样具备本发明电机的特点。

实施例5

图5为一台混合励磁同步电机。本实施例与实施例3电机的不同之处仅在于，本实施例所 述的电机采用外转子结构，定子11置于转子10内部，二者之间具有气隙；定子11上径向方 向自外向内依次设有集中电枢绕组111和集中励磁绕组112；永磁体113位于定子11上的励磁 槽顶部，并且该励磁槽内侧的轭部被移除。由于本实施例所述电机的绕组和永磁体分布方式同 实施例3，它的磁路特性和实施例3电机一致，因此本实施例电机同样具备本发明电机的特点。

实施例6

图6也为一台混合励磁同步电机。本实施例中，m＝3，n＝1，k＝2，q＝2，即，该电机为三 相电机，具有A、B、C三相，包含1个电机单元，每个电机单元中有k＝2对集中电枢绕组，定子导磁齿110的个数为Ns＝4*m*n*k＝24；导磁齿上依次设有集中电枢绕组111的个数为2*m*n*k＝12，每个集中电枢绕组111套着两个导磁齿110，相邻的集中电枢绕组111共用一个 槽；其余2*m*k*n＝12个槽中依次设置2*m*k*n＝12个集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组 112套着相邻的两个定子导磁齿110，每两个集中励磁绕组112共用一个槽，相邻两集中励磁 绕组112产生的磁场方向相反；所述定子11上永磁体113的块数为n*m*k/2*q＝6，均匀镶嵌 在励磁槽底部，所有永磁体113的充磁方向均沿同一圆周切线方向，并和所在的励磁槽中的励 磁线圈产生的磁场方向相反。转子10由齿槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为 Nr＝(2*m*k±1)n，当k＝2，m＝3，n＝1时，Nr可为11，13，本实施例取Nr＝13。由于本实施例 中k＝2，n＝1，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k＝2对集中电枢绕组串联组成(如图6中 A1和A2及A1’和A2’)，从任意一相的第一个集中电枢绕组起(如从A1起)，有k＝2个相邻 放置的集中电枢绕组属于同一相(即A1和A1’)，其后依次设置属于相邻相的k＝2个集中电枢 绕组(即图2中的B1和B1’、C1和C1’)，按照上述排列方式，三相集中电枢绕组的排列方 式为：A1A1’—B1B1’—C1C1’—A2A2’—B2B2’—C2C2’。本实施例电机中，任意一对集中电 枢绕组中的两集中电枢绕组与次级的相对位置相差半个转子极距τ_s，对应为180度电气角度(如 图6中的A1和A2及A1’和A2’)。与其他实施例电机不同之处在于，本实施例电机通过合理 设置电枢绕组的绕线方式，可使属于同相的2k＝4个集中电枢绕组形成k＝2对互补集中电枢绕 组，其中二者具有互补特性，串联组成一相绕组时，互补的集中电枢绕组中的反电势谐波相互 抵消，相电势比较正弦。

本实施例电机中永磁体113的充磁方向与实施例2电机具有相同的特点。如图6所示，永 磁磁场的磁路依然可以描述为：永磁体PM1——与永磁体PM1相邻的定子导磁齿——定子轭 部——与永磁体PM2相邻的定子导磁齿——永磁体PM2，并按照此路径依次穿过余下的永磁 体，最终形成闭合磁路。当永磁磁场穿过永磁体PM1或PM4的同时必然会穿过集中电枢绕组 A1或A2，但是由于气隙磁阻较大，永磁磁场不会通过气隙进入转子10，因此穿入和穿出集 中电枢绕组A1或A2的永磁磁场相同，最终集中电枢绕组A1或A2中的永磁磁链几乎为零； 而对于A相的其他集中电枢绕组A1’和A2’来说，由于永磁磁链仅穿过绕组外侧的定子轭部， 不会穿入或穿出集中电枢绕组A1’和A2’，它们的永磁磁链也为零。这一现象不随转子10的 转动而改变，在转子10旋转的过程中A相的磁链始终为零，无相反电势产生。由于永磁体113 均匀分布且三相对称，B、C两相同样具有A相的特性。因此本实施例电机同样具备本发明电 机的特点。

实施例7

实施例7也为一台混合励磁同步电机。本实施例中，m＝5，n＝1，k＝1，q＝2，即，该电机 为五相电机，包含1个电机单元，每个电机单元中有k＝1对集中电枢绕组，定子导磁齿110 的个数为Ns＝4*m*n*k＝20；导磁齿依次设有集中电枢绕组111的个数为2*m*n*k＝10，每个集 中电枢绕组111套着两个定子导磁齿110，相邻的集中电枢绕组111共用一个槽；其余 2*m*k*n＝10个槽中依次设置2*m*k*n＝10个集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组112套着 相邻的两个导磁齿110，每两个集中励磁绕组112共用一个槽，相邻两集中励磁绕组112产生 的磁场方向相反；定子11中第一电机单元中的励磁绕组串联联接组成第一励磁绕组单元，第 一励磁绕组单元和第二励磁绕组单元可串联或并联组成励磁绕组；所述定子11上永磁体113 的块数为m*n/2*q＝5，均匀镶嵌在励磁槽底部，每两块永磁体之间间隔8*k/q＝4个定子导磁齿 110。转子10由齿槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr＝(2*m*k±1)n，当k＝1，m＝3， n＝1时，Nr可为9，11，本实施例取Nr＝11。

本实施例电机中永磁体113的充磁方向与实施例1电机也具有相同的特点，所有永磁体 113的充磁方向均沿同一圆周切线方向，并和所在的励磁槽中的励磁线圈产生的磁场方向相反， 永磁磁场仅在定子11形成闭合磁路。如图5所示，永磁磁场的磁路依然可以描述为：永磁体 PM1——与永磁体PM1相邻的定子导磁齿——定子轭部——与永磁体PM2相邻的定子导磁齿 ——永磁体PM2，并按照此路径依次穿过余下的永磁体，最终形成闭合磁路。永磁磁场穿过 永磁体PM1的同时必然会穿过集中电枢绕组A1，但是由于气隙磁阻较大，永磁磁场不会通过 气隙进入转子10，因此穿入和穿出集中电枢绕组A1的永磁磁场相同，最终集中电枢绕组A1 中的永磁磁链几乎为零；而对于A相的其他集中电枢绕组A2来说，由于永磁磁链仅穿过绕组 外侧的定子轭部，不会穿入或穿出集中电枢绕组A2，它们的永磁磁链也为零。这一现象不随 转子10的转动而改变，在转子10旋转的过程中A相的磁链始终为零，无相反电势产生。由 于永磁体113均匀分布，B、C、D、E相同样具有A相的特性。因此本实施例电机同样具备本 发明电机的特点。

本发明的混合励磁同步电机可以运行在电动机或发电机状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入 要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种多相混合励磁同步电机，该电机包括转子（10）、定子（11）、集中电枢绕组（111）、集中励磁绕组（112）和永磁体（113）；所述定子（11）和转子（10）均由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子（11）上设有定子导磁齿（110），定子导磁齿（110）之间有槽，部分槽中设有永磁体（113），定子导磁齿（110）上设有集中电枢绕组（111）和集中励磁绕组（112）；其特征在于，

在所述定子导磁齿（110）之间设有块永磁体（113），所述永磁体（113）之间相隔的导磁齿（110）数量相等；根据定子（11）、转子（10）的相对位置关系，在设有永磁体（113）的励磁槽外侧或内侧轭部被移除；

所述定子导磁齿（110）的个数为Ns=4*m*k*n，每个集中电枢绕组（111）套着相邻的两个定子导磁齿（110），相邻的集中电枢绕组（111）共用一个槽，设置集中电枢绕组（111）的槽称为电枢槽；其余槽中依次设置集中励磁绕组（112），每个集中励磁绕组（112）套着相邻的两个定子导磁齿（110），相邻两个集中励磁绕组（112）共用或间隔一个槽，设置集中励磁绕组（112）的槽称为励磁槽；所述定子（11）上设有总共n*m*k/2*q块永磁体（113），均匀地镶嵌在励磁槽底部；转子导磁齿的个数为Nr=(2*m*k±1)n；

其中，m为电机的相数， n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组（111）对数，m、n、k、q均为正整数，其中q取1或2，当m*n*k为奇数时q只能取2。

2.根据权利要求1所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，在内转子（10）结构中，所述集中电枢绕组（111）和集中励磁绕组（112）自定子径向方向由内向外设置，在设有永磁体（113）的励磁槽外侧轭部被移除。

3.根据权利要求1所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，在外转子（10）结构中，所述集中电枢绕组（111）和集中励磁绕组（112）自定子径向方向由外向内置，在设有永磁体（113）的励磁槽内侧轭部被移除。

4.根据权利要求1所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组（111）串联组成，从任意一相的第一个集中电枢绕组（111）起，将k个连续放置的集中电枢绕组（111）设置为同一相，其后依次设置属于相邻相的k个集中电枢绕组（111），按上述排列方式依次排列，直至电机单元全部排列完成；属于同相的2k个集中电枢绕组（111）形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一对集中电枢绕组中的两个集中电枢绕组（111）与转子（10）的相对位置相差半个转子极距τ_s，对应为180度电角度，n个电机单元依次设置，不同电机单元中属于同相的集中电枢绕组（111）串联或并联联接。

5.根据权利要求1所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，当每两个集中励磁绕组（112）间隔一个槽时，集中励磁绕组（112）产生的磁场方向相同；当每两个集中励磁绕组（112）共用一个槽时，相邻两集中励磁绕组（112）产生的磁场方向相反；每个电机单元中的集中励磁绕组（112）串联成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串联或并联联接。

6.根据权利要求1所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，所有永磁体（113）的充磁方向沿同一圆周切线方向；每块永磁体（113）的充磁方向和位于它径向外侧或内侧的集中励磁绕组（112）的磁场方向相反；当集中励磁绕组（112）中通入的励磁电流为零时，电机中只存在永磁磁场，且永磁磁场只在定子（11）部分形成环形闭合磁路，集中电枢绕组（111）中匝链的总磁通为零。

7.根据权利要求1或2或3或6所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，所述集中励磁绕组（112）和集中电枢绕组（111）为铜或超导材料。

8.根据权利要求1或2或3或6所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，所述永磁体（113）为铁氧体或铁钴镍材料。

9.根据权利要求1或2或3或6所述的一种多相混合励磁同步电机，其特征在于，所述混合励磁同步电机是电动机或发电机。