CN1808846A - 双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机 - Google Patents

双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机。它包括一个转子和置于转子两侧的左右两个定子，转子的磁极由隔磁区分割成内外两圈，外圈为铁芯极，内圈为极性交替的永磁体；两个定子铁芯的外齿的内侧安装磁场控制绕组，而电枢主绕组环绕内、外齿安装。本发明通过改变磁场控制绕组中的电流幅值和方向来调节电机气隙总磁通大小，达到改变感应电势大小的目的。

Description

双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，特别是一种双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机。
背景技术
进入二十世纪九十年代后，轴向磁场永磁电机以其高效率、高密度、低热负荷等优点已引起了人们的关注与兴趣，并被应用于汽车发电机和电动车辆用车轮电机等领域。但是，轴向磁场永磁电机磁场基本恒定，一般又都是表面式结构，交、直轴的电抗基本相等，在电机高速运行时，很难对磁场进行弱磁控制。使得该电机在作电动机运行时恒功率调速范围小，作发电机运行时，随着电机转速的变化难以恒压发电。轴向磁场永磁电机磁场不可调节的缺点，已成为该电机进一步发展的瓶颈。为追求电机高效率、高密度、低热负和磁场可控的效果，本发明专利提出一种双馈电混合励磁轴向永磁电机。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种可以简单、灵活、经济地调节电机气隙磁场，改变线圈感应电势，并且能够避免永磁体产生不可逆去磁的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机。
为实现上述目的，本发明的主要技术构思是：在双定子，单转子的轴向电机中，增加两套磁场控制绕组，分别安装在左、右两个定子铁芯的外齿的内侧，如图3所示。通过改变磁场控制绕组中的电流幅值和方向，来调节电机气隙总磁通大小，达到改变感应电势大小的目的。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，包括一个转子和置于转子两侧的左右两个定子，其特征在于转子的磁极由隔磁区分割成内外两圈，外圈为铁芯极，内圈为极性交替的永磁体；两个定子铁芯的外齿的内侧安装磁场控制绕组，而电枢主绕组环绕内、外齿安装。
上述的转子的结构是：一个固定于转轴上的不锈钢框架内排列两圈梯形孔，内圈孔中嵌入所述的极性交替的永磁体，外圈孔内嵌入铁磁性材料，成为所述的铁芯极，内、外两圈中间即为所述的隔磁区。
上述的转子的永磁体和铁芯极的个数与电机的极数相等。
上述的两个定子的结构是：定子的齿在与转子隔磁区对应的位置有一个辅助槽，将定子齿分割成内、外齿，所述的磁场控制绕组通过定子径向槽、辅助槽和定子外圆侧空间绕制，所述的电枢主绕组环绕内、外齿绕在定子的每个齿上。
工作原理是：
电枢主绕组中通入相应幅值与相位的多相交流电流，用于产生电机所需的交轴(q轴)分量电流，控制电机转矩的大小；而在磁场控制绕组中通入相应幅值与相位的多相交流电流，以产生所需的直轴(d轴)电流，控制励磁磁场的大小。由于永磁材料的磁导率几乎与空气相同，铁芯极的磁阻比永磁极的小得多，所以，磁场控制绕组产生的磁通主要通过铁芯极、气隙及定子铁芯形成回路。改变磁场控制绕组电流的幅值和方向，可以有效控制铁芯极磁场的大小和方向。另外，电枢主绕组同时匝链永磁极磁通和铁芯极磁通，当铁芯极磁通改变后，会引起气隙平均磁密的变化，同时也改变了电枢主绕组内感应电势的大小。
设计时可以按需要调节永磁体磁通与铁芯极磁通的幅值之比，总磁通可以方便地在最小值(永磁体磁通与铁芯极磁通的幅值之差)和最大值(永磁体磁通与铁芯极磁通的幅值之和)间实现调节。铁芯极磁通的幅值设计成等于永磁体磁通时，理论上总磁通最小值可为零。
本发明与现有技术相比较，其有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本专利提出的磁场调节方法由于磁场方向双向可调，幅值变化范围广。
2.本专利提出的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机的磁场调节原理和调节性能完全同直流电机，可方便地实现电枢电流(交轴)和磁通(直轴)的解耦调节。
3.由于磁场控制绕组产生的磁通通过铁芯极、气隙和定子铁芯形成回路，不会对永磁体产生退磁的危害，提高了电机的可靠性。
4.左右两边的定子平面铁芯磁轭，不仅便于电机铁芯与绕组的冷却，而且可获得最大的散热面，尤其适用于车轮电机；另一方面，平面冷却结构便于实施电子功率模块与电机一体化冷却结构。
附图说明
图1是双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机结构示意图。
图2是双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机转子结构示意图。
图3是双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机定子结构局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机的具体实施方式作进一步详细说明：
1.转子不锈钢框架11挖有多个梯形孔，形成内、外两圈孔，内圈孔交错嵌入极入极性相反的永磁体12，外圈孔嵌入铁芯极13，铁芯极13与永磁极12的个数与电机极数相等，内、外两圈孔之间的不锈钢为隔磁区15，以减少永磁体12与铁芯极13之间的漏磁，具体如图2所示。
2.左右两个定子3、7在与转子隔磁区15对应的位置分别有一个辅助槽14，槽的径向宽度与隔磁区15一致，深度与定子槽一样。辅助槽14将定子槽分割成内、外侧槽，它们均为等宽槽，但槽宽不同，内侧槽的宽度由电枢主绕组4、8的匝数与线径决定；外侧槽的宽度由磁场控制绕组5、9和电枢主绕组4、8的匝数与线径共同决定。跨距为1的电枢主绕组4、8环绕内、外齿绕在定子的每个齿上。跨距为1的磁场控制绕组5、9则通过定子槽、辅助槽14和定子铁芯外圆侧绕制形成，具体如图3所示。
3.当电机不需要助磁或去磁时，磁场控制绕组5、9毋需通入电流，此时电机中只有永磁体12产生磁通，磁通路径为：转子永磁极12→右气隙→右定子7的齿与轭部→右气隙→相邻的转子永磁极12→左气隙→左定子3的齿与轭部→左气隙→转子永磁极12形成回路。
4.当电机需要助磁时，磁场控制绕组5、9通入某一相位的电流，保证产生的铁芯极磁通与同一极下永磁体12产生的磁通方向相同，电流幅值由需增加的磁通量决定。直流励磁磁场的路径为：铁芯极13→右气隙→右定子7的齿与轭部→右气隙→相邻的铁芯极13→左气隙→左定子3的齿与轭部→左气隙→铁芯极13形成回路。此时，总磁通是永磁体12磁通和铁芯极13磁通幅值之和。
5.当电机需要去磁时，通入上述4相反方向的电流即可。总磁通为永磁体12磁通和铁芯极13磁通的幅值之差。

Claims (4)

1.一种双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，包括一个转子(6)和置于转子(6)两侧的左右两个定子(3、7)，其特征在于转子(6)的磁极由隔磁区(15)分割成内外两圈，外圈为铁芯极(13)，内圈为极性交替变化的永磁体(12)；两个定子(3、7)铁芯的外齿的内侧安装磁场控制绕组(5、9)，而电枢主绕组(4、8)环绕内、外齿安装。
2.根据权利要求1所述的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，其特征在于所述的转子(6)的阿结构是：一个固定于转轴(1)上的不锈钢框架(11)内排列有两圈梯形孔，内、外两圈中间即为所述的隔磁区(15)，内圈孔内嵌入所述的极性交替变化的永磁体(12)，外圈孔内嵌入铁磁性材料，成为所述的铁芯极(13)。
3.根据权利要求1或2所述的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，其特征在于所述的转子(6)的永磁体(12)和铁芯极(13)的个数与电机的极数相等。
4.根据权利要求1或2所述的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，其特征在于所述的两个定子的结构是：定子(3、7)的齿在与转子(6)隔磁区(15)对应的位置有一个辅助槽(14)，所述的磁场控制绕组(5、9)通过定子径向槽、辅助槽(14)和定子外圆侧空间绕制，所述的电枢主绕组(4、8)环绕内、外齿绕在定子的每个齿上。
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