[发明专利]并列结构的无刷无附加气隙混合励磁同步发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合励磁同步电机，特别是一种并列结构的无刷无附加气隙混合励磁同步发电机。

背景技术

永磁同步电机具有可靠性高、效率高以及体积小等优点，相对于传统的电励磁同步电机具有许多优势。但是永磁电机由于转子采用永磁磁钢励磁，气隙磁场不容易调节，作为发电机运行，当温度升高时，永磁磁钢会产生可逆退磁，使发电机输出电压降低，另外，当发电机负载改变时，尤其是当感性负载增大时，输出电压进一步降低。通常永磁发电机的电压变化率在±10％左右，对负载设备的可靠运行产生不利影响。于是混合励磁同步电机被提出并进行了大量的研究，出现了多种结构的混合励磁电机，按电励磁磁场与永磁磁场的叠加方式可分为串励式、并励式和混励式三种结构，它们的主要思想是永磁磁场依然作为电机的主磁场，电励磁部分调节电动势需要调节的部分，从而保证了发电机输出电压的稳定。

发明专利(ZL.200310106346.1)提出了一种双凸极结构的混合励磁电机，它由永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机两部分构成，两部分的定子绕组相串连。转子旋转时磁路磁阻发生变化，通过改变电励磁部分定子上励磁绕组电流大小，可以调节电励磁部分电枢绕组的电动势。但该结构利用磁阻式工作原理，使输出电压正弦性不是很好，作为发电机运行时需要变流设备才能得到高质量的电压。

发明专利(ZL.200310106347.6)提出了一种两段结构的混合励磁同步电机，电机分为永磁同步电机和电励磁同步电机两部分，两部分在磁路上互相独立，共用一套定子电枢绕组。通过调节电励磁电流，即可调节电机电动势的大小。但是由于电励磁部分的励磁电流是通过电刷和滑环引入到转子励磁绕组的，降低了电机的可靠性以及环境适应性。

专利申请(申请号：200810024775.7)公布了一种并列结构的混合励磁同步电机，电机为两段结构，一段为永磁同步电机，另一段为无刷电励磁同步电机，两段电机转子同轴旋转。两段电机在磁路上互相独立，定子共用一套电枢绕组，两段电机的感应电动势在电枢绕组中进行叠加。通过改变励磁绕组电流的大小和方向可以调节电枢绕组中电励磁部分的电动势大小和相位，从而实现整个电枢绕组电动势的调节。但是电励磁部分采用爪极电机结构，电励磁磁路上除了工作气隙外，还存在两段附加气隙，需要消耗更多的电励磁磁动势，降低了电励磁效率。

发明专利(ZL.200510112091.9)提出了一种双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，轴向磁场电机转子内圈作为永磁电机部分，外圈为电励磁部分，通过改变磁场控制绕组中的电流幅值和方向来调节电机气隙总磁通大小，达到改变感应电势大小的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出了一种并列结构的无刷无附加气隙混合励磁同步发电机。

本发明的目的是通过下列技术手段实现的：

本发明的并列结构无刷无附加气隙混合励磁同步发电机，在同一机壳内分为永磁电机和电励磁电机两部分，在磁路上彼此独立的永磁转子和电励磁转子同轴安装。两部分电机定子铁心彼此独立，共用一套定子电枢绕组，两部分的感应电动势在电枢绕组中进行叠加。

永磁同步电机部分为传统的表面磁钢或内置式永磁电机结构，定子铁心由硅钢片叠压而成，定子极/槽配合采用传统的分布绕组甚至分数槽的极/槽比，以降低电枢绕组电动势中的谐波含量。永磁转子通过选择合适的极弧系数或磁极形状优化进一步减小电枢绕组电动势中的谐波含量。电励磁定子铁心与永磁部分定子铁心具有相同的齿槽数，但是齿槽深度比永磁电机定子的齿槽深，便于放置励磁绕组，电励磁电机和永磁电机共用一套三相电枢绕组，具有相同的绕组分布形式。在电励磁电机的定子槽中除了上述电枢绕组外还嵌放另外一套与永磁转子极数相同的三相(或多相)励磁绕组，通过励磁绕组分布形式的设计，保证励磁电流产生的合成磁场谐波尽可能的小，基波磁场尽可能的大。如果励磁绕组是三相，励磁绕组轴线和电枢绕组轴线重合；如果是多相励磁绕组，则多相励磁绕组其中一相的轴线和三相电枢绕组其中一相的轴线重合。为了减小励磁电流产生的高次谐波磁场在电励磁转子上的谐波损耗，电励磁转子为由圆形硅钢片叠压而成的光滑圆柱体，转子直径小于永磁转子直径，转子上无绕组，电励磁电机的气隙可以小于永磁电机的气隙，以提高电励磁部分的励磁效率。

本发明的并列结构无刷无附加气隙混合励磁同步发电机与现有技术相比，具有以下特点：

1.发电机采用交流励磁调节输出电压，通过控制三相(或多相)对称励磁电流的大小和相位实现发电机输出电压的调节。