[发明专利]永磁磁阻型旋转电机

说明书

本发明涉及一种永磁磁阻型旋转电机。

图1示出了永磁磁阻型旋转电机的结构示意图(非现有技术)。

图1中，永磁磁阻型旋转电机101包括由外壳或类似物支承的定子103以及可旋转地配置在定子103内的转子105。定子103包括定子铁心107和缠绕在定子铁心107上的电枢绕组109。在转子105中，在转子铁心111中交叉设置四对永久磁铁113。由配置永久磁铁113的相应的铁心部分限定磁极115，同时，由永久磁铁113之间的非磁性部分117构成辅助极119。

图2示出了电枢电流产生的磁通Ф_d，该磁通沿着转子铁心111的各个极轴方向流动。在这种状态下，因为磁路由形成磁极115的铁心部分构成，所以磁通由于磁阻极小而易于流动。

图3示出了电枢电流产生的另一磁通Фe，该磁通沿着通过各个辅助极119圆周中心的各径向轴方向流动。尽管辅助极119的磁通Фe确实建立了通过插入辅助极119的永久磁铁113的磁路，但因为相对磁导率接近1，所以在永久磁铁113的高磁阻作用下，减少了电枢电流所产生的磁通。

辅助极119两侧的永久磁铁113在与极轴基本垂直的方向上被磁化。所以，如图4所示，每个永久磁铁113所产生的磁通按以下顺序局部循环：永久磁铁113的一个极，在铁心111圆周附近的磁性部分121，磁极115以及对面的磁铁113的磁极，从而形成磁路Фma。再者，来自每个永久磁铁6的一部分磁通还通过转子105和定子107之间的气隙流入定子107中，随后依次穿过转子105的磁极115、相邻的永久磁铁6和始发端的永久磁铁113，从而形成另一磁路Фmb。

回到图3，永久磁铁113的交链磁通分布在磁通Фe(由电枢电流产生)的相反方向上，磁通Фe沿着辅助磁极的中轴流动以便将磁通Фe相互求反。在每个辅助极119附近的气隙中，由于永久磁铁113的磁通，使得由电枢电流获得的气隙磁通密度减小。结果，每个磁极附近和每个辅助极附近之间的气隙磁通密度产生很大变化。换言之，气隙磁通密度相对于转子105的旋转位置的变化变得太大，以至于增大了磁能的变化。进一步，在负载状态下，由于磁性部分121的存在，且每个磁性部分在磁极115和辅助极119之间的边界上形成磁短路，所以转子105由于负载电流而全部磁饱和。增加了分布在辅助极119中的磁铁113的磁通。因此，永久磁铁113的磁阻和磁通造成气隙磁通密度分布非常不均匀，从而磁能被显著改变产生大输出。

接着，我们描述端电压的调整范围，以便实现旋转电机在大范围的可变速度内运行。由于永久磁铁113仅存在于每个辅助极119的一部分上，因此，与在转子整个圆周上布置永久磁铁的普通旋转电机的表面区域相比，该旋转电机的永久磁铁113的表面区域窄，也显示出由永久磁铁113所造成的交链磁通少。

而且，在电机未被激励的情况下，大量永久磁铁的磁通流到磁性部分121变成转子铁心111中的漏磁通。因此，由于在这种情况下能显著减小感应电压，降低了电机未激励时的铁心损耗。此外，当绕组109出现短路故障时，减小了过电流。

当旋转电机加载时，由于电枢电流(即磁阻旋转电机的励磁电流和转矩电流)所产生的交链磁通附加到永久磁铁113所产生的交链磁通中，感应出端电压。

在普通的永磁旋转电机中，因为大量端电压是永久磁铁113的交链磁通产生的，所以调整端电压是不可能的。同时，在永磁-磁阻型旋转电机101中，通过控制少量永久磁铁113的交链磁通所产生的励磁电流成分，能够在大范围内调整端电压。换言之，由于能够调整励磁电流的成分，从而使端电压小于与速度相对应的电源电压的一个电压，所以旋转电机能通过恒定电压在大范围的可变速度内(从其基本速度开始)驱动。

而且，在强制控制下，由于电压不受磁场减弱的限制，所以即使电机在高速旋转时控制不起作用，也不可能出现过电压。

此外，由于来自每个永久磁铁113的一部分磁通即磁通Фma泄漏到磁性部分121的短路中，所以能减小永久磁铁113中的抗磁场。因此，由于永久磁铁的工作点在其表示B(磁通密度)-H(场强)特性的抗磁曲线上升高了，即磁导系数变大，使针对温度和电枢反应的抗磁证明特性得到改善。此外，由于永久磁铁113嵌入转子铁心111中，所以旋转电机具有防止永久磁铁113由于转子105旋转而造成耗散的优点。