[发明专利]内外双转子混合励磁双凸极电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种内外双转子混合励磁双凸极电机，属于双凸极结构电机领域。

背景技术

莫斯科航空学院巴拉古诺夫教授在1988年提出并联磁势混合励磁同步发电机的结构。定子和普通同步电机相同，转子分为两部分，一部分为永磁励磁，另一部分为电励磁。该电机的电励磁部分为爪极结构，附加气隙多，轴向磁路，漏磁大，电励磁功能受制约。

日本T.Mizuno博士等提出了轴向/径向磁路混合励磁同步发电机。该电机的定子电枢绕组为通常的三相对称绕组，定子铁心被定子环形直流励磁绕组分成两段，这两段铁心由其外的背轭(用于轴向导磁的机壳)在机械上和磁上连接；转子也分成两部分：N极端和S极端，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的N、S永磁极及中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套 (转子背轭)，用于转子的轴向导磁。该电机附加气隙多，但为固定气隙；存在轴向/径向磁路，电机结构优化受约束。

香港大学陈清泉、上海工业大学江建中教授等提出了一种爪极式混合励磁同步电机。该电机的外定子与普通电机的定子类似，槽中嵌有多相对称绕组，转子采用爪极结构，在相邻的两个爪极之间设置永磁体，在内定子上设有环形直流励磁绕组。由于直流励磁绕组置于由爪极的内、外单元所形成的区域内，空间利用率高，结构紧凑。但由于存在轴向磁路，电励磁效率低。

美国威斯康星-麦迪逊大学的Lipo教授等提出了永磁双凸极电机，其结构是在开关磁阻电机的基础上增加了永磁励磁，由于其励磁磁场不易调节，故不能作为发电机使用。

南京航空航天大学的严仰光教授等提出了电励磁双凸极电机（“双凸极无刷直流电机”，授权公告号CN1099155C），其将双凸极电机的励磁源从永磁体变成电励磁绕组。作发电机工作时，不需要转子位置传感器，且励磁绕组仅需要单管变换器进行供电，调节励磁绕组电流可调节输出电压，故障时可灭磁，具有可靠性高的特点。

近年来，把永磁励磁和电励磁结合起来的混合励磁双凸极电机日益受到关注。

Lipo教授等提出一种双凸极混合励磁电机，它是在双凸极永磁电机的基础上演变出来的，保留了双凸极永磁电机的全部优点。该电机可以通过控制励磁电流的方向和大小，调节气隙磁场。但电励磁回路穿越永磁体，电励磁效率低。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种内外双转子的无轴向励磁磁路且无附加气隙的混合励磁双凸极电机，实现电机在励磁元件数目与永磁体数目相同时，从0至额定气隙磁场的全范围内调节磁场，且励磁电流为单向控制。

本发明内外双转子混合励磁双凸极电机，其结构包括凸极外转子铁心、内外凸极定子铁心、凸极内转子铁心、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，其中：电枢绕组绕制于内外凸极定子铁心的定子齿上，内外凸极定子铁心每隔m×n个定子齿在其轭部嵌入一个永磁体或绕制一个励磁绕组，与励磁绕组相邻的是永磁体，与永磁体相邻的为励磁绕组或永磁体，电机每间隔m×n个定子齿励磁极性变化一次，m为电机相数，n为任意正整数。

所述永磁体切向磁化或具有切向磁化分量；所述励磁绕组的磁势方向为切向或具有切向分量；与励磁绕组相邻的两个永磁体磁化方向或切向磁化分量相同，两个相邻的永磁体磁化方向或切向磁化分量相反。

与现有技术相比，本发明电机具有如下技术效果：

1、由于永磁体和励磁绕组共同作为励磁源，励磁效率高，且励磁磁场易于调节；

2、可以通过各单体斜槽或单体之间错开角度减小转矩脉动；

3、励磁绕组绕在定子轭部，绕组端部短，减小了励磁损耗；

4、励磁绕组的电流为单方向控制，控制电路简单；

5、可以沿半径方向采用多个重复结构，形成多定子、多转子的混合励磁双凸极电机，从而提高电机单位体积的输出功率。

附图说明

图1为本发明电机的截面结构示意图。

图2为定子和转子均错开一定角度的12/8极内外双转子的混合励磁双凸极电机截面结构示意图。

图3为定子和转子均错开一定角度的18/12极内外双转子的混合励磁双凸极电机截面结构示意图。

图1、图2、图3中标号名称：1、凸极外转子铁心；2、内外凸极定子铁心；3、凸极内转子铁心；4、永磁体；5、电枢绕组；6、励磁绕组。

图4为图1、图2所示电机的等效磁路示意图。

图5为图3所示电机的等效磁路示意图。