CN109660099A - 一种混合励磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合励磁同步电机，包括定子铁心和转子铁心；定子铁心和转子铁心之间设置气隙；定子铁心上设置若干定子绕组和定子辅助绕组；转子铁心上设置转子励磁绕组、整流二极管和若干永磁体，转子励磁绕组与整流二极管连接，永磁体均匀分布在转子励磁绕组两侧。当直流电通入定子辅助绕组时会产生两极恒定磁场，随着转子铁心的旋转，转子励磁绕组切割磁感线产生交变感应电动势，经整流二极管整流后产生励磁电流，转子励磁绕组产生的磁链和永磁体产生的磁链穿过气隙。通过调节定子辅助绕组的电流大小，实现气隙磁场的调节，从而使电机更适合于电动汽车宽调速范围、高弱磁比的工况，解决了传统永磁电机励磁方式的不足。

Description

一种混合励磁同步电机
技术领域
本发明属于同步电机领域，涉及一种混合励磁同步电机。
背景技术
随着环境污染以及能源供需矛盾问题日益突出，电动汽车因其节能、高效、无污染等优点，在国际上受到了极大的重视，并得到各国政府不同程度的扶持。在国内，电动汽车被批准为国家重点实施的12个重大科研专项之一，确定了三横三纵的发展布局。目前，国际上电动汽车主要采用交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等交流驱动电机作为整车的动力来源。其中，交流电机结构简单、效率高、转矩脉动小、噪声小、易维护，同时控制技术成熟；但其高效区有限，同时存在电刷结构，降低了其作为电动汽车驱动电机的可靠性。永磁同步电机具有功率密度高、体积小、结构简单等优点；但永磁电机转子磁场无法调节，必须调节定子电流，增加定子电流的去磁分量来削弱磁场，使得定子电流增大，铜耗增加；同时这种方法会降低系统运行效率及功率因数，增加控制器成本，还存在深度弱磁控制时稳定性差和高速失控时的电压安全问题。开关磁阻电机具有电机结构简单可靠、鲁棒性好，系统成本低等优点，但其运行噪音较大，同时转矩密度不高。
20世纪80年代末，美国学者利用“混合励磁”思想提出了一种混合励磁同步电机，该电机中存在两个磁势源：永磁体和直流励磁磁势。永磁体产生主磁通，直流励磁产生辅助磁通，通过助磁与弱磁调节永磁体产生的磁通。混合励磁同步电机相比永磁同步电机具有较小的电枢反应，并且电压调整率低，励磁损耗小，可以实现电机气隙磁场的平滑可调，高效运行。随着对混合励磁同步电机研究的深入，各种拓扑结构的混合励磁同步电机被设计。根据混合励磁同步电机中永磁磁势和电励磁磁势在磁路上的相互关系，可将混合励磁同步电机分为串联励磁式和并联励磁式。由于串联励磁式混合励磁同步电机永磁体退磁的缺陷，国内外学者将研究重点集中在并联励磁式。并联励磁式混合励磁同步电机励磁绕组产生的磁通并不直接穿过永磁体，所以不存在退磁问题。
目前研究较多的是旁路式混合励磁电机，该电机转子表面磁极由铁心极和永磁极交错排列组成，所有永磁极极性相同。电机左右端盖及机壳均由导磁材料制成。通过增加轴向磁路来调节气隙磁密以实现助磁、弱磁控制。但是由于增加了附加气隙，磁路磁阻较大，影响电励磁效率，同时结构较为复杂，电机端盖、双向凸缘等部分的设计难度较大。另一种常见混合励磁电机为组合转子结构混合励磁电机，电机采用普通交流电机定子，转子则由电励磁转子和永磁转子组合而成，在这种结构中，永磁磁通和弱磁磁通各自具有不同的物理磁路，“弱磁”表现为一种合成效果，在低速运行时，磁阻部分基本不产生转矩，降低了电机的转矩密度。而高速运行时，永磁段磁通基本不变，磁阻段的磁通则随着“弱磁”程度的增大而增大，从而导致铁磁损耗随转速呈几何级数增大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种混合励磁同步电机。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种混合励磁同步电机，包括定子铁心和转子铁心；定子铁心和转子铁心之间设置气隙；定子铁心上设置若干定子槽，定子槽内部设置定子绕组和定子辅助绕组；转子铁心上设置转子励磁绕组、整流二极管和若干永磁体，转子励磁绕组与整流二极管连接，永磁体均匀分布在转子励磁绕组两侧。
本发明进一步的改进在于：
永磁体与相邻的永磁体极性相对。
转子铁心上开设第一通孔，第一通孔位于转子D轴上。
第一通孔为圆形通孔。
转子铁心上开设第二通孔，第二通孔位于转子Q轴上。
第二通孔为椭圆形通孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过在定子铁心上设置定子绕组和定子辅助绕组，在转子铁心上设置感应励转子励磁绕组以及整流二极管。并设置若干永磁体位于转子励磁绕组两侧；气隙磁场由永磁体和转子励磁绕组共同产生。当直流电通入定子辅助绕组时会产生两极恒定磁场，随着转子铁心的旋转，转子励磁绕组切割磁感线产生交变感应电动势，经整流二极管整流后产生励磁电流，转子励磁绕组产生的磁链和永磁体产生的磁链穿过气隙。通过调节定子辅助绕组的电流大小，即可控制转子励磁绕组磁链进入气隙的大小，从而实现气隙磁场的调节，从而使电机更适合于电动汽车宽调速范围、高弱磁比的工况，解决了传统永磁电机励磁方式的不足。
进一步的，在转子铁心的D轴位置上设置圆形通孔，在Q轴位置上设置椭圆形通孔；对于励磁电流变化引起的反电动势，起到了有效的降低作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1-定子铁心；2-定子绕组；3-定子辅助绕组；4-气隙；5-转子铁心；6-永磁体；7-1-第一通孔；7-2-第二通孔；8-转子励磁绕组。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明一种混合励磁同步电机，包括定子铁心1和转子铁心5；定子铁心1和转子铁心5之间设置气隙4；定子铁心1上设置若干定子槽，定子槽内部设置定子绕组2和定子辅助绕组3；转子铁心5上设置转子励磁绕组8、整流二极管和若干永磁体6，转子励磁绕组8与整流二极管连接，永磁体6均匀分布在转子励磁绕组8两侧。若干永磁体6中相邻的永磁体6的极性相对。
优选的，在转子铁心5上开设第一通孔7-1，第一通孔7-1位于转子D轴上。第一通孔7-1为圆形通孔。转子铁心5上开设第二通孔7-2，第二通孔7-2位于转子Q轴上。第二通孔7-2为椭圆形通孔。其中，转子磁场方向为D轴，垂直于转子磁场方向为Q轴。
在传统永磁同步电机结构中定子铁心1部分增加辅助励磁绕组，在转子铁心5上增加感应励磁绕组即转子励磁绕组8以及整流二极管，多个永磁体6位于转子励磁绕组8两侧，相邻两块永磁体6极性相对，气隙磁场由永磁体6和转子励磁绕组8共同产生。当直流电通入定子辅助绕组3时会产生两极恒定磁场，随着转子铁心5的旋转，转子励磁绕组8切割磁感线产生交变感应电动势，经整流二极管整流后产生励磁电流，转子励磁绕组8产生的磁链和永磁体6产生的磁链穿过气隙4，以达到调节气隙4磁密的目的，从而更适合于电动汽车宽调速范围、高弱磁比的工况，解决了传统永磁电机励磁方式的不足。
转子励磁绕组8产生的磁场影响永磁体6的磁路，永磁体磁链通过转子铁心5极靴后，穿过气隙4，与定子绕组2相匝链，该磁场为切向。转子励磁绕组8产生的磁链通过转子齿，进入气隙4，从而与定子绕组2相匝链，该磁场为径向。通过调节定子辅助绕组3的电流的大小，即可控制转子励磁绕组8磁链进入气隙4的大小，从而实现气隙磁场的调节。
转子铁心5包括多个转子冲片，转子冲片的设计、开孔的位置、孔径与永磁体6的配合等都会影响电机的性能。对于励磁电流变化引起的反电动势，可以用开孔优化。通过仿真可以发现，在转子D轴位置开圆形的第一通孔7-1，由于空气的磁导率低，增加了磁路磁阻，因此孔位越靠近永磁体6，反电势下降越明显。在转子Q轴位置开第二通孔7-2，椭圆形孔位可以更明显的降低反电动势，同时孔位越靠近永磁体6，反电动势略微增加。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混合励磁同步电机，其特征在于，包括定子铁心(1)和转子铁心(5)；定子铁心(1)和转子铁心(5)之间设置气隙(4)；定子铁心(1)上设置若干定子槽，定子槽内部设置定子绕组(2)和定子辅助绕组(3)；转子铁心(5)上设置转子励磁绕组(8)、整流二极管和若干永磁体(6)，转子励磁绕组(8)与整流二极管连接，永磁体(6)均匀分布在转子励磁绕组(8)两侧。
2.根据权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(6)与相邻的永磁体(6)极性相对。
3.根据权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述转子铁心(5)上开设第一通孔(7-1)，第一通孔(7-1)位于转子D轴上。
4.根据权利要求3所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述第一通孔(7-1)为圆形通孔。
5.根据权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述转子铁心(5)上开设第二通孔(7-2)，第二通孔(7-2)位于转子Q轴上。
6.根据权利要求5所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述第二通孔(7-2)为椭圆形通孔。
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