[發明專利]混合勵磁磁通切換型電機

無效

• 申請號: 200810023819.4
• 申請日: 2008-04-16
• 公開（公告）號: CN101262160A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 許澤剛;謝少軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K29/00
• 分類號: H02K29/00;H02K1/17;H02K1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

一、技術領域

本發明涉及一種混合勵磁磁通切換型電機。

二、背景技術

所謂磁通切換電機，是指隨著轉子位置的變化，激磁磁通切換其路徑，使得定子繞組內磁鏈的大小和方向均發生變化，從而產生交變的電勢。磁通切換型電機定轉子鐵心都為雙凸極結構，轉子上既無永磁體又無繞組，體積小、重量輕、工作可靠、適合高速運行、冷卻方便，具有高功率密度以及較高的效率。

法國學者E.Hoang在1997年的EPE會議上，首先提出了三相12/10結構的永磁式磁通切換型電機，定子為“U”形導磁鐵心，中間嵌入切向交替充磁的永磁體。其后東南大學程明教授領導的課題組提出了兩相8/6結構的永磁式磁通切換型電機，英國Leicester大學和Sheffield大學分別對單相8/4結構與4/2結構的永磁式磁通切換型電機進行了研究。永磁式磁通切換型電機不存在勵磁損耗，轉子上沒有永磁體和繞組，因此結構簡單、效率高，工作可靠。由于采用永磁體勵磁方式無法直接改變磁場強度，作為發電機時存在電壓調整率較大和故障滅磁困難，作為電動機時難以實現弱磁升速，恒功率運行范圍窄。

1999年英國Leicester大學C.Pollock教授借鑒整距繞組感應電機和兩相開關磁阻電機，提出了兩相電勵磁磁通切換型電機。凸極轉子上沒有永磁體和繞組，定子槽中一半放置電流極性不變的勵磁繞組，另外一半放置電樞繞組，勵磁繞組和電樞繞組均跨越2個定子齒，勵磁繞組可以采用與電樞繞組串聯或并聯的方式。Leicester大學還通過Simulink仿真驗證了發電機在變速運行時，可以實現高功率因數下的直流恒壓輸出。電勵磁磁通切換型電機通過改變勵磁繞組電流，可以方便地調節氣隙磁場強度從而實現寬范圍調壓，而且斷開勵磁電路可以滅磁，實現電機系統故障保護，但勵磁損耗的存在使得系統效率相對較低，難以實現高功率密度。

為了綜合永磁勵磁與電勵磁磁通切換型電機的優點，法國學者E.Hoang于07年推出了混合勵磁式磁通切換型電機。與其提出的永磁式磁通切換型電機相比，在永磁體端部增加了勵磁繞組，通過控制勵磁電流的大小和方向調節氣隙磁密，對永磁磁場起到增磁或去磁的作用。由于同時存在兩個磁勢源，兩者磁通路徑相互耦合、相互影響。該電機存在兩方面的問題：(1)永磁磁通經過勵磁線圈端部的定子鐵芯構成回路，降低了永磁體的利用率；(2)隨著勵磁電流增加，當電磁磁力線與永磁體磁化方向一致時，勵磁線圈端部的定子鐵芯中磁飽和加劇，鐵損和漏磁相應上升。

三、發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種轉子無永磁體和繞組、結構簡單、轉速運行范圍寬，功率密度和轉換效率高的單相混合勵磁磁通切換型電機。

一種混合勵磁磁通切換型電機，包括殼體、永磁磁通切換型電機、電勵磁磁通切換型電機，永磁磁通切換型電機與電勵磁磁通切換型電機共轉軸，兩段定子沿轉軸的軸線方向固定在殼體內，分別置于兩段定子內的永磁段轉子與電勵磁段轉子均安裝在同一轉軸上，其特征在于：永磁段定子與電勵磁段定子的齒數相同，永磁段轉子與電勵磁段轉子齒數相同，且兩部分電機的定子齒數均為轉子齒數的2倍，永磁段電樞繞組與電勵磁段電樞繞組串聯連接，永磁段定子上安置有永磁體，電勵磁段定子上設有勵磁繞組，兩部分電機的轉子上既無永磁體也無繞組。

本發明的混合勵磁磁通切換型電機具有如下特點：

(1)結合了永磁式磁通切換型電機效率高和電勵磁磁通切換型電機氣隙磁密可調的優點；

(2)混合勵磁電機的部分勵磁磁場由永磁體產生，電勵磁部分功率比電勵磁電機小，因此具有較小的勵磁時間常數，提高了電機的瞬態響應性能；

(3)轉子為凸極結構，沒有永磁體和繞組，可以用于高速運行；

(4)根據應用場合，通過電機結構的優化設計，確定永磁段與電勵磁段部分鐵心長度的比例，以使電機的性能達到最優；

(5)不存在軸向磁路和附加氣隙，電勵磁效率高；

(6)勵磁電流可以雙向控制，可適應寬的運行速度要求；

四、附圖說明

圖1是混合勵磁磁通切換型電機結構示意圖，其中圖(a)為整體結構示意圖，圖(b)為8/4結構混合勵磁磁通切換型電機的永磁磁通切換型電機結構示意圖，圖(c)為8/4結構混合勵磁磁通切換型電機的電勵磁磁通切換型電機結構示意圖。

圖中標號名稱：1.殼體，2.永磁段定子，3.永磁段電樞繞組，4.勵磁繞組，5.永磁體，6.電勵磁段轉子，7.轉軸，8.電勵磁段電樞繞組，9.電勵磁段定子，10.永磁段轉子。

五、具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述：