CN111082626B - 一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，包括定子和转子，其特征在于：定子绕组为三相交流绕组或双三相交流绕组，转子由电励磁磁极和永磁磁极交替排列成至少四极结构，转子谐波绕组连接励磁绕组，所述电励磁磁极采用谐波电流无刷励磁，永磁磁极采用永磁体V型内嵌式排列，永磁体的两端和永磁磁极之间设有漏磁通路径，弱磁时漏磁通路径供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径供电励磁磁通通过。本发明在已有谐波励磁技术的基础上，提出谐波励磁‑永磁漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，可应用于风力发电和混合动力汽车等各个工业领域。

Description

一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机
技术领域
本发明涉及一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机。
背景技术
同步电机具有功率密度高、效率高等优良特性，在电动汽车、风力发电和自动化制造设备等工业领域中得到广泛应用。然而，永磁同步电机一直存在三个有待解决的问题：(1)永磁体所产生的励磁磁通难以调节；(2)永磁材料存在失磁风险导致电机不能工作；(3)随着永磁材料的日益广泛应用，导致其价格昂贵，需减少用量。兼具永磁电机高功率密度和电励磁电机励磁磁通可调节的混合励磁电机是解决上述问题的重要途径。
混合励磁电机中的励磁源包含永磁体和电励磁线圈两部分。永磁体自带磁场，无需外部激励，因此，无刷混合励磁电机的结构及性能主要取决于电励磁的方式。按电励磁线圈所处的位置来划分，现有无刷混合励磁电机方案可以分为定子侧电励磁型无刷混合励磁电机和转子侧电励磁型无刷混合励磁电机。
定子侧电励磁型无刷混合励磁电机主要有：无刷爪极混合励磁电机，转子磁分路混合励磁电机，磁极交错轴向磁通混合励磁电机和双凸极混合励磁电机。无刷爪极混合励磁电机励磁线圈处于定子端部，与有刷爪极电机相比，有附加气隙，加上本来存在漏磁较大等不足，导致功率密度较低。转子磁分路混合励磁电机存在轴向磁通路径，增大了涡流损耗，同样也存在附加气隙。磁极交错轴向磁通混合励磁电机也存在轴向磁通路径，以及铁芯被分为两段，导致功率密度和材料利用率难以提高。双凸极混合励磁电机励磁部分都在定子上，转子结构简单，但是由于保持较大转矩与输出波形的正弦性存在固有矛盾，导致该电机的转矩波动大和输出电压波形非正弦等问题始终不好解决。由上述可得，定子侧电励磁型无刷混合励磁电机励磁能量主要通过直流磁场传递，没有利用动生电动势，励磁效率低。磁路中存在附加气隙，导致需要较大的励磁电流。
转子侧电励磁型无刷混合励磁电机主要有：齿谐波混合励磁电机，耦合变压器励磁电机。齿谐波混合励磁电机能实现无刷励磁，但是其励磁源来自电机固有的齿谐波，导致励磁电流调节范围有限。耦合变压器励磁电机增加了电机的轴向长度，加上磁通经过附加气隙，导致功率密度降低。此外，由硅钢片构成的壳式U形同心铁芯的制作工艺复杂，体积笨重，增加了制造成本。根据上述可知，转子侧电励磁型无刷混合励磁电机励磁能量主要通过交变磁场传递，并利用动生电动势，励磁效率高。但是现有转子侧电励磁型无刷混合励磁电机依然存在磁场调节范围有限，轴向长度增加等不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有混合励磁电机中存在轴向磁通路径、轴向长度增加和磁场调节范围有限等问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，包括定子和转子，其特征在于：定子绕组为三相交流绕组或双三相交流绕组，转子由电励磁磁极和永磁磁极交替排列成至少四极结构，转子谐波绕组连接励磁绕组，所述电励磁磁极采用谐波电流无刷励磁，永磁磁极采用永磁体V型内嵌式排列，永磁体的两端和永磁磁极之间设有漏磁通路径，弱磁时漏磁通路径供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径供电励磁磁通通过。
优选地，所述转子谐波绕组为单相绕组，转子谐波绕组的节距为励磁绕组节距的1/3。
优选地，所述转子包括主齿和分齿，主齿与分齿连接，转子谐波绕组嵌套在永磁磁极和电励磁磁极的分齿结构上。
优选地，所述定子绕组为开放式绕组，通过双三相功率变换器注入三次谐波电流实现转子励磁。
优选地，所述转子谐波绕组通过旋转整流器与励磁绕组连接。
优选地，所述永磁磁极和电励磁磁极上设有用于嵌套转子谐波绕组的槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用交替磁极实现混合励磁，励磁调节便于实现；
(2)永磁部分采用漏磁可调式方案，进一步扩宽了弱磁范围；
(3)电枢电流波形为马鞍形，提高了电机的功率密度；
(4)只有径向磁场，没有轴向磁通，漏磁损耗小，效率高；
(5)结构简单、坚固，运行速度范围宽。
本发明在已有谐波励磁技术的基础上，提出谐波励磁-永磁漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，可应用于风力发电和混合动力汽车等各个工业领域。
附图说明
图1为本发明转子结构示意图；
图2为本发明整体结构示意图；
图3为弱磁时漏磁通路径上的磁通示意图；
图4为增磁时漏磁通路径上的磁通示意图；
图5为本发明同步发电机系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1至图5所示，本发明一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机包括定子1和转子2，定子绕组11为三相交流绕组或双三相交流绕组。转子2为四极结构，电励磁磁极21和永磁磁极22交替排列，电励磁磁极21采用谐波电流无刷励磁方案，永磁磁极22采用永磁体27呈V型内嵌式排列。永磁体27的两端和永磁磁极22之间设有漏磁通路径5，弱磁时漏磁通路径5供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径5供电励磁磁通通过。转子2为主齿25和分齿26连接的结构，转子谐波绕组23嵌套在永磁磁极22和电励磁磁极21的分齿26上，转子谐波绕组23节距为励磁绕组24的1/3。转子2可以为2n(n为正整数)极，实际极数取决于转子2直径尺寸和制造工艺。
转子2励磁主磁场由谐波电流励磁磁极21产生的磁场和永磁磁极磁场共同组成。当励磁用三次谐波电流含量小于额定值时，电机处于弱磁状态。此时，部分永磁磁通从漏磁通路径5经过，使主磁通进一步降低，削弱了永磁体27主磁通，扩宽了弱磁范围；当励磁用三次谐波电流含量大于额定值时，电机处于增磁状态。此时，电励磁磁动势较大，电励磁磁通从漏磁通路径5经过，电励磁磁通和永磁磁通一起使主磁通进一步增强，扩宽了增磁范围。
如图2所示，本实施例中定子1为12槽结构，定子绕组11为双三相绕组，单层结构，节距为3。永磁磁极22和电励磁磁极21上都开有安装转子谐波绕组23的小槽4。转子谐波绕组23为单相绕组，节距为励磁绕组24极矩的1/3。转子谐波绕组23通过旋转整流器3与主励磁绕组24相连接。转子谐波绕组23中有了感应电动势后，通过旋转整流器3整流后给励磁绕组24提供励磁电流。
电机定子绕组11为开放式绕组，便于三次谐波电流的注入。通过功率变换器控制定子绕组11的电流波形，使每相定子电流中均包含三次谐波电流成分。转子谐波绕组23的通过功率变换器改变注入定子绕组11的交变零序电流幅值，可以调节转子2侧与该零序谐波磁场作用产生的感应电动势，实现无刷电励磁功率的传输。

Claims (3)

1.一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，包括定子(1)和转子(2)，其特征在于：定子绕组(11)为三相交流绕组或双三相交流绕组，转子(2)由电励磁磁极(21)和永磁磁极(22)交替排列成至少四极结构，转子谐波绕组(23)连接励磁绕组(24)，所述电励磁磁极(21)采用谐波电流无刷励磁，永磁磁极(22)采用永磁体(27)V型内嵌式排列，永磁体(27)的两端和永磁磁极(22)之间设有漏磁通路径(5)，弱磁时漏磁通路径(5)供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径(5)供电励磁磁通通过；
所述转子谐波绕组(23)为单相绕组，转子谐波绕组(23)的节距为励磁绕组(24)节距的1/3；
所述转子(2)包括主齿(25)和分齿(26)，主齿(25)与分齿(26)连接，转子谐波绕组(23)嵌套在永磁磁极(22)和电励磁磁极(21)的分齿(26)上；
所述定子绕组(11)为开放式绕组，通过双三相功率变换器注入三次谐波电流实现转子(2)励磁；
转子(2)励磁主磁场由谐波电流励磁电励磁磁极(21)产生的磁场和永磁磁极(22)磁场共同组成；当励磁用三次谐波电流含量小于额定值时，电机处于弱磁状态，此时，部分永磁磁通从漏磁通路径（5）经过，使主磁通进一步降低，削弱了永磁体（27）主磁通，扩宽了弱磁范围；当励磁用三次谐波电流含量大于额定值时，电机处于增磁状态，此时，电励磁磁动势较大，电励磁磁通从漏磁通路径(5)经过，电励磁磁通和永磁磁通一起使主磁通进一步增强，扩宽了增磁范围。
2.如权利要求1所述的一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，其特征在于：所述转子谐波绕组(23)通过旋转整流器(3)与励磁绕组(24)连接。
3.如权利要求1所述的一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，其特征在于：所述永磁磁极(22)和电励磁磁极(21)上设有用于嵌套转子谐波绕组(23)的槽(4)。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112421919B (zh) * 2020-11-09 2021-10-08 华中科技大学 基于工作磁场谐波定向的永磁电机拓扑构造方法及电机
CN112787476B (zh) * 2021-01-28 2021-11-23 南京航空航天大学 基于交替极转子的集成式直流感应混合励磁无刷电机
CN112910123B (zh) * 2021-01-28 2022-03-25 南京航空航天大学 转子磁极调制型感应混合励磁无刷电机及发电系统

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1101178A (zh) * 1992-07-14 1995-04-05 魁北克水电公司 电动车轮组件
CN101267131A (zh) * 2008-04-30 2008-09-17 泰豪科技股份有限公司 一种三分法混合磁极励磁单枢无刷发电机
CN101478207A (zh) * 2009-01-19 2009-07-08 南昌大学 双馈混合磁极永磁电机
CN101651394A (zh) * 2009-06-02 2010-02-17 清华大学 采用谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN101794984A (zh) * 2010-03-18 2010-08-04 清华大学 基于多回路模型的发电机转子匝间故障分析方法
JP2013187954A (ja) * 2012-03-06 2013-09-19 Mitsubishi Electric Corp 回転電機
CN104638864A (zh) * 2015-02-16 2015-05-20 武汉华大新型电机科技股份有限公司 永磁电机及提高永磁电机转速的方法
CN104638862A (zh) * 2013-11-15 2015-05-20 黄劭刚 三极组合磁极混合励磁同步电机
CN105763009A (zh) * 2016-04-20 2016-07-13 山东大学 混合磁路低谐波多定子弱磁扩速永磁同步电机及其方法
WO2017033001A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Magnomatics Limited Magnetically geared apparatus and a pole piece for such apparatus
KR20170042072A (ko) * 2015-10-08 2017-04-18 삼성전자주식회사 영구자석 내측 배치형 비엘디씨 모터
CN206149051U (zh) * 2016-10-19 2017-05-03 珠海凌达压缩机有限公司 永磁电机、转子及其转子铁芯
CN107834733A (zh) * 2017-11-24 2018-03-23 江苏大学 一种降低五相内嵌式永磁电机转矩脉动的方法
CN108768023A (zh) * 2018-08-13 2018-11-06 珠海格力电器股份有限公司 转子组件及交替极电机
CN109905006A (zh) * 2019-04-23 2019-06-18 山东理工大学 电动汽车用径向交替永磁驱动电机
CN110334428A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 西安交通大学 一种计及谐波条件下的变频电机铁耗快速计算方法及模型

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104682648B (zh) * 2015-02-02 2017-07-11 南昌大学 双谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN108964392B (zh) * 2018-07-19 2020-11-13 哈尔滨工业大学 一种双三相同步电机

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1101178A (zh) * 1992-07-14 1995-04-05 魁北克水电公司 电动车轮组件
CN101267131A (zh) * 2008-04-30 2008-09-17 泰豪科技股份有限公司 一种三分法混合磁极励磁单枢无刷发电机
CN101478207A (zh) * 2009-01-19 2009-07-08 南昌大学 双馈混合磁极永磁电机
CN101651394A (zh) * 2009-06-02 2010-02-17 清华大学 采用谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN101794984A (zh) * 2010-03-18 2010-08-04 清华大学 基于多回路模型的发电机转子匝间故障分析方法
JP2013187954A (ja) * 2012-03-06 2013-09-19 Mitsubishi Electric Corp 回転電機
CN104638862A (zh) * 2013-11-15 2015-05-20 黄劭刚 三极组合磁极混合励磁同步电机
CN104638864A (zh) * 2015-02-16 2015-05-20 武汉华大新型电机科技股份有限公司 永磁电机及提高永磁电机转速的方法
WO2017033001A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Magnomatics Limited Magnetically geared apparatus and a pole piece for such apparatus
KR20170042072A (ko) * 2015-10-08 2017-04-18 삼성전자주식회사 영구자석 내측 배치형 비엘디씨 모터
CN105763009A (zh) * 2016-04-20 2016-07-13 山东大学 混合磁路低谐波多定子弱磁扩速永磁同步电机及其方法
CN206149051U (zh) * 2016-10-19 2017-05-03 珠海凌达压缩机有限公司 永磁电机、转子及其转子铁芯
CN107834733A (zh) * 2017-11-24 2018-03-23 江苏大学 一种降低五相内嵌式永磁电机转矩脉动的方法
CN108768023A (zh) * 2018-08-13 2018-11-06 珠海格力电器股份有限公司 转子组件及交替极电机
CN109905006A (zh) * 2019-04-23 2019-06-18 山东理工大学 电动汽车用径向交替永磁驱动电机
CN110334428A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 西安交通大学 一种计及谐波条件下的变频电机铁耗快速计算方法及模型

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