[发明专利]一种无刷无励磁机的谐波励磁的混合励磁永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种永磁电机。

背景技术

与电励磁电机相比，永磁电机具有高效率、高功率密度、结构简单以及运行可靠等诸多优点，使得永磁电机在工业、民用、军事以及航空航天等领域均有广泛的应用。然而，无论是永磁发电机还是永磁电动机，均存在气隙磁场调节困难的缺点。当永磁电机作发电机使用时，其端电压会随负载大小、负载性质或者原动机转速等因素变化而变化，从而影响永磁发电机输出电压的质量；当永磁电机作电动机使用时，难以获得宽广的调速范围。因此，永磁电机气隙磁场调节困难的缺 点又在一定程度上限制了永磁电机的广泛应用。

混合励磁永磁电机中存在两种励磁磁动势：永磁磁动势和电励磁磁动势，通过调节电励磁磁动势实现了永磁电机气隙磁场的调节。经过国内外学者多年的研究，现有的混合励磁永磁电机结构近30种。在这些混合励磁永磁电机中，有些混合励磁永磁电机除了存在径向磁场外，还存在轴向磁场，因而增加了电机磁路长度，使得电机轴向长度不宜太长。有些混合励磁永磁电机是由一台永磁同步电机和一台电励磁同步电机组成，两台电机在磁路上相互独立，从而降低了电机的功率密度。有些混合励磁永磁电机除了存在工作主气隙，还存在附加气隙，从而降低了电机的效率，同时电机结构也变得复杂。

然而，有一类混合励磁永磁电机定子与普通交流电机相同，转子上既有永磁体，又有励磁绕组，两者产生的磁通流经相同的电机铁心，提高了材料的利用率，保持了永磁电机高功率密度的优点。电机中不存在轴向磁场和附加气隙，保持了永磁电机高效率的优点。但由于励磁绕组位于转子上，在没有交流励磁机的条件下使得励磁绕组与外部的连接仍需借助电刷和滑环等机械装置来实现，不能实现电机的无刷化，不仅降低了电机运行的可靠性，而且增加了电机的维护成本。为了保持该类混合励磁永磁电机的优点，同时克服其缺点，清华大学学者提出了一种谐波励磁与永磁励磁相结合的混合励磁永磁电机，但该电机定、转子均需要两套绕组，从而增加了电机的复杂程度和设计成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种无刷无励磁机的谐波励磁的混合励磁永磁同步电机。该电机转子上除永磁体外，仅有一套励磁绕组，每极的励磁绕组分别通过一个二极管直接短接，通过调节定子谐波励磁绕组电流可以调节转子每极励磁绕组电流，以实现永磁电机气隙磁场的调节。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种无刷无励磁机的谐波励磁的混合励磁永磁同步电机，包括一机壳，机壳内装有由定子铁心、定子电枢绕组、定子谐波励磁绕组组成的定子和由转子铁心、转子励磁绕组、永磁体、非导磁材料、转轴组成的转子。定子电枢绕组和定子谐波励磁绕组分布于定子铁心上沿圆周方向开设的槽中；转子铁心上布置有永磁体和转子励磁绕组，转子励磁绕组分布于两块永磁体之间的转子铁心沿圆周方向开设的槽中，且转子每极励磁绕组均分别通过二极管直接短接，非导磁材料位于转子铁心和转轴之间。

所述的定子电枢绕组可以为三相绕组，也可以为单相或者多相绕组；可以为整数槽绕组，也可以为分数槽绕组。

所述的定子谐波励磁绕组可以为三相绕组，也可以为单相或者多相绕组。

所述的转子永磁体充磁方式可以为切向充磁，也可以为径向充磁或者混合充磁。

所述的转子可以在定子内或者放置于定子外。

所述的定子电枢绕组和定子谐波励磁绕组可以相互独立或采用一套定子电枢绕组实现两套绕组的功能。

所述的混合励磁永磁同步电机极对数可以根据需要任意设置，且定子极对数与转子极对数相同。

所述的转子励磁绕组节距与定子谐波励磁绕组节距相同。