CN209488421U

CN209488421U - 一种混合励磁同步电机

Info

Publication number: CN209488421U
Application number: CN201821634165.4U
Authority: CN
Inventors: 朱正佳
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2028-10-09

Abstract

本实用新型提供了一种混合励磁同步电机，该混合励磁同步电机包括：壳体，设置在壳体内的转轴，以及电动机结构；电动机结构包括：与壳体固定连接的第一定子铁芯，缠绕在第一转子铁芯的第一定子电驱绕组，与转轴连接的第一转子铁芯，与第一转子铁芯连接的第一永磁体，以及环绕第一永磁体的第一转子绕组；还包括用于产生影响壳体内气息磁场的电励磁磁通的发电机结构。上述技术方案中，电动机结构与发电机结构分别产生永磁励磁磁通与电励磁磁通，两者通过有机结合后共同影响电机内部的气隙磁场，通过改变励磁电流的大小和方向可以实现气隙磁场的灵活调节；励磁用发电机结构有效代替了旋转整流器的功能，使得发电机结构无需整流环节便可输出直流电压。

Description

一种混合励磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及到空调技术领域，尤其涉及到一种混合励磁同步电机。

背景技术

HESM是在电励磁电机与永磁同步电机(PMSM)的结构与理论基础上，通过改变电机内部的拓扑结构让永磁体和励磁绕组共同产生主磁场，从而达到电机气隙磁场可调、调速范围变宽、低速转矩输出变大、电机效率与功率密度增大等目的一类新型电机，其应用前景十分广阔。

近年来，国内外学者对于HESM的结构进行了大量的研究。根据HESM永磁体的放置位置，可将HESM分为两大类——励磁绕组在定子上或励磁绕组在转子上的HESM。其中，励磁绕组在定子上的HESM，励磁绕组安装在定子中间开槽的圆周方向，不需要滑环和电刷，但是该结构下磁力线要经过较长的气隙才能进入铁芯极，且有相当部分的磁力线要穿过定子矽钢片叠片，导致电机漏磁很大；另外励磁绕组的存在使得转子有效工作长度缩短，影响定子绕组嵌线。励磁绕组在转子上的带滑环的HESM，磁阻与漏磁小，励磁效率高,容易实现电机的增磁或弱磁控制，但是该结构需要电刷与滑环，不适合高转速的应用场景，且电刷与滑环易磨损，需要不定期进行维护。

实用新型内容

本实用新型提供了一种混合励磁同步电机，用以提高励磁同步电机的调磁性能、励磁效率。

本实用新型提供了一种混合励磁同步电机，该混合励磁同步电机包括：壳体，设置在所述壳体内的转轴，以及电动机结构；其中，

所述电动机结构包括：与所述壳体固定连接的第一定子铁芯，缠绕在所述第一定子铁芯的第一定子电驱绕组，与所述转轴固定连接的第一转子铁芯，与所述第一转子铁芯固定连接的第一永磁体，以及环绕所述第一转子铁芯的第一转子绕组；

还包括用于产生影响所述壳体内气息磁场的电励磁磁通的发电机结构。

在上述技术方案中，通过发电机结构给电动机结构供电，从而实现内部供电，并且电动机结构与发电机结构分别产生永磁励磁磁通与电励磁磁通，两者通过有机结合后共同影响电机内部的气隙磁场，通过改变励磁电流的大小和方向可以实现气隙磁场的灵活调节；励磁用发电机结构有效代替了旋转整流器的功能，使得发电机结构无需整流环节便可输出直流电压。

其中的发电机结构包括：与所述壳体固定连接的第二定子铁芯，缠绕在所述第二定子铁芯的第二定子电驱绕组，与所述转轴固定连接的第二转子铁芯，环绕所述第二转子铁芯的第二转子绕组。

在具体设置发电机结构时，所述壳体内固定设置有电机机座；所述第二定子铁芯固定设置在所述电机机座上。方便了第二定子铁芯的固定。

在具体设置发电机结构时，所述第一转子铁芯上设置有缺口，所述第一永磁体镶嵌在所述缺口内。

在具体设置转轴时，所述转轴通过轴承与所述壳体转动连接。降低了壳体与转轴之间的摩擦力。

对于其中的转轴，所述转轴为阶梯轴；其中，所述第一转子铁芯及所述第二转子铁芯分别位于所述转轴的阶梯面的两侧。方便了发电机结构及电动机结构的安装。

此外，所述转轴上远离输出端的一端设置有风叶，所述风叶位于所述壳体内，且所述壳体上设置有与所述风叶对应的风罩。便于整个装置的散热。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的混合励磁同步电机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的发电机的转子的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电动机结构的转子的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的不同频率下发电机结构发电电压与滑差关系；

图5为本实用新型实施例提供的增磁效果曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先参考图1，本实用新型实施例提供了一种混合励磁同步电机，其中，该混合励磁同步电机主要包括两部分，分别为电动机结构及发电机结构。

为了方便理解，下面结合附图1对其结构进行详细描述。在具体设置电动机结构及发电机结构时，通过设置的壳体来容纳的，该壳体可以采用不同的结构，既可以采用一体结构，又可以采用多部分拼接的结构，如图1中所示，图1中示出了拼接结构的一种示例，该壳体包括机座9，该机座9为一个直筒型的筒体，其两端开口，还包括封堵一端开口的端盖4，以及与机座9另一端连接风罩18，其中，风罩18内设置了与机座9固定连接的电机机座12；其中，该机座9用于容纳电动机结构，而电机机座12用于容纳发电机结构，而风罩18内设置了风叶17，以给整个装置进行散热。

在具体设置时，该发电机结构及电动机结构采用共轴设置，并且在壳体内设置了一个转轴1，该转轴1与壳体转动连接。在壳体采用分体结构时，如图1中所示，穿设在壳体内，并部分露出，该露出的一端为输出端。在转轴1与壳体连接时，该转轴1一端与端盖4转动连接，另一端与电机机座12转动连接，并且该转轴1通过轴承3分别与端盖4及电机机座12转动连接。继续参考图1，在端盖4上扣合了轴承盖2以及轴承内盖5，轴承3位于该轴承盖2及轴承内盖5中，同时，在电机机座12上也分别扣合了轴承内盖15，轴承16位于该轴承内盖15中，转轴1通过两个轴承3、16分别与上述的端盖4以及电机机座12转动连接，以降低转轴1在转动时的摩擦力。

此外，该转轴1可以采用不同的结构，既可以采用阶梯轴也可以采用通轴。具体的，可以根据实际情况选择，较佳的，在本实用新型中采用阶梯轴，并且在设置时，电动机结构及发电机结构分别位于阶梯轴的阶梯面的两侧。

在介绍完上述支撑发电机结构及电动机结构后，下面结合上述支撑结构详细说明本实用新型实施例提供的发电机结构及电动机结构。

在本实用新型实施例中，为了去掉励磁绕组的电刷与滑环，将励磁绕组的供电由外部供电改为内部供电，特别在电机同轴方向装了一个小型发电机，这种结构的电机由电动机结构和发电机结构两大部分组成；其中，电动机结构主要由以下结构组成：

第一定子铁芯7以及第一转子铁芯10；其中，第一定子铁芯7与壳体固定连接，具体如图1中所示，该第一定子铁芯7与壳体中的机座9固定连接，并环绕上述的转轴1设置。此外，该定子铁芯上缠绕了第一定子电驱绕组6。第一转子铁芯10固定在转轴1上，具体的，该第一转子铁芯10绕环绕转轴1设置并与转轴1固定连接。并且该第一转子铁芯10上固定连接了第一永磁体8，如图3中所示，第一转子铁芯10上设置有缺口，第一永磁体8镶嵌在缺口内。应当理解的是，图3仅仅示出了一种具体的第一转子铁芯10与第一永磁体8的连接方式，本实用新型实施例提供的电动机结构还可以采用其他的第一永磁体8与第一转子铁芯10的连接方式。此外，该第一转子铁芯10还缠绕了第一转子绕组11。

而设置的发电机部分用于产生影响壳体内气息磁场的电励磁磁通。其主体结构主要包括：与壳体固定连接的第二定子铁芯13，如图1及图2中所示，在具体固定第二定子铁芯13时，该第二定子铁芯13固定在了电机机座12上，从而方便了发电机结构的安装。此外，还包括缠绕在第二定子铁芯13的第二定子电驱绕组14，以及转轴1固定连接的第二转子铁芯20，在具体设置第一转子铁芯10及第二转子铁芯20时，该第一转子铁芯10及第二转子铁芯20分别位于转轴1的阶梯面的两侧。此外，该电动机结构还包括环绕第二转子铁芯20的第二转子绕组19。应当理解的是，上述的结构仅仅为一种示例的发电机结构，本实用新型实施例提供的电动机结构还可以采用其他的能发电的结构。

上述中的定子第一定子电驱绕组6为三相交流主绕组，用于实现与电动机结构中的转子间的机电能量转换；而设置的第一永磁体8与第二转子绕组19别产生永磁励磁磁通与电励磁磁通，两者通过有机结合后共同影响电机内部的气隙磁场，通过改变励磁电流的大小和方向可以实现气隙磁场的灵活调节；励磁用发电机部分有效代替了旋转整流器的功能，使得第二转子绕组19无需整流环节便可输出直流电压。

对于上述中的发电机结构，中的，转子感应电动势由E＝4.44sf_1LN₂KNΦ₂来决定，式中：s——发电机结构的转差率；f_1L——发电机结构的定子电源频率；N₂——第二转子绕组19串联匝数；KN——绕组系数；Φ₂——气隙磁通量。由上式可以分析出，通过改变发电机结构的定子旋转磁场频率可改变滑差s，获得较高的发电机结构的输出电压；在输出相同电压的前提下，利用大转差率可使发电机结构的第二转子绕组19匝数减少，从而缩短发电机结构的体积和重量；改变发电机结构的第二转子绕组19中电流的方向，可使电动机结构工作在增磁或弱磁状态；而电动机结构采用交流供电的定子，可以通过控制定子磁场与转子磁场的滑差来控制励磁电流，低速时也可以产生较高的励磁电流。

转子感应电动势E＝4.44sf_1LN₂KNΦ₂,而定子电压式中N1表示定子每项绕组的匝数，可以推导出定子给定电压与转子感应电动势的关系如下：基于这一原理，第二定子电驱绕组14采用三相交流绕组，而第二转子绕组19采用单相绕组，使转子感应电压模型满足下述条件：每项导通180°电角度，每项错开120°电角度，并以60°电角度升压和降压，其合成感应电动势即为稳定的直流。

电动机结构中，第一定子铁芯7采用高磁密的矽钢片，在磁极中间设置第一永磁体8，磁极下的凸极处绕第一定子电驱绕组6，励磁电流由与转子同轴转动的发电机的第二转子绕组19产生的感应电动势提供。控制磁极中的第一永磁体8与第一定子铁芯7之间的间隙、改变含有第一永磁体8的磁极在径向方向的位置，可控制永磁体漏磁的大小。

为了方便理解本实用新型实施例提供的混合励磁同步电机，对其进行了发电机结构的发电实验与电动机结构的励磁实验。其中，图4所示为电动机结构的定子磁场为不同频率时，发电机结构的定子磁场频率与发电电压关系曲线，可以看出无论频率是超前还是滞后，电动机结构的发电电压与滑差成正比；另外，用一台普通电机拖动本实用新型实施例提供的混合励磁同步电机，使电动机结构工作在发电状态，同时给转子增磁和弱磁，在同一转速不同励磁电流的条件下测量发电电压，以观察电动机电励磁的效果，增磁效果曲线如图5所示。可以看出，该结构的HESM增磁、励磁效果十分显著，在同一转速下，发电电压幅值与励磁电流成线性关系。额定转速(2500r/min)/0A励磁电流时的发电电压为185V，额定转速/额定励磁电流16A时的发电电压可达382V。

综上，该结构下的HESM综合了PMSM效率高和电励磁电机气隙磁通可调的优点，励磁漏磁小，而且能在不停机的前提下实现增磁和弱磁的平滑切换，能满足低速大转矩和宽调速范围场合的需求。

此外，为了提高整个装置的散热效果，该转轴1上远离输出端的一端设置有风叶17，风叶17位于壳体内，具体的，位于壳体的风罩18内，以便于整个装置的散热。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种混合励磁同步电机，其特征在于，包括：壳体，设置在所述壳体内的转轴，以及电动机结构；其中，

2.如权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述发电机结构包括：与所述壳体固定连接的第二定子铁芯，缠绕在所述第二定子铁芯的第二定子电驱绕组，与所述转轴固定连接的第二转子铁芯，环绕所述第二转子铁芯的第二转子绕组。

3.如权利要求2所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述壳体内固定设置有电机机座；所述第二定子铁芯固定设置在所述电机机座上。

4.如权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述第一转子铁芯上设置有缺口，所述第一永磁体镶嵌在所述缺口内。

5.如权利要求1所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述转轴通过轴承与所述壳体转动连接。

6.如权利要求2或3所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述转轴为阶梯轴；其中，

所述第一转子铁芯及所述第二转子铁芯分别位于所述转轴的阶梯面的两侧。

7.如权利要求6所述的混合励磁同步电机，其特征在于，所述转轴上远离输出端的一端设置有风叶，所述风叶位于所述壳体内，且所述壳体上设置有与所述风叶对应的风罩。