[發(fā)明專利]電樞分離型交流混合勵(lì)磁電機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710040582.X
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN106787560A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 花為;潘登;張淦;程明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K21/02
• 分類號(hào): H02K21/02
• 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: 唐紹焜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電樞分離型交流混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，屬于電機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、航空航天以及國(guó)防軍事等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)電機(jī)高可靠性和容錯(cuò)運(yùn)行能力都有苛刻要求。目前的電機(jī)結(jié)構(gòu)大多采用一套電樞繞組，當(dāng)電樞繞組產(chǎn)生故障時(shí)，有可能導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失效，引發(fā)事故。另一方面，當(dāng)產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)的電勵(lì)磁線圈發(fā)生故障或者永磁體發(fā)生不可逆退磁時(shí)，均可能使電機(jī)無法正常運(yùn)行。

而從電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩和高速恒功率運(yùn)行這兩個(gè)重要性能需求而言，往往采用永磁無刷電機(jī)，但往往難以同時(shí)兼顧這兩方面性能均滿足要求，因此通常只能采取折衷優(yōu)化方案。目前一般采用的永磁無刷電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)方式主要包括：通過矢量控制產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)間接調(diào)磁和通過直流勵(lì)磁線圈直接進(jìn)行調(diào)磁。南京航空航天大學(xué)蔡晨等的發(fā)明“一種表貼式永磁同步發(fā)電機(jī)弱磁控制方法”（專利號(hào)CN201610004364.6）、中國(guó)航天工業(yè)第六一八研究所趙小鵬等的發(fā)明“一種寬調(diào)速伺服永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)”（專利號(hào)CN201520998708.0）均采用產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)間接調(diào)磁的方案。該方案盡管可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)間接調(diào)節(jié)，但是在電樞繞組發(fā)生硬件故障或者電流控制算法軟件故障時(shí)，均可能導(dǎo)致調(diào)磁失敗，甚至引發(fā)系統(tǒng)崩潰。南京航空航天大學(xué)朱姝姝等的發(fā)明“感應(yīng)勵(lì)磁式混合勵(lì)磁無刷同步電機(jī)”（專利號(hào)CN201310084876.4）和山東大學(xué)朱常青等的發(fā)明“一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無刷同步發(fā)電機(jī)”（專利號(hào)CN201620668936.6）分別采用定子單相直流和單相交流勵(lì)磁繞組的混合勵(lì)磁方案，雖然有獨(dú)立控制的勵(lì)磁繞組，但是無法實(shí)現(xiàn)冗余電樞繞組的功能，即上述方案中的勵(lì)磁繞組只能起到勵(lì)磁功能，而無法實(shí)現(xiàn)電樞繞組功能。綜上，現(xiàn)有公開的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)方案在實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁功能的同時(shí)，都不具備電樞繞組冗余功能，存在局限性。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提出一種電樞分離型交流混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，使得從電樞分離出的多相交流勵(lì)磁繞組在無需調(diào)磁時(shí)做為冗余電樞繞組，與主電樞繞組正常運(yùn)行，而在需要增磁和弱磁時(shí)作為交流勵(lì)磁繞組使用。當(dāng)產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)的電勵(lì)磁線圈發(fā)生故障或永磁體發(fā)生不可逆退磁時(shí)，該多相繞組可以作為勵(lì)磁繞組，提供維持電機(jī)運(yùn)行的勵(lì)磁磁場(chǎng)；而在主電樞繞組故障時(shí)，該套繞組作為熱備份電樞繞組運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)故障下容錯(cuò)運(yùn)行。可見，該多相繞組最起碼存在四種功能，可根據(jù)工況靈活使用。

技術(shù)方案：

電樞分離型交流混合勵(lì)磁電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，在所述定子上設(shè)置有兩套相數(shù)相同的多相繞組，分別為電樞繞組和勵(lì)磁繞組；所述電樞繞組和勵(lì)磁繞組均為交流繞組，分別通過交流電獨(dú)立控制；所述電樞繞組和所述勵(lì)磁繞組分別沿周向排布于整個(gè)定子的圓周上，同相的所述電樞繞組線圈和勵(lì)磁繞組線圈在所述定子的定子槽內(nèi)間隔排布。

所述定子和轉(zhuǎn)子根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)置為外定子/內(nèi)轉(zhuǎn)子或者外轉(zhuǎn)子/內(nèi)定子。

所述轉(zhuǎn)子采用永磁勵(lì)磁、繞線式繞組或者既無永磁體又無繞組的凸極結(jié)構(gòu)。

所述電機(jī)主磁場(chǎng)為徑向、軸向、橫向或上述三種方向的任意組合磁場(chǎng)。

所述主磁場(chǎng)來源的永磁、電勵(lì)磁線圈位于所述定子或所述轉(zhuǎn)子上。

所述電機(jī)使用的永磁體材料為鐵氧體、釤鈷、釹鐵硼或上述三種永磁材料的組合。

所述電樞繞組和所述勵(lì)磁繞組的每相線圈數(shù)、線圈匝數(shù)及并聯(lián)支路數(shù)設(shè)置為相同或不同。

所述電樞繞組和所述勵(lì)磁繞組使用同一電源或不同電源。

所述電樞繞組和所述勵(lì)磁繞組采用集中式繞組或分布式繞組。

所述電機(jī)用于純發(fā)電、純電動(dòng)或發(fā)電-電動(dòng)組合運(yùn)行。

有益效果：由于本發(fā)明通過分離電樞繞組的方式，將一套繞組兼做交流勵(lì)磁繞組和冗余電樞繞組之用。通過勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，既可以增磁以產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又可弱磁來實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速范圍。另一方面提高了電機(jī)的容錯(cuò)能力，在電機(jī)電勵(lì)磁線圈故障或永磁發(fā)生不可逆退磁時(shí)，提供一定磁場(chǎng)使電機(jī)持續(xù)運(yùn)行或減輕故障的影響；而在電樞繞組故障時(shí)或需要增大功率時(shí)，作熱備份電樞繞組運(yùn)行。該設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在純電勵(lì)磁電機(jī)、純永磁電機(jī)以及混合勵(lì)磁電機(jī)上，在設(shè)計(jì)時(shí)具有通用性。將勵(lì)磁和電樞線圈分開控制，降低了控制的難度。

附圖說明

圖1為電樞分離型交流混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)圖（以外定子/內(nèi)轉(zhuǎn)子為例）；其中有：定子1，電樞繞組1.1，勵(lì)磁繞組1.2，轉(zhuǎn)子2，氣隙3。電樞繞組1.1線圈和勵(lì)磁繞組1.2線圈在定子1上間隔排布。