[實(shí)用新型]一種九相磁通切換型永磁電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320288955.2
• 申請(qǐng)日: 2013-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203312936U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 花為;李烽;程明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K1/17
• 分類號(hào): H02K1/17;H02K1/16;H02K3/28
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型是一種九相磁通切換永磁型電機(jī)，涉及多相發(fā)電或電動(dòng)技術(shù)。該電機(jī)轉(zhuǎn)矩（功率）密度高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、容錯(cuò)能力強(qiáng)，特別適用于需要低壓大功率和高可靠性的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及航空航天領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

永磁電機(jī)用永磁體提供勵(lì)磁，相比與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且省去了容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性；又無(wú)需勵(lì)磁電流，即沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了電機(jī)的效率和功率密度。磁通切換型永磁電機(jī)采用定子永磁型結(jié)構(gòu)，永磁體和電樞繞組均置于定子，定子鐵芯由“U”形導(dǎo)磁鐵芯與永磁體拼裝而成，電樞繞組采用集中式繞組線圈，端部短，電阻較小，而轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體又無(wú)繞組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性好、效率與功率密度均較高。?

磁通切換型永磁電機(jī)由于具備互補(bǔ)性繞組，可以大大減少或抵消永磁磁鏈和感應(yīng)電勢(shì)波形中的高次諧波分量，使得該電機(jī)在采用集中式電樞繞組和轉(zhuǎn)子直槽的條件下就可以獲得較高的正弦度，特別適合于交流調(diào)速的應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；而且，其電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和永磁磁場(chǎng)從磁路上說(shuō)是并聯(lián)的，具有較強(qiáng)的抗去磁能力，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)具有良好的特性，電壓調(diào)整率可以保持較低水平。?

另一方面，隨著海上風(fēng)電系統(tǒng)的功率等級(jí)不管增加，對(duì)發(fā)電機(jī)本體及其控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也提出了越來(lái)越高的要求。主要性能要求包括：發(fā)電機(jī)具有更大功率等級(jí)、可控性好、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性高、容錯(cuò)能力強(qiáng)、故障狀態(tài)下仍然能夠發(fā)出一定的電功率等。然而，傳統(tǒng)的磁通切換型永磁電機(jī)都采用三相繞組結(jié)構(gòu)，作為大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用，存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：?

（1）在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，三相結(jié)構(gòu)導(dǎo)致每相電樞繞組需承擔(dān)的功率等級(jí)很高，增加了每相繞組線圈的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)較大的電功率的輸出也會(huì)對(duì)繞組的冷卻水平提出更高的要求，增加了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與成本；?

（2）在輸出并網(wǎng)電壓相對(duì)固定的大功率應(yīng)用場(chǎng)合，三相發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的功率變換系統(tǒng)中必須選擇電流等級(jí)較大的功率器件，或者采用小電流功率器件并聯(lián)和串聯(lián)的方式，但是這會(huì)引起靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均流和均壓?jiǎn)栴}，增加功率變換器的設(shè)計(jì)難度與可靠性；?

（3）對(duì)于三相發(fā)電機(jī)，當(dāng)其中一相出現(xiàn)故障時(shí)，如要保證輸出的功率不變，則其他的兩相的要承擔(dān)的功率是正常運(yùn)行的1.5倍，這就需要繞組設(shè)計(jì)時(shí)留有較大的裕量，導(dǎo)致正常運(yùn)行時(shí)利用率較低，且當(dāng)運(yùn)行于故障狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)矩（功率）脈動(dòng)較大。?

實(shí)用新型內(nèi)容

實(shí)用新型目的：本實(shí)用新型提出了一種可運(yùn)行于大功率場(chǎng)合，且具有高轉(zhuǎn)矩（功率）密度、高可靠性、可控性強(qiáng)的九相永磁同步電機(jī)。?

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種九相磁通切換型永磁電機(jī)，該電機(jī)包括：定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸；?

定子包括定子鐵芯、若干九相對(duì)稱集中式電樞繞組和若干永磁體；?

定子鐵芯設(shè)有定子軛、自定子軛向定子鐵芯的中心方向突出的定子齒、相鄰的定子齒和定子軛共同構(gòu)成一端開(kāi)口的定子模塊，相鄰的U形定子模塊之間形成定子永磁槽，定子模塊的中空部分形成定子電樞槽；?

所述永磁體嵌入于定子永磁槽中；?

九相對(duì)稱集中式電樞繞組的各個(gè)線圈的兩個(gè)圈邊分別置于相鄰的定子電樞槽中。?

優(yōu)選的，永磁體一共有4nm塊，充磁方向都為切向，相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反，其中，n為整數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)。?

優(yōu)選的，定子電樞槽數(shù)為相數(shù)的4n倍，n為整數(shù)。?

優(yōu)選的，該電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。?

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子為直槽轉(zhuǎn)子或斜槽轉(zhuǎn)子。?

優(yōu)選的，永磁體為釹鐵硼或鐵氧體或釤鈷。?

優(yōu)選的，該電機(jī)勵(lì)磁方式為純永磁、純電勵(lì)磁、混合勵(lì)磁、在線記憶充去磁中的任一種。?

有益效果：?

（1）該實(shí)用新型提出的九相電機(jī)是滿足大功率容量要求的有效途徑。在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、航天器等應(yīng)用場(chǎng)合，電壓等級(jí)受到嚴(yán)格的限制。對(duì)于三相電機(jī)，在大功率狀態(tài)下，單相輸出電流較高，往往采用多管串、并聯(lián)的方法進(jìn)行控制，這會(huì)引起靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均流和均壓?jiǎn)栴}，增加功率變換器的設(shè)計(jì)難度與可靠性。該發(fā)電機(jī)相數(shù)較多，功率一定的情況下，每相提供的功率較小，在相對(duì)較低的電壓下相電流幅值也較小，所以用低壓器件就能實(shí)現(xiàn)大功率的需求。?