[发明专利]无刷交流复合励磁无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明属于交流发电无刷直流电机的技术领域，特别涉及一种无刷交流复合励磁无刷直流电机。

背景技术

一个多世纪以来，电机包括发电机和电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中。电机的主要类型有直流电机、同步电机和异步电机与三种。

直流电机缺点：结构相对复杂，增加了制造成本；换向时会产生火花，限制了使用范围；同步电机缺点：最大转矩受永磁体去磁约束、抗震能力差、高转速受限制、功率较小，成本高和起动困难。异步电机缺点：驱动电路复杂导致系统成本高、电机效率和功率密度偏低。

其次还有无刷直流电机、无刷双馈电机、无刷励磁同步电机等其他类型电机，其中：

直流无刷电机缺点：价格高，控制器要求高，易形成共振。无刷双馈电机缺点：无刷双馈电机系统模型复杂；在负载变化较大时不能始终保持同步电机硬的机械特性；励磁电流较大，运行功率和效率低；励磁损耗较高，稳定性差，可靠性差。无刷励磁同步电机缺点：无刷励磁同步电机励磁侧的直流励磁绕组，在低转速下励磁效率降低，励磁易失效、功率密度偏低。

另外，从目前无刷励磁电机的技术上看，无刷励磁电机电励磁部分大多采用直流电流励磁，如发明专利号为ZL.200310106347.6的混合励磁同步电机和如发明专利号为ZL.200310106346.1的双凸极混合励磁同步电机，由于直流电流产生的是相对于励磁绕组位置固定不变的磁场，其在电机转速较低时存在励磁效率低且容易失效的风险。

如图13所示的无刷励磁发电机的实施例，进行发电时，由于其转子侧只采用直流绕组，因此只能进行直流励磁，在低转速下存在励磁效率低或者励磁失效的风险，导致电机运行范围窄。并且在其转子上只存在直流绕组产生直流电磁场，因此不能够使电机发出方波交流电。

如图14所示的无刷励磁电动机实施例，摘自李志民、张遇杰编著的《同步电动机调速系统》一书中的同步发电机无刷励磁原理图。由于其作为电动机需要先使转子产生交流电才能使直流绕组产生直流电磁场，所以不能够在定子励磁绕组上采用直流励磁方案。所以在其实施例中采用交流励磁机为定子交流励磁绕组提供交流感应磁场，励磁电流的调节可通过控制晶闸管整流桥的延迟角来完成。但是交流励磁机只能调节电流电压，不能调节励磁绕组的交流电频率，因此仍旧存在励磁效率低，电机运行范围窄的问题。

上述可以看出无刷励磁电机的电励磁部分采用直流电流励磁，虽然励磁控制相对简单，技术也比较成熟，但是混合励磁同步电机或者电刷和滑环的存在使电机可靠性较低以及环境适应性较差，或者双凸极电机使输出电压正弦性不好，或者爪极电励磁使结构复杂，且需要消耗较多的电励磁磁动势，降低了电励磁效率。为了克服以上电机的缺点，本发明结合各个电机的特点提供一种无刷交流复合励磁无刷直流电机。解决了普通有刷直流电机有刷结构复杂，无刷直流电机、无刷双馈电机、永磁同步电机和异步电机功率密度偏低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无刷交流复合励磁无刷直流电机，其在定子励磁绕组端采用交流变频励磁绕组时低转速下励磁效率高、励磁范围宽，转子功率励磁单元由直流绕组和永磁体进行复合功率励磁，定子功率绕组可采用三相或多相绕组进行励磁方波发电，电机运行功率密度大、运行范围广，既能用于发电运行也能用于电动运行。

本发明的技术方案是：这种无刷交流复合励磁无刷直流电机(1)，其包括定子励磁绕组(2)，电机转子(3)，定子功率绕组(4)，所述的电机转子(3)包括转子励磁绕组(31)、旋转整流器(32)、转子功率励磁单元(33)，所述的转子功率励磁单元(33)包括直流绕组(331)和永磁体(332)，直流绕组(331)附绕在永磁体(332)上且两者进行复合励磁。

更进一步地，所述的定子励磁绕组(2)采用交流变频励磁，通过在定子励磁绕组(2)输入变频交流电产生交流变频感应电磁场，使电机转子(3)中的转子励磁绕组(31)产生交流电，并通过旋转整流器(32)整流为直流电，该直流电为转子功率励磁单元(33)中的直流绕组(331)提供电流产生直流电磁场。

更进一步地，所述的电机转子(3)还包括保护单元(34)，保护单元(34)包括压敏电阻(341)和/或吸收电容(342)。

更进一步地，所述的定子励磁绕组(2)的绕组连接的方式包括星型绕组连接和角型绕组连接；

所述的定子励磁绕组(2)的绕组相数采用三的倍相绕组；

所述的定子励磁绕组(2)接收交流变频励磁电流，产生交变感应电磁场；