CN112671193B - 一种混合励磁型电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合励磁型电机，由定子、转子、端盖、励磁绕组以及机壳组成，所述的定子铁芯由永磁定子、电励磁定子以及起磁路隔离解耦作用的隔磁板组成，永磁磁场和电励磁磁场为并列式，极对数相同，极性在空间上分布相同或反向，共同形成气隙磁场，但二者之间磁路完全隔离，磁场无相互耦合，电励磁磁场的磁路不会通过永磁体，因此没有永磁体不可去磁风险，电励磁磁场磁阻小，具有励磁调节响应快、励磁效率高等优点。

Description

一种混合励磁型电机

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种混合励磁型电机。

背景技术

混合励磁，也称组合励磁或复合励磁，是由两种励磁源相互作用，共同实现电磁能量转换，是对单一励磁（永磁励磁或电励磁）概念的有效拓宽与延伸。所谓混合励磁电机，是在保持电机较高效率的前提下，改变电机的拓扑结构，由两种励磁源共同产生电机主磁场，实现电机的主磁场调节和控制，改善电机调速、驱动性能或调压特性的一类新型电机。

混合励磁电机不仅能继承永磁电机的诸多优点，还具有电励磁电机气隙磁场平滑可调的优点，用作发电机，可获得较宽的调压范围，在飞机、舰船和车辆中可作为独立的发电系统。用作电动机，适合于作节能驱动使用，而其中的宽调速特性可以在电动汽车、武器设备伺服驱动等高要求场合应用。

传统混合励磁电机，励磁绕组放置在转子上形成旋转磁场，需要滑环和电刷给励磁绕组通入直流电，从而带来火花放电问题，降低电机运行可靠性，增加维护工作量。

部分混合励磁电机受限于其工作原理和和电机结构布置，电励磁磁场需经过永磁体，这就导致电励磁磁路和永磁磁路的交叉耦合问题，增加了励磁调节的复杂程度，也增加了永磁体不可逆去磁。

发明内容

针对传统混合励磁电机技术不足，本发明提出一种混合励磁型电机，具有电励磁磁场磁阻小、励磁调节响应快、励磁效率高等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混合励磁型电机，包括定子、转子、端盖、直流励磁绕组以及固定定子铁芯和端盖的机壳，所述的定子由定子铁芯和电枢绕组组成，所述的定子铁芯由永磁定子、电励磁定子以及起磁路隔离解耦作用的一定厚度的隔磁板组成；所述的转子由转轴、通过固定辅件安装在转轴上的永磁磁极以及直接安装在转轴上的电励磁磁极组成；永磁磁极和电励磁磁极为并列布置的径向式结构，极对数相同，极性在空间上分布相同或反向；所述的端盖包括驱动端端盖和非驱动端端盖，励磁绕组外设置有励磁铁芯，励磁绕组和励磁铁芯为双层同心环形拓扑结构，集成安装于一侧的端盖内壁，固定于端盖内侧轴承室位置，通入直流电后可产生大小和极性可调节的励磁磁场。

所述的一种混合励磁型电机，其机壳是由钢板拼焊框架结构后再加工而成。

所述的一种混合励磁型电机，其永磁定子和电励磁定子共用一套电枢绕组，所述的电枢绕组为交流绕组，经变频器控制后可产生与转子极对数相同的同步旋转磁场。

所述的一种混合励磁型电机，其永磁定子和电励磁定子冲片结构尺寸相同，由相同牌号的硅钢片叠压而成。

所述的一种混合励磁型电机，其永磁定子、电励磁定子和隔磁板通过设置在铁芯轭部的扣片焊接拉紧成一体，用于电枢绕组的放置。

所述的一种混合励磁型电机，其永磁磁极可以是表贴式或内置式磁极结构或海尔贝克式磁极，通过固定辅件固定在转子支架上，转子支架通过键槽连接方式固定在转轴上，永磁磁极轴向布置于转子支架上，在空间上与对应的定子位置对齐。

所述的一种混合励磁型电机，其电励磁磁极由电励磁N极磁极、电励磁S极磁极和导磁环拼焊成一整体，通过键槽连接方式固定在转轴上。

所述的一种混合励磁型电机，其电励磁磁极、导磁环和励磁铁芯是由SMC或其他有空间导磁能力的导磁材料构成；所述隔磁板及焊料，需采用铜、不锈钢等不导磁材料。

所述的一种混合励磁型电机，其励磁绕组可采用自然冷却，也可以采用冷却水道水冷冷却。所述的冷却水道包括安装于非驱动端端盖的励磁冷却管路和埋焊于定子铁芯轭部的电机冷却管路。

本发明具有以下特点：

1，励磁绕组安装于静止的端盖上，无需采用滑环和电刷，电机运行可靠。

2，永磁磁场和电励磁磁场为并列式，共同产生可调节的气隙磁场，反电势可以高效叠加，磁路相互隔离、互不耦合，便于励磁调节和电机控制。

3，励磁绕组与励磁铁芯采用双层同心环形拓扑结构，可通过调整内外层绕组匝数和空间相对位置、导磁环及电励磁磁极结构尺寸、优化电励磁磁极极靴形状等方法，可在气隙处产生大小和极性可调、对称度高的励磁磁场，降低磁密谐波含量，提高磁密正弦度。

4，电励磁磁场的磁路不经过永磁体，不会造成永磁体的不可逆去磁。电励磁磁路磁阻小，具有励磁调节响应快、电枢反应弱的特点。

5，励磁绕组采用高效水冷冷却技术，大大提高了励磁绕组通流能力，进而增加电励磁磁场的磁势，励磁效率高，功率密度高。

6，可以根据实际应用需求，灵活设计永磁部分和电励磁部分的长度比例，从而可以有效调节电机恒转矩/恒功率运行范围，或者是发电运行时的端电压变化范围。

附图说明

图1是本发明一个实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明一个实施例的转子结构示意图；

图3是本发明一个实施例端盖的结构示意图。

各附图标记为：1—永磁定子，2—电励磁定子，3—隔磁板，4—电枢绕组，5—永磁磁极，6—电励磁磁极，7—固定辅件，8—转轴，9—非驱动端端盖，10—驱动端端盖，11—励磁绕组，12—励磁铁芯，13—励磁冷却管路，14—机壳，15—电机冷却管路。

具体实施方式

为进一步说明本发明的目的和技术方案，下面将结合附图的具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。

本发明在综合考虑永磁电机和电励磁电机的各自优缺点和结构特点的基础上，通过合理优化设计，创新性的提出一种新型混合励磁电机及其结构，省去传统混合励磁电机励磁所需的滑环和电刷，同时解决了永磁磁路和电励磁磁路的交叉耦合问题，实现永磁和电励磁部分的解耦控制，降低电励磁部分气隙磁密谐波含量，可有效实现电机磁场调节，从而可以有效调节电机恒转矩/恒功率运行范围，或者是发电运行时的端电压变化范围，电机运行稳定可靠。

如图1所示，本发明提供的一种混合励磁型电机，由定子、转子、端盖、励磁绕组11以及机壳14组成。本实施例中的端盖可分为驱动端端盖10和非驱动端端盖9。机壳14是由钢板拼焊框架结构后再加工，用于固定定子铁芯和端盖。

如图2所示，本实施例中，该混合励磁型电机的定子由定子铁芯和电枢绕组4组成，其中定子铁芯由永磁定子1、电励磁定子2以及起磁路隔离解耦作用的一定厚度的隔磁板3组成，永磁定子1、电励磁定子2和隔磁板3通过设置在铁芯轭部的扣片焊接拉紧成一体，用于电枢绕组4的放置。混合励磁型电机的转子由永磁磁极5、电励磁磁极6、转轴8、转子支架及固定辅件7组成。永磁定子1和电励磁定子2冲片结构尺寸相同，由相同牌号的硅钢片叠压而成。

如图2所示，本实施例中，该混合电机转子的永磁磁极5和电励磁磁极6的极对数相同，极性在空间上分布相同或反向。永磁磁极5为表贴式磁极结构，也可根据需求设计成内置式磁极结构或海尔贝克式磁极结构；电励磁磁极6为凸极结构，电励磁磁极6和导磁环和励磁铁芯12是由SMC或其他有空间导磁能力的导磁材料构成。隔磁板3及焊料，均需采用铜、不锈钢等不导磁材料。

永磁磁极5通过固定辅件7固定在转子支架上；电励磁磁极6是由电励磁N极磁极、电励磁S极磁极和导磁环拼焊成一整体，通过键槽连接方式固定在转轴8上。其中永磁磁极5和电励磁磁极6为并列布置的径向式结构，磁极轴向布置于转子支架上，在空间上与对应的定子位置对齐，永磁磁场和电励磁磁场为并列式，共同形成气隙磁场，但二者之间磁路完全隔离，磁场无相互耦合；永磁磁极5和励磁绕组11产生的磁场为并列式，共同形成气隙磁场，但二者之间磁路完全隔离，磁场无相互耦合。当转子旋转后，永磁磁场和电励磁磁场将在电枢绕组4中产生反电势，由于永磁定子1和电励磁定子2共用一套电枢绕组4，电枢绕组4为交流绕组，经变频器控制后可产生与转子极对数相同的同步旋转磁场，反电势可以高效叠加，永磁反电势和电励磁反电势相位相同（电励磁磁场与永磁磁场极性相同，电励磁磁场起增磁作用）或反向（电励磁磁场与永磁磁场极性相反，电励磁磁场起去磁作用）。

励磁磁场经过导磁环和电励磁磁极6的调节，转变为与永磁磁极5极对数相同的旋转径向磁场，磁场转变过程无需采用传统电励磁电机所需的滑环和电刷，可靠性更高。可采用调整内外层绕组匝数和空间相对位置、导磁环及电励磁磁极6结构尺寸、优化电励磁磁极6极靴形状等方法，降低磁密谐波含量，提高磁密正弦度。

如图3所示，本实施例中，励磁绕组11为直流励磁绕组11，与励磁铁芯12为双层同心环形拓扑结构，与励磁冷却管路13安装于非驱动端端盖9内侧固定不动，通入直流电后可产生大小和极性可调节的励磁磁场。由于励磁绕组11通电不需要滑环和电刷，电机运行可靠；同时励磁绕组11采用高效水冷冷却技术，可以通入更大的电流，以增加电励磁磁场的磁势，励磁效率高，功率密度高。

所述的励磁绕组11可采用自然冷却，也可以采用水冷冷却，冷却水路布置在对应安装侧端盖内壁。所述的电机冷却水道15可以集成在机壳14内，也可以将电机冷却管路15埋焊于定子铁芯轭部冷却槽内。

本发明是由永磁磁极和直流励磁绕组11共同提供磁势，产生可调节的气隙磁场，进而在电枢绕组4中感应出可控的反电势；由永磁磁极5和电励磁磁极6共同产生可调节的气隙磁场，二者为并列式，磁路相互隔离互不耦合，产生的反电势可以高效叠加；由于永磁磁路和电励磁磁路相互隔离，电励磁磁场的磁路不会通过永磁体，因此没有永磁体不可去磁风险，电励磁磁场磁阻小，具有励磁调节响应快、励磁效率高等优点。

本实施例中，可根据实际应用需求，合理设计该混合励磁电机的永磁部分和电励磁部分的铁芯长度、以及励磁绕组11磁势及电励磁磁路，从而可以有效调节电机恒转矩/恒功率运行范围，或者是发电运行时的端电压变化范围。

本领域的技术人员容易解读，以上所述仅为本发明的较佳使用案例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种混合励磁型电机，其特征在于：包括定子、转子、端盖、直流励磁绕组（11）以及固定定子和端盖的机壳（14），所述的机壳（14）是由钢板拼焊框架结构后加工而成，所述的励磁绕组（11）采用自然冷却或冷却水道冷却，所述的定子由定子铁芯和电枢绕组（4）组成，所述的定子铁芯由永磁定子（1）、电励磁定子（2）以及起磁路隔离解耦作用的隔磁板（3）组成，所述的永磁定子（1）和电励磁定子（2）共用一套电枢绕组（4），所述的电枢绕组（4）为交流绕组，产生与转子极对数相同的同步旋转磁场，永磁定子（1）和电励磁定子（2）冲片结构尺寸相同，由相同牌号的硅钢片叠压而成，永磁定子（1）、电励磁定子（2）和隔磁板（3）焊接成一体以放置电枢绕组（4）；所述的转子由转轴（8）、通过固定辅件（7）安装在转轴（8）上的永磁磁极（5）以及直接安装在转轴（8）上的电励磁磁极（6）组成，所述的电励磁磁极（6）由电励磁N极磁极、电励磁S极磁极和导磁环拼焊成一整体，通过键槽连接方式固定在转轴（8）上；永磁磁极（5）和电励磁磁极（6）并列布置，极对数相同，极性在空间上分布相同或反向，永磁磁极（5）为表贴式、内置式或海尔贝克式磁极，所述的固定辅件（7）通过转子支架以键槽连接方式固定在转轴（8）上；所述的端盖包括驱动端端盖（10）和非驱动端端盖（9），励磁绕组（11）外设置有励磁铁芯（12），励磁绕组（11）和励磁铁芯（12）为双层同心环形拓扑结构，集成安装于驱动端端盖（10）或非驱动端端盖（9）一侧的端盖内壁，固定于端盖内侧轴承室位置，所述的电励磁磁极（6）、导磁环和励磁铁芯（12）由SMC材料构成，所述的隔磁板（3）为铜或不锈钢材料，所述的冷却水道包括安装于非驱动端端盖（9）的励磁冷却管路（13）和埋焊于定子铁芯轭部的电机冷却管路（15）。

Images