[发明专利]感应励磁式混合励磁无刷同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种感应励磁式混合励磁无刷同步电机，属于无刷励磁同步电机的领域。     

背景技术

感应励磁电励磁同步电机最早由日本学者于上世纪60年代提出。该种电机主励磁绕组安放于转子上。为了实现了转子励磁电机的无刷化励磁，在定子上再加上一组定子励磁绕组。当定子励磁线圈通入直流电后，在转子励磁绕组上感应出转子励磁电流，从而实现电机的无刷化励磁。比起传统的三级式无刷励磁方案，该种电机可以在无励磁机的情况下实现转子励磁电机的无刷化励磁，极大地减小了发电系统的体积。但是该种方案的励磁效率较低。在同样体积下，感应励磁电励磁同步电机产生的功率只有普通同步电机的1/2到2/3。为了尽量提高励磁效率，感应励磁电励磁同步电机的气隙必须尽量小，使得电机的电枢反应变大，电机的外特性变软。为了解决这一问题，有日本学者提出在发电机输出端并联电容，利用增磁作用抑制电枢反应。但是电容的增加也增加了发电系统的复杂度和体积重量。在此基础上，国内外的学者做了许多研究以提高电机输出功率，以实现感应励磁电机的高功率密度。

混合励磁同步电机拥有励磁绕组和永磁体两套励磁源，通过合理的设计拥有电压的可调性好和功率密度高的优点。混合励磁同步电机的励磁绕组可以安放于定子，也可以安放于转子。对于转子励磁电机需要引入电刷滑环实现直流励磁，电刷和滑环需要定期更换，安放使用不当可能导致火花。另外，还可以运用三级式无刷励磁方案，但是副励磁机、励磁机的引入增大了发电系统的体积和轴向长度。

发明内容

本发明提出的是一种感应励磁式混合励磁无刷同步电机，其目的：针对转子励磁混合励磁电机的无刷励磁问题，实现转子励磁混合励磁电机的无刷化励磁。混合励磁电机中存在永磁体，使其具有了和永磁电机类似的抗电枢反应能力。由于永磁体的存在，同时混合励磁电机的功率密度远高于电励磁电机，可解决传统方案中励磁效率低的问题。

本发明的技术解决方案：其结构是电机采有两套励磁源，包括永磁体和电励磁绕组，永磁体安放于转子；电励磁绕组分为定子励磁绕组和转子励磁绕组；定子部分包括定子铁心，电枢绕组，定子励磁绕组，端盖，机壳，其中电枢绕组和定子励磁绕组嵌在定子槽中，端盖安装于机壳的两端，定子槽开设于沿圆周方向开设的定子铁心中；转子部分包括转子励磁绕组、转子铁心、转轴、整流二极管，其中转子励磁绕组安放于转子槽内；转子励磁绕组有多个，多个转子励磁绕组分别经二极管短接；当定子励磁绕组通入直流电时，气隙中建立起恒定的磁场，随着转子的旋转，该磁场在转子励磁绕组中感应出电势，经二极管单波整流后得到脉动励磁电流，从而达到控制气隙磁密大小的目的，实现发电机的调压功能。

本发明的优点：1）无需副励磁机，励磁机，即可实现转子励磁式混合励磁电机的无刷化励磁；2）本发明克服了普通电励磁感应电机电枢反应较大，整体输出功率不高的缺点电枢反应小，功率密度高的特点；3）励磁方式简单，无需配备专门的励磁方式，现有的励磁调压方法均可运用于该种电机。本发明采用感应励磁，解决了转子励磁电机无刷励磁的难题。可以很好地控制永磁磁势，从而控制气隙磁密的大小，起到了调节电压的目的。由于采用了混合励磁的励磁模式，克服了传统电励磁感应励磁电机电枢反应大，功率密度低的不足。

附图说明

图1是感应励磁式混合励磁无刷同步电机结构图。

图2是基于切向/径向混合励磁电机的感应励磁混合励磁电机结构图。

图3是定子励磁电流所建立的磁场，以一对极为例说明定子励磁电流建立的磁场示意图。

图4是无励磁电流时的磁场分布情况示意图。

图5是通入励磁电流时的磁场分布情况示意图。

图6是转子励磁绕组连接方式示意图。

图中的1为定子铁心，2为电枢绕组，3为定子励磁绕组，4为定子槽，5为转子铁心，6为永磁体，7为转子槽，8为转轴，9为转子励磁绕组，10为整流二极管，11为转子极靴，12为转子齿，13为定子齿，14为定子励磁电流所建立的磁场、15为无定子励磁电流时的永磁体磁场、16为有定子励磁电流时永磁体磁场、17为有定子励磁电流时转子励磁绕组磁场。

具体实施方式

本发明的实现方法可由多种。电机可以分为旋转磁极式和旋转电枢式，定子铁心可以是凸极结构，也可以是隐极结构，电枢绕组可以是任意交流绕组形式。转子铁心5可以是凸极结构也可以是隐极结构，永磁体6安放于转子铁芯5上。