[发明专利]多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种定子混合励磁电机结构的设计技术，属于电机设计的技术领域，具体是一种多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机。

背景技术

永磁同步电机利用永磁材料代替励磁绕组，不存在励磁铜耗，电机体积和重量大为减小，具有功率密度大、效率高、结构简单，维护方便，运行可靠等优点。但由于将永磁体放置在转子上，需要在转子上安装相应的固定装置，引起冷却困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁，限制了电机出力，降低了功率密度。

开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等方面具有优势，但作为发电机运行时，由于其功率因素低，当工作在高速状态时，变换器的负担加剧，而且控制策略比较复杂。

1992年Lipo提出的双凸极永磁电机、1996年I.Boldea提出的磁通反向电机和1997年E.Hoang提出的磁通切换型永磁电机都属于定子永磁型双凸极结构电机，转子上既无永磁体又无绕组，目前的研究成果表明这三种电机都具有高功率密度、高效率等优点。永磁双凸极电机的每相磁链为双极性，而且转子直槽型双凸极电机的反电动势谐波含量较高；磁通反向电机的磁链特性为双极性，但电枢磁通和永磁磁通是串联的，存在着永磁体发生不可逆退磁的危险。所谓磁通切换电机，是指随着转子位置的变化，激磁磁通切换其路径，使得定子绕组内磁链的大小和方向均发生变化，从而产生交变的电势。磁通切换型永磁电机的每相永磁磁链为双极性，且磁链和反电势波形都接近正弦分布，转矩密度和功率密度相对更高。

永磁式磁通切换型电机采用永磁体励磁方式无法直接改变磁场强度，作为发电机时存在电压调整率较大和故障灭磁困难，作为电动机时难以实现弱磁升速，恒功率运行范围窄。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、坚固，具有较高的转矩输出能力和功率密度，适于直接改变磁场强度并适用于低速直趋应用场合的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机。

为解决上述技术问题，本发明的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机包括：定子1、永磁体2、电枢绕组3、单相励磁绕组4和凸极式的转子5；转子5上既无永磁体也无绕组；定子1包括：均布于一圆周上的多个U型的定子极7、以及与各定子极7构成一体且连接于各定子极7外周的铁心连接磁桥6；各定子极7具有两个端部，各端部上设有两个定子齿8，且各定子极7上的定子齿8同圆周分布；永磁体2设于相邻的两个定子极7的相邻U型臂之间，电枢绕组3设于相邻的两个定子极7的相邻U型臂上；所述的各U型的定子极7的弧形底部经连接部与铁心连接磁桥6相连成一体，各连接部上设有励磁线圈，各励磁线圈依序首尾串联构成单相励磁绕组4。

进一步，所述电枢绕组3包括多对对称设置的集中电枢线圈，一对集中电枢线圈串联并构成一相电枢绕组。

进一步，所述永磁体2是沿圆周切向交替充磁的铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。

进一步，所述永磁体2与铁心连接磁桥6的内壁之间、相邻两个所述连接部之间为一空槽，各空槽中的两个励磁线圈的通电极性一致。

进一步，所述单相励磁绕组4和各永磁体2在空间上是并联结构，即：单相励磁绕组4所产生的电励磁主磁通不经过永磁体2。

本发明中，定子齿数为永磁体块数的4倍，气隙磁场由励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的磁场共同构成。各定子极具有四个定子齿，转子极数是4*NS±k，NS为定子极数，K为自然数；图1为三相电机，NS＝6；k＝-5；图2为四相电机，NS＝8；k＝-6。

若电机为三相电机，则相应的定子极数为6*p，p为自然数；在图1、2中，p＝1。若为四相电机，则定子极数为8*p，如此类推：定子极数＝2*m*p；m为相数。

转子旋转时，转子极与不同的定子齿对齐，穿过各个集中电枢线圈的磁通方向就会发生改变，从而产生磁通切换效应，由此每相电枢绕组所匝链的磁链为双极性。

气隙磁场由单相励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的磁场共同构成，通过改变励磁电流大小和方向来调节气隙磁场，从而提高电机的转速运行范围和弱磁能力。电励磁磁力线经由永磁体顶部的铁心连接磁桥闭合，可减小电励磁安匝数。

本发明的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机具有的积极技术效果：(1)本发明的电机中，由于硅钢片的磁导率大于空气和永磁体，因此电励磁磁力线经由永磁体顶部的铁心连接磁桥闭合，相应电励磁绕组所产生的主磁通不经过永磁体，降低了永磁体发生不可逆去磁的危险性。另外，采用较少的电励磁安匝数就能达到较好的调磁效果，相应的电励磁铜损耗也较小。