[发明专利]增磁型凸极式混合励磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种可通过转子上的电励磁绕组来控制气隙磁场，且具有增磁型磁阻转矩的混合励磁同步电机。

背景技术

混合励磁电机集合了永磁电机和电励磁电机的特点，可简单、灵活、经济地调节电机气隙磁场，改变绕组感应电势的特点。然而，一般的混合励磁电机在功率密度指标上难以与传统永磁电机相比，而且由于比较复杂的结构导致加工难度较大，实用价值较小，因此基本上还没有实现批量生产的混合励磁电机。

一般的IPM电机转子结构均为直轴电感小于交轴电感，而凸极式电励磁转子则均为直轴电感大于交轴电感。施加交轴电流和弱磁效应的直轴电流的情况下，IPM转子能产生正向的弱磁性磁阻转矩，而电励磁转子却产生反向的磁阻转矩，因此这两种转子结构难以统一于混合励磁电机中。

此外，一般的IPM电机产生的弱磁性磁阻转矩会有一定的副作用：1)一般的IPM电机转子，交轴电感较大，因此交轴的电枢反应相当剧烈，这会严重影响磁场波形的正弦性；2)为了产生正向的转矩，会有一定幅度的弱磁性直轴电流，在削弱基波磁势的同时，也同时会造成磁场谐波分量的增多；3)弱磁性直轴电流对磁钢会产生很强的去磁效应，对磁钢的安全产生威胁。

所以，如果有直轴电感大于交轴电感IPM转子，就能产生正向的增磁性的磁阻转矩，由于这时施加的是增磁性直轴电流和交轴电流，没有弱磁性磁阻转矩的副作用。此外，这样的IPM转子和凸极式电励磁转子在磁阻转矩性质上有很好的一致性，能很好的融合在一起。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种具有增磁性磁阻转矩的混合励磁同步电机。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种增磁型凸极式混合励磁同步电机，主要包括定子和转子，所述的定子采用与常规永磁同步电机定子结构相同的定子；所述的转子与凸极式电励磁同步电机转子外形相似，具有电励磁绕组且交轴气隙大于直轴气隙；转子的每个磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽，磁钢槽内分别放置同极性的磁钢，最终形成交轴磁阻大于直轴磁阻的双“V”字型的混合励磁磁极结构。

所述的两个“V”字型磁钢槽之间留有较宽的筋，使得电励磁绕组产生的磁势可以很容易的通过这条筋，励磁功率得以降低。

本发明的磁场调节原理可结合图3a)、图3b)、图3c)说明如下：

通过调节电励磁绕组的电流大小和方向，可以调节转子磁场的磁场分布，从而影响气隙磁场的大小。当电励磁电流为零的情况下，空载的气隙磁密波形中间会有一定的空缺，如图3a)所示；当施加增磁性励磁电流时，空载气隙磁密波形中间的空缺会被补上，如图3b)所示；当施加弱磁性励磁电流时，空载气隙磁密波形的中间部分会和两边相反，如图3c)所示。

本发明的直轴电感大于交轴电感的原理可结合图4、图5如下：

本发明的转子外形采用与凸极式电励磁同步电机转子相似的外形，从而构成了交轴气隙大于直轴气隙的情况。

本发明的转子由于在每个转子磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽，从而进一步促进了交轴磁阻大于直轴磁阻的情况。

如图4所示为电机的交轴磁路，图5所示则为电机的直轴磁路，可见交轴磁路的磁阻相对直轴磁路的磁阻会大很多，所以本发明的直轴电感会大于交轴电感。

本发明增磁型凸极式混合励磁同步电机由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和特点：

1、由于磁场的波形幅值及形状可控，感应电势的可调范围宽广；

2、直流励磁绕组产生的磁势基本不会对磁钢的工作点产生影响，因而不会对永磁体产生不可逆退磁的危险；

3、交轴电枢反应较轻，负载下磁场的对称性较好；

4、为产生正向的磁阻转矩，会施加增磁性的直轴电流，这避免了对磁钢产生的去磁效应，进一步增强了磁钢的安全性；

5、施加的增磁性直轴电流，在电励磁磁势不足时，会对基波磁场产生补充，形成的负载反电势的正弦性较一般的IPM电机更好；

6、由于电励磁绕组集成在同一个转子上，因此结构相对紧凑；

7、结构实现性较好，易实现批量化生产。

附图说明

图1是本发明增磁型凸极式混合励磁同步电机的轴向剖视结构示意图；

图2是电机转子的横截面结构示意图；

图3a)、图3b)、图3c)是各种励磁情况的气隙磁密波形示意图；

图4是电机的交轴磁路示意图；

图5是电机的直轴磁路示意图。

具体实施方式