[发明专利]一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明属于双凸极永磁同步电机领域，更具体地，涉及一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机。

背景技术

近年来，定子极和转子极均为凸极结构的双凸极永磁电机获得了广泛研究，现有技术中的双凸极永磁同步电机可获得双极性磁链，从而能够极大地提高电机的转矩和功率密度。

双凸极永磁同步电机的气隙磁场若完全由永磁体产生，则气隙磁场难以调节，当电机运行在高转速范围时，会使交流电枢绕组中感应出较高的反电势；当反电势高于电源电压时，能量将不能从电源输进电机，从而不能使电机维持在该转速运行，因此，现有技术提到的双凸极永磁同步电机具有调速范围窄、弱磁扩速能力差等缺点。虽然，现有技术中提出有混合励磁双凸极永磁同步电机以改善其弱磁性能，但是与其交流电枢绕组交链的磁链为单极性(引起转矩密度较小)或其直流励磁绕组所占槽面积极为有限(因受自身结构的限制)，从而难以充分发挥其调磁性能并解决双凸极永磁同步电机的弱磁调速问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机，通过采用多相交流绕组和直流励磁两组绕组，其中通过控制直流励磁绕组中电流的方向和大小可以调节其产生的磁场，进而与永磁体产生的磁场相互作用，使气隙磁场得到增加或者削弱，同时定子极采用不等间距的设置，通过优化设计调节直流励磁绕组和交流电枢绕组所占的槽面积比例，从而增加电机气隙磁场的调节能力，由此解决双凸极永磁同步电机弱磁能力差、调速范围窄的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种定子不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机，该电机包括定子、转子、永磁体、交流电枢绕组、直流励磁绕组和转轴，其特征在于，

所述定子设置在所述转子的外部，该定子由多个相同的模块拼接而成，每个模块上均设置有夹角为的两个凸极定子极，不同模块中相邻的定子极之间的夹角为θ，其中，与θ不相等，由此形成不等间距的定子极；另外，相邻的所述模块之间均设置有所述永磁体；同一个所述模块中的相邻定子极上均设置有所述直流励磁绕组，不同所述模块中相邻定子极上均设置有所述交流电枢绕组，所有的所述交流电枢绕组形成交流绕组集，该交流绕组集中的交流电枢绕组上通入有多种相位的电流；

所述转子设置在所述转轴上，该转子的外圆周上设置有均匀分布的多个凸极结构的转子极，且该转子极与所述定子极相对设置。

进一步优选地，所述交流电枢绕组上通入有多种相位的电流，各个电流之间的相位角度δ按照下列表达式进行，

其中，m是通入的电流相数，m是大于或等于3的正整数。

进一步优选地，相邻的永磁体的磁化方向相反。

进一步优选地，所述定子极、转子极与相数之间的关系按照下列表达式进行，

其中，N_s表示定子极数，N_r表示转子极数，k为任意整数。

进一步优选地，所述夹角与θ之间的关系按照下列表达式进行，

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过采用多相交流电枢绕组，不同相绕组通入电流(正弦波或者方波)的相位互差360/m(m为电机的相数)电角度，从而能获得更高的转矩密度和启动转矩，并提高电机的可靠性；

2、本发明所述电机设置有直流励磁绕组，可通过控制直流励磁绕组中电流的大小和方向实现电机气隙磁场的调节，进而能够改善电机的弱磁扩速能力，扩展其恒功率运行范围；

3、本发明所述电机的多相电枢绕组和直流励磁绕组所占的槽面积可通过调节同一个模块上的两个定子极之间的夹角进行分配，从而能够确保直流励磁绕组具有较大的槽面积和较高的匝数，进而确保其具有较强的磁场调节能力，使电机获得更强的弱磁扩速能力；

4、本发明通过将定子、转子、转轴、永磁体和电枢绕组集成设计成一体，简化了产品结构，使得电机的整体结构更为紧凑，并且具备整体布局巧妙，便于操控和使用方便等特点。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的三相12槽5极定子极不等间距混合励磁双凸极永磁同步电机的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的三相12槽8极定子极不等间距混合励磁双凸极永磁同步电机的结构示意图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的五相20槽12极定子极不等间距混合励磁双凸极永磁同步电机的结构示意图；