[发明专利]一种并列式混合励磁无刷直流电机

说明书

技术领域

 本发明涉及一种并列式混合励磁电机，特别涉及一种并列式混合励磁无刷直流电机。

背景技术

 与传统的电励磁电机相比，永磁电机特别是稀土永磁电机具有结构简单可靠、功率密度高、效率高等显著优点，但是永磁电机由于采用单一永磁体励磁，气隙磁场调节困难，在发电运行下，负载变化或转速变化，输出电压随之变化。电励磁电机可以调节直流或交流励磁电流，从而可以方便地调节气隙磁场，但相对永磁电机功率密度低，结构复杂，特别是励磁绕组在转子上时需要电刷，因此难以做到电机的高速运行。混合励磁电机是在永磁电机的基础上引入辅助电励磁绕组，达到改善永磁电机驱动或调压性能的目的。近年来在电动汽车、风力发电等领域引起人们的广泛关注。

并列式混合励磁电机结构原理简单，易于实现励磁电流的双向调节，是混合励磁电机技术研究的一个重要方向。同一类型电机构成并列式混合励磁电机是目前并列式混合励磁电机的主要结构形式，包括两种：永磁同步电机部分和电励磁同步电机并列而成（专利CN102005876A）；永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机部分并列而成（专利CN1545189A）。前者混合励磁同步电机结构复杂，电励磁方式为交流励磁，励磁结构及控制复杂；后者结构简单可靠，但也存在混合励磁双凸极电机电压和转矩脉动较大、功率密度偏低的问题。

不同类电机构成并列式混合励磁电机也是可行的，专利CN100386853C采用传统永磁同步电机部分和电励磁双凸极电机部分组合构成混合励磁电机，实现了励磁电流双向调节以及整个电机的无刷化，但该并列式混合励磁电机采用两种无刷电机直接组合，两部分电机结构均为传统结构形式，由于两种类型电机感应电势波形的差异，使得两类电机组合效率较低，影响其功率密度；另外，两部分电枢绕组内部相互独立，外部串联连接，尽管励磁电流可以双向调节，仍然无法解决永磁电机部分电枢绕组内部短路时故障灭磁的问题，这使得该电机在高可靠要求条件下如航空电源系统中的应用受到限制。

基于以上分析，本发明人提出一种新型的混合励磁无刷直流电机，本案由此产生。

发明内容

 本发明的目的，在于提供一种并列式混合励磁无刷直流电机，其将永磁同步电机部分和电励磁双凸极电机部分有机组合，实现两部分感应电势的高效叠加，解决电机内部短路故障时有效灭磁保护的问题，在航空电源、风力发电等领域有重要应用价值。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种并列式混合励磁无刷直流电机，在同一机壳内，永磁同步电机部分和电励磁双凸极电机部分的转子同轴安装，二者的定子分别安装在机壳内部的左右两侧，所述永磁同步电机部分的定子铁心和电励磁双凸极电机部分的定子铁心共用一套电枢绕组，励磁绕组安装在电励磁双凸极电机部分的定子铁心上；所述永磁同步电机部分采用内置切向磁钢转子结构或表贴式磁钢转子结构。所述混合励磁电机电枢绕组每匝线圈同时穿过永磁同步电机部分的同一相的两个相邻定子齿和对应的电励磁双凸极定子极，永磁同步电机部分的电枢绕组相序及相绕组分布与电励磁双凸极电机部分的电枢绕组相同，所述直流电机每相绕组同时嵌绕在永磁同步电机部分定子齿和电励磁双凸极电机部分的对应定子极上，经过两部分的定子铁心后闭合。

上述电励磁双凸极电机部分的定子极数和转子极数分别是永磁同步电机部分定子极数和转子极数的一半，且电励磁双凸极电机部分的定子极均匀分布，定子极宽等于槽口宽，转子极宽大于定子极宽。

上述直流电机是三相电机或多相电机。

上述直流电机采用三相电机，电励磁双凸极电机部分为3N/2N极结构，永磁同步电机部分为6N槽/4N极结构，其中N为大于1的整数。

采用上述方案后，本发明与现有混合励磁电机结构相比具有如下有益特点：

（1）电励磁双凸极电机部分转子极宽大于定子极宽，电枢绕组感应电势为梯形波，实现了电枢绕组电势的高效叠加和调节；

（2）电枢绕组线圈同时穿过永磁励磁和电励磁两部分的定子，不仅可以通过调节励磁电流实现电枢绕组感应电势的调节，而且电枢绕组内部短路可以通过电励磁电机部分励磁电流调节抵消永磁励磁产生的磁场，从而实现电机绕组短路故障时高效灭磁；

（3）励磁绕组在电励磁双凸极电机部分的定子上，因此实现了无刷化，同时由于永磁同步电机部分和双凸极电机部分的转子结构简单可靠，有利于电机的高速运行；

（4）根据应用场合的不同，合理设计永磁同步电机部分和电励磁双凸极电机部分两部分的铁心长度比例，可以实现电机的电动运行的恒转矩/恒功率运行范围或发电运行的电压调节范围；