[发明专利]串联磁路混合励磁爪极电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流同步电机，特别是涉及一种混合励磁爪极电机。

背景技术

电机作为一种进行机电能量转换的装置，应用越来越广泛。爪极电机是电机中一个重要的类别。目前存在的爪极电机大致可以分为三类：电励磁爪极电机、永磁爪极电机，和并联磁路混合励磁爪极电机。如图1所示，传统的电励磁爪极电机(Claw pole machine)主要由定子1’和转子2’构成：定子1’包括定子铁心轭部11，电枢齿12和环绕于电枢齿12上的电枢绕组13；转子2’包括集电环14、转子轴16、爪极17，磁轭18和励磁绕组19，转子2’的各部分通过转子轴16支撑于两端盖(图未示)中心的轴承上。定子1’和转子2’之间具有气隙。该传统的电励磁爪极电机的工作原理是，励磁绕组19通电后产生轴向磁通，此磁通依靠爪极17的作用转换为径向磁通，该径向磁通继续从爪极17的N极出发，经过气隙、电枢齿12(同时穿过电枢线圈13)，定子铁心轭部11，相邻的电枢齿12，再经过气隙到爪极17的S极，经过磁轭18，再回到爪极17的N极，形成闭合主磁通回路。电励磁爪极电机所存在的集电环和换向器使得该种电机的故障率较高、功率密度低，噪声也较大。

永磁爪极发电机和并联磁路混合励磁爪极电机的结构示意图可参考附图2，二者结构不同之处在于，永磁爪极发电机不具有图2中所示的励磁绕组19。对内转子结构的永磁爪极发电机和并联磁路混合励磁爪极电机而言，两种电机的转子部分均包括图2中所示的转子轴26，爪极27，以及嵌于爪极27之间的永磁体25，定子部分均包括图2中所示的定子铁心21、电枢齿22，以及环绕于电枢齿22上的电枢绕组23。对图2所示的内转子结构的永磁爪极发电机而言，其中永磁体25的磁化方向为切向。对图2所示的并联磁路混合励磁爪极电机而言，其中永磁体25的磁化方向也为切向，该种充磁方向可以减少两相邻爪极之间的漏磁。永磁爪极发电机结构简单、运行可靠，但由于其励磁源是永磁体，因此电机气隙磁场的调节较为困难；并联磁路的混合励磁爪极电机将电励磁和永磁两种励磁源并联，与传统的电励磁爪极电机和永磁爪极电机相比较而言，该种结构方式减少了爪极之间的漏磁，但由于其中存在多块永磁体，各个永磁体的安装不一定完全在转子的外圆弧表面，而且充磁的强度也不容易相同，因此该种结构容易造成一对极下磁场的偏斜。

因此，解决电机效率与电机结构之间的矛盾，设计出不增加电机结构复杂度、装配简单，同时又能提高效率的电机，成为本领域技术人员想要解决的问题。

发明内容

本发明的初衷在于克服现有技术的不足，提供一种极下磁场不易偏斜、磁场调节容易，并且功率密度高的电机。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种串联磁路混合励磁爪极电机，该电机包括定子和转子两部分，所述定子包括定子铁心、设置于该定子铁心上的电枢齿，以及环绕于该电枢齿上的电枢绕组，所述转子包括转子轴、由转子轴支承的永磁体和爪极，以及环绕于永磁体的环形励磁绕组，所述永磁体设置于两个爪极之间，所述环形励磁绕组所构成的磁势源和所述永磁体构成的磁势源串联，所述定子面对所述转子，所述定子与所述转子间具有气隙。

所述永磁体为圆盘状永磁体，该圆盘状永磁体的中心具有穿孔，用来供转子轴穿过，所述永磁体的充磁方向为轴向。

所述爪极的极对数，与传统电机相比，较少，最佳值为两对。

该串联磁路混合励磁爪极电机的气隙中的磁场由永磁体、励磁绕组中的励磁电流和定子绕组中的三相交流电流共同产生该气隙磁场中磁通的走向可大体概括如下：所述永磁体和励磁绕组产生的轴向磁通经永磁体到达爪极，该轴向磁通由爪极转换为径向磁通，之后，该径向磁通流经气隙、电枢齿、定子铁心，到达磁场的另一磁极，再经过该磁场的另一磁极下的定子齿、气隙和爪极，回到永磁体，形成一个磁通回路。

本发明通过利用整块圆盘状的永磁体，来代替并联磁路混合励磁电机中若干分散的永磁体，能够使一对极下磁场位置稳定。

本发明环形励磁绕组中励磁电流产生的磁场方向和永磁体的磁化方向相同时，电机中的气隙磁场增大；反之电机的气隙磁场减小。因此通过调节励磁电流的大小就可以方便的调节气隙磁场，从而方便的控制输出电压。

由于本发明励磁磁场的主要部分改由永磁体产生，励磁绕组仅仅作为辅助的调节装置，因此电机正常工作时，励磁绕组中的励磁电流零，励磁绕组不消耗功率，仅当负载变化，如汽车爬坡，永磁励磁磁场不足时，才适当的加入励磁电流来调节气隙磁场，因此本发明是一种节能型电机。