[发明专利]独立磁路混合励磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，是一种利用磁路相对独立的混合励磁方法控制气隙磁场的混合励磁电机。

背景技术

永磁电机以其高密度，高效率，高可靠性、轻量小型化等特点越来越受到重视，也越来越多地在各个领域得到应用。然而，由于永磁电机磁场是恒定磁场，难以实现像电励磁电机般灵活、高效地调节磁场。于是，磁场可调的混合励磁电机成了研究的热点。

在上世纪90年代中晚期，随着电力电子和永磁电机的技术进步，涌现出多种结构的混合励磁电机。如混合励磁双凸极电机、轴向组合转子混合励磁电机、旁路式混合励磁电机和轴向双馈电混合励磁电机等。这些结构的混合励磁电机从永磁与电励磁磁势组合方式看可归纳为磁势串联、并联和混联三类结构。由于在磁势并联的混合励磁电机中永磁磁路和电励磁磁路相对独立，其磁场调节性能比磁势串联和混联的混合励磁电机有较明显的优势。目前，典型的结构为轴向组合转子混合励磁电机，该转子由永磁转子段和电励磁转子段轴向串接组成，由于在永磁转子段与电励磁转子段之间安置了电励磁励磁绕组端部，降低子电机定子铁芯及其电枢绕组有效长度的利用率，由此降低了电机的效率与电机的体积密度与重量密度。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种永磁与电励磁磁势相并联、磁场调节功效强、高效率、高可靠性、结构紧凑的独立磁路混合励磁电机。

本发明的构思是：在电机的横截面上，构成相对独立的永磁磁路和电励磁磁路，电励磁绕组的端部安置在电枢绕组端部的内侧，有效地利用电机的轴向空间，使得电机结构紧凑、重量轻、效率高、密度高。

本发明采用下述技术方案：一种由极对数为p₁的永磁极和p₂的电励磁磁极在同一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场式电机，其主要结构部件包括壳体、两个端盖、由定子铁芯和电枢绕组构成的定子、以及由转子铁芯、永磁体、电励磁绕组和电励磁磁极构成的转子，在永磁磁极与电励磁磁极之间采取隔磁措施将两者的磁路隔离，以确保永磁磁路和电励磁磁路相对独立，具体见图1和图2。其特征在于：

1)永磁磁极和电励磁磁极安置在同一横截面上构成混合励磁磁极的径向磁场电机。

2)电机极对数p等于永磁磁极极对数p₁和电励磁磁极极对数p₂之和。

3)永磁磁极与电励磁磁极之间有隔磁槽将两者的磁路隔离。

4)永磁体采用径向表面式、或切向式、或内置式-包括I形、V形、U形等常用的结构型式。

5)电机的极/槽配合可采用整数槽、分数槽等常用的极/槽比。

上述的电励磁绕组的端部位于电枢绕组端部的内侧。

径向式独立磁路混合励磁电机的工作原理：由于转子内永磁磁极和电励磁磁极成极对放置，并在相邻的永磁磁极和电励磁磁极中间采取隔磁措施，使电励磁磁路和永磁磁路各自形成独立磁路。永磁磁路为：从永磁体N极出来、经永磁磁极N、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、永磁磁极S回到永磁体S极构成回路，具体见图3；电励磁磁路为：电励磁磁极、气隙、定子齿、定子轭、定子齿、气隙、电励磁磁极、电励磁磁轭回到电励磁磁极构成回路，具体见图4。其中：永磁磁场基本恒定，电励磁磁场的大小和方向随励磁电流大小和方向的变化而变化。若电励磁绕组电流为零，无电励磁磁场，此时只有永磁磁通。由于混合励磁电机电枢绕组的支路感应电势是各线匝电势之和，若电励磁磁场任一位置磁通方向与相距整数极对数位置的永磁磁场磁通方向相同，则电枢支路内永磁磁极与电励磁磁极感应电势方向相同，感应电势数值相加，起助磁作用。反之，若电励磁磁场任一位置磁通方向与相距整数极对数位置的永磁磁场磁通方向相反，则电枢支路内永磁极与电励磁磁极感应电势方向相反，感应电势数值相减，起去磁作用。若无电励磁磁场，则电枢线圈支路感应电势只由永磁磁场产生。图5、6、7分别是电励磁磁场起助磁、去磁和无电励磁磁场三种情况对应的气隙磁密波形图。

本发明与现有技术相比的突出的实质性特点和优点：

1)由于永磁磁路和电励磁磁路相对独立，电励磁所需的磁势小，电机的磁场调节效率高。

2)与轴向组合式混合励磁电机相比，励磁绕组的端部安置在电枢绕组端部内侧的空间，提高了定子铁芯及其电枢绕组有效长度的利用率，使得电机结构紧凑，空间利用率高、效率高。

3)由于永磁磁路和电励磁磁路相对独立，电励磁磁路不会对永磁体造成不可逆的退磁作用，电机的可靠性高。

4)电励磁电流双向可调，磁场的调节范围广。