[實用新型]基于雙凸極結構的磁路混合勵磁電機

無效

• 申請號: 201120189741.0
• 申請日: 2011-06-08
• 公開（公告）號: CN202103556U
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 易龍芳;顧菊平;茅靖峰;華亮;吳曉新
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02K29/00
• 分類號: H02K29/00;H02K1/17;H02K3/46;H02K1/14;H02K1/24
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本實用新型涉及無刷直流電機制造的技術領域，是一種基于雙凸極結構的磁路混合勵磁電機。

背景技術

隨著新材料新技術的突破，特別是高性能永磁材料的出現，電子技術、電力電子技術的發展，現代控制理論的應用，電機及其驅動技術得到了迅猛的發展，先后出現了永磁電機、無刷直流電機、雙凸極電機等多種結構的電機。這些電機采用了永磁材料勵磁代替傳統的電流勵磁，具有功率密度高、電動機體積和重量小、結構簡單以及效率高等優點。且因為采用永久磁鋼勵磁，可以方便地實現無刷化設計，沒有勵磁損耗，因此功率因數高于其它電勵磁電機。研究表明，永磁電機在功率密度、轉矩慣性比和效率方面都超過了傳統的直流電機和異步電機。

然而隨著應用領域的不斷擴大，人們發現永磁無刷電機恒定的磁場限制了其使用范圍，比如在高速機床主軸驅動以及電動汽車的驅動中，都要求驅動系統既要在低速時有大力矩，又要在輕負載時有足夠的高速度，傳統的直流電機的解決方案是將系統的基速設計得較低以滿足低速大力矩的要求（恒轉矩調速)，?輕載時的高速度則通過弱磁升速來達到（恒功率調速)，但永磁無刷電機的弱磁升速有一定困難，盡管可以通過矢量控制的坐標變換與交直軸分解來增加定子電流的勵磁分量達到部分目的，但效果并不理想，主要原因是由于轉子上的永磁體對于外加磁勢的磁導率很小，去磁效應并不明顯，這種方法反而使定子電流與損耗大大增加、對控制器的容量要求更高。因此，近幾年來，人們越來越多的把目光投向混合勵磁電機的發展。通常來說，混合勵磁電機至少存在兩個磁勢源，電機氣隙磁場的主要部分由永磁磁鐵建立，而轉速（或電壓）調節所需的磁場變化部分靠輔助的電勵磁繞組來實現。與永磁電機比較，它具有調整氣隙磁場的能力；與同步電機相比，具有較小的電樞反應電抗。它綜合了永磁電機高效率、高功率因數和電勵磁電機調節磁場方便的優點，同時又克服了兩者各自的缺陷，有極大的推廣應用價值。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種結構合理，雙凸極永磁電機平滑調速方便的基于雙凸極結構的磁路混合勵磁電機。

本實用新型的技術解決方案是：

一種基于雙凸極結構的磁路混合勵磁電機，電機的定子和轉子均為凸極結構，由釹鐵硼永磁體和勵磁繞組共同提供氣隙磁場，其特征是：永磁體、電勵磁繞組、電樞繞組均位于定子上，轉子呈無繞組、無永磁體的形式，永磁體貫穿整個電機的軸向長度，且N-N極相對、S-S極相對，勵磁繞組安裝在電機兩端的端蓋側；電樞繞組為集中繞組，安裝在定子齒上；電機的定子和轉子均采用雙層軛部結構，定子外軛在電機外殼的內側，定子內軛位于定子外軛部的內側，在定子內軛上設有定子齒；轉子內軛緊套在轉軸外，轉子內軛外面包有轉子外軛，在轉子外軛上設有轉子齒，用來軸向導磁的定子外軛和轉子內軛為環形柱體結構；用來徑向導磁的定子內軛和轉子外軛由硅鋼片沖壓疊制而成；由定子外軛和定子內軛構成的定子軛部被永磁體分隔成均等的幾部分；電機兩端的定子側面安裝有側面導磁鋼板，側面導磁鋼板的數量與永磁體的數量相同，且為偶數，該側面導磁鋼板靠轉軸的一端與轉子內軛之間留有軸向氣隙，在該側面導磁鋼板的外圓靠定子外軛的部分設有磁極極靴，軸向勵磁線圈位于側面導磁鋼板的外側。

電機定子齒的數目多于轉子齒的數目，定子齒寬度為定子齒距的一半；轉子齒寬大于定子齒寬；定子齒和轉子齒之間的氣隙厚度為0.3-0.5mm。

本電機具有雙凸極永磁電機結構合理，簡單可靠、免維護、轉子上無繞組、效率高等一系列優點，同時對雙凸極永磁電機的結構和運行原理上都作了一定的改進，有效解決了雙凸極永磁電機磁場難以調節的問題。

本電機作為電動機運行時：電機起動或低速運行時通過施加正向勵磁電流，產生磁場與永磁磁場方向一致，實現助磁運行，獲得較大的電磁轉矩，滿足電動汽車等場合需頻繁快速起動或爬坡等運行要求；電機高速運行時，施加反向勵磁電流，實現電機的弱磁控制，提高電機的運行速度；同時在原永磁電機恒功率調速范圍內，可以使勵磁電流為零，獲得較高的運行效率。

本電機作為發電機運行時，通常以永磁磁場勵磁，獲得較高的效率輸出；調節勵磁電流的大小和方向，就可以調節氣隙磁場的強弱，從而調節發電機端電壓；但當發電機故障時，可以通過迅速通入反向勵磁電流，使氣隙內的磁場減弱實現快速滅磁，可以有效減小對發電機以及對電力系統的影響。

為了減小軸向磁路的磁阻，以便采用較小的勵磁磁動勢獲得想要的磁場調節效果，定子和轉子軛部都采用了電工純鐵來軸向導磁；同時為使電機結構更緊湊，勵磁線圈采用極靴形式，節省了電機內的空間，以確保電機內有足夠的空間安裝勵磁線圈，勵磁繞組為集中繞組。