[发明专利]非对称交错混合励磁同步电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的电动机，特别是一种高效率、低速与启动转矩大、宽调速和直接驱动等领域的混合励磁同步电动机，属于电动机制造的技术领域。

背景技术

永磁电机转子上没有绕组，无励磁损耗，因此工作可靠，效率高，但永磁磁场调节困难限制了它的应用。将永磁与电励磁进行合理的有机结合，研究开发既综合电励磁电机与永磁励磁电机的优点，又能克服各自缺陷的混合励磁电机，从而最大限度地发挥两者的优势，成为电机领域的一项重要研究课题。

混合励磁电机由于其磁通可调，在作为电动机使用时可以通过增磁和弱磁来实现宽调速，合理设计永磁和电励磁的磁路拓扑结构以及各自磁通比例，对于提高电机综合性能特别是调速范围至关重要。日本T.Mizuno博士早在1994年提出了轴向/径向磁路混合励磁同步电机，很多学者对该电机进行了理论研究，并在工程中得到初步应用。该电机永磁极与铁心极交错排列，结构简单新颖，无附加气隙，电励磁效率较高。但是，其励磁绕组安装在外定子上，导致每匝长度较长，绕组电阻较大，电励磁损耗较多；其次，其励磁绕组安装空间极为有限，要增大电励磁比例，需较多地增加电机轴向长度，降低材料的利用率。为克服该电机的缺点，提出本发明结构，以充分利用转子内部空间，采用易于加工的瓦片状爪极结构，将电励磁绕组移到内定子上，构成非对称交错混合励磁同步电动机。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的、高效率、大启动转矩、低速转矩可调和调速范围较为宽广的非对称交错混合励磁同步电动机。

技术方案：本发明的非对称交错混合励磁同步电动机由转子、定子、所组成，其特征是：该电机由定子铁心和电枢绕组构成外定子，由环形励磁绕组和磁轭托架构成内定子，由N极爪极、S极爪极、N极永磁极、S极永磁极、N极铁心极、S极铁心极、转子磁轭和电机轴构成电机转子；其中，定子铁心固定在导磁的定子背轭上，励磁绕组套在圆筒形磁轭托架上，磁轭托架固定在电机端盖上。

电机轴采用非导磁钢。N极永磁极和N极铁心极贴在N极爪极表面上，中间用隔磁气隙隔开；S极永磁极和S极铁心极贴在S极爪极表面上，中间用隔磁气隙隔开。N极永磁极与S极永磁极轴向长度相等，N极铁心极与S极铁心极轴向长度相等。永磁极(包括N极永磁极和S极永磁极)与铁心极(包括N极铁心极和S极铁心极)轴向长度可相等也可不等。爪极上的永磁极与铁心极在轴向上可分成左右两部分，一边是N极永磁极与S极铁心极相间安装，另一边是S极永磁极与N极铁心极相间安装，且左右两边的N极铁心极与S极铁心极错开一个爪极。各N极爪极和S极爪极厚度相同为瓦片形状，N极爪极和S极爪极沿圆周均匀分布。各相邻N极爪极与导磁的转子圆盘紧密相连接固定，各相邻S极爪极与导磁的转子圆环紧密相连接固定。各N极爪极与相邻的转子圆环之间以及S极爪极与相邻的转子圆盘之间用隔磁铝块隔磁连接并固定成一个整体，共同构成转子的一部分。转子外用非导磁不锈钢紧圈封装。

定子铁心外设置有导磁的定子背轭。电机转子爪极包括N极爪极和S极爪极对数至少是4。所述的N极永磁极和S极永磁极选用钕铁硼永磁材料。电机轴采用非导磁钢。

电机具体调磁原理如下：

无励磁电流时，气隙磁场只由永磁极产生，绝大部分工作磁通从N极永磁极出发，经气隙和定子铁心分别回到S极永磁极和N极铁心极，这部分磁路参与电机的能量转换，为电机的主磁通。

当电机通以直流励磁电流时，根据磁阻最小的原则，电机的电励磁磁通绝大多数通过铁心极闭合，此时，电励磁磁通有2条磁路：磁路1需经定子铁心轴向和定子背轭导磁，磁路磁阻较大；磁路2为相邻铁心极交错部分形成的回路，不经定子轴向导磁，磁路磁阻较小。因此，磁路2可使电机在同样的电励磁安匝下获得更宽的调磁范围。此外，为减小电励磁磁路1的定子部分轴向导磁磁阻，在定子铁心外设置导磁定子背轭，进一步提高电励磁调磁效率。

当励磁电流大于零时，气隙有效磁场增强，当励磁电流增大到一定值时，同一极上永磁极和铁心极磁场同方向，对电枢绕组而言，同一线圈下磁场极性相同，气隙合成磁场增强；当励磁电流小于零时，同一极上永磁极和铁心极磁场方向相反。对电枢绕组而言，同一线圈下既有N极又有S极，气隙有效磁场减弱。特别当电流增大到一定值时，气隙合成磁场变为零。

有益效果：由于直流励磁绕组置于由瓦片状爪极的内、外单元所形成的区域内，空间利用率高，结构紧凑。励磁绕组置于转子内部，使得每匝励磁线圈大大缩短，从而使励磁绕组电阻和励磁损耗减小，电机效率得以提高。此外，由于转子内部空间较大，可容纳较多的励磁线圈匝数。