[发明专利]双谐波励磁的混合励磁永磁电机

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、高功率密度以及无刷等优点，因此，永磁电机在社会发展的各个领域应用均非常广泛。但由于永磁电机的励磁磁场是由永磁体产生，无法像电励磁电机一样通过调节励磁电流实现对气隙磁场的调节。为了克服永磁电机的这一缺点，国内外一些专家和学者提出了混合励磁永磁电机，该电机存在两种励磁磁动势：永磁励磁磁动势和电励磁磁动势，其中电励磁磁动势是用来调节电机的气隙磁场。目前，提出的混合励磁永磁电机均实现了永磁电机气隙磁场的调节，但有些混合励磁永磁电机的效率较低、或者存在附加气隙和轴向磁路、或者失去了永磁电机无刷的优点。此外，现有大部分混合励磁永磁电机方案都需要电压调节器。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无刷无励磁机以及无电压调节器的采用双谐波励磁的混合励磁永磁电机，这里的双谐波励磁是指利用两种不同产生机理的谐波电动势进行励磁。

本发明的技术方案是这样实现的。

本发明包括一机壳(1)，机壳(1)内装有由定子铁芯(2)、定子绕组(3)组成的定子和由永磁磁极(4)、永磁体(41)，铁磁磁极(5)、转轴(6)、转子铁芯(7)、转子绕组(8)组成的转子；定子绕组(3)分布于定子铁芯(2)上沿圆周方向开设的槽(9)中，转子铁芯(7)上布置有永磁磁极(4)和铁磁磁极(5)，永磁磁极(4)和铁磁磁极(5)表面均开有槽(14)，转子绕组(8)由转子谐波绕组a(10)、转子谐波绕组b(11)和转子励磁绕组(12)组成，转子谐波绕组a(10)分布于永磁磁极(4)上沿圆周方向开设的槽(14)中，转子谐波绕组b(11)分布于铁磁磁极(5)上沿圆周方向开设的槽(14)中，转子励磁绕组(12)套在铁磁磁极(5)的极身上，转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(11)通过二极管整流电路与转子励磁绕组(12)相连。

本发明所述的谐波励磁系统可以为谐波绕组a(10)和谐波绕组b(11)串联后通过二极管整流电路与励磁绕组相连，也可以为谐波绕组a(10)和谐波绕组b(11)分别通过二极管整流电路串联后与励磁绕组(12)相连。

本发明所述的转子永磁磁极(4)与铁磁磁极(5)的数量可以任意设置，两者的比例可以根据电压调节范围确定。

本发明所述的永磁体(41)可以采用径向结构、切向结构，以及混合结构。

本发明所述的电机可以为内转子电机或者外转子电机；也可以为旋转磁极式电机或者旋转电枢式电机。

本发明的双谐波励磁的混合励磁永磁电机定子铁芯(2)上布置一套定子绕组(3)，用于机电能量转换，转子上不仅有永磁体(41)和励磁绕组(12)，而且还有谐波绕组a(10)和谐波绕组b(11)。转子永磁体(41)和转子励磁绕组(12)用于建立电机的气隙磁场，它们的极距均与定子绕组(3)极距相同。转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(11)用于获取气隙中的谐波磁场的能量，为转子励磁绕组(12)提供励磁电流，它们的极距分别与其对应的谐波磁场极距相同。转子的极对数与定子绕组(3)的极对数相同，定子绕组(3)与永磁体(41)和转子励磁绕组(12)相对应，产生电磁感应作用，相当于一台旋转磁极的同步发电机。转子谐波绕组a(10)的谐波感应电动势是由转子永磁磁动势中的基波分量，作用在定子齿谐波磁导上产生的谐波磁场感应得到，转子谐波绕组b(11)的谐波感应电动势是由定子电枢磁动势中的谐波分量，作用在平均气隙磁导上产生的谐波磁场感应得到。发电机空载运行时，永磁体(41)产生的磁动势和转子励磁绕组(12)产生的磁动势共同建立气隙磁场，其中转子励磁绕组(12)的励磁电流由转子谐波绕组a(10)经过二极管整流后提供。发电机负载运行时，永磁体(41)产生的磁动势、转子励磁绕组(12)产生的磁动势以及定子绕组产生的电枢磁动势共同建立气隙磁场，转子励磁绕组(12)的励磁电流由转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(11)经过二极管整流后共同提供，且转子谐波绕组b(11)感应的谐波电动势能够随着负载电流的增加而增大，用于补偿电枢反应的去磁作用，从而实现对气隙磁场的自动调节，以保证定子绕组(3)输出的电压恒定。

与现有技术相比，本发明的混合励磁永磁电机具有如下特点：

1、电机不需要电刷和集电环，以及交流励磁电机，结构简单、可靠性高。

2、在无电压调节器的情况下，充分利用谐波磁场良好的复励特性，实现了发电机的恒压输出。