[发明专利]一种并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统

说明书

本发明公开了一种并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统，包括并列结构混合励磁无刷电机、功率变换器、供电电源、不可控整流器、直流电气负载和交流电气负载。并列结构混合励磁无刷电机包括共转轴并列设置的永磁同步电机和电励磁同步磁阻电机；永磁同步电机包括电枢定子、同步转子和永磁体；电枢定子上绕制有电枢绕组一；电励磁同步磁阻电机包括励磁定子和磁阻转子；励磁定子上绕有电枢绕组二和交流的励磁绕组，电枢绕组一、二相串联，形成总电枢绕组；同步转子的极对数和磁阻转子的极对数相等。通过调节励磁绕组中直轴励磁电流的大小和方向，就能实现总电枢绕组的调压。本发明具有高功率密度、磁场可调节以及励磁磁场和永磁磁场无耦合的优点。

技术领域

本发明涉及电机设计和制造领域，特别是一种并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统。

背景技术

永磁电机具有高转矩/功率密度、高效率和高功率因素等优点，已在许多场合得到应用。然而，永磁电机的弱磁是通过控制电枢绕组中的直轴电流分量（-i_d）来实现，永磁体有着不可逆退磁的风险，且弱磁能力有限。而且，永磁电机在应用于航空电源等发电场合时，需要全功率的可控变换器来实现调压。

由于转子直流励磁绕组的存在，电励磁同步电机的气隙磁场易于调节。但是，转子为旋转体，转子直流励磁的无刷化复杂。因此，电励磁同步电机需要额外的励磁机来实现无刷化励磁，增加了电机复杂性，功率密度低。

开关磁阻电机的转子既无永磁体也无绕组，结构简单可靠，适合高温高速运行。但是，开关磁阻电机在发电运行时也需要全功率的可控变换器来实现无功励磁，功率因数低。

同步磁阻电机也具有开关磁阻电机结构简单可靠的优点，已应用于电动汽车等驱动场合。但是，传统的同步磁阻电机无励磁源，通过凸极效应产生磁阻转矩。因此，这类电机只能作为电动机运行。

传统的励磁源是直流励磁，即在转子或定子上增加直流励磁绕组。但是，传统的同步磁阻电机，即使在定子上加入直流励磁绕组，也无法产生与转子同步旋转的旋转励磁磁场，也就无法实现励磁；而在转子上加入直流励磁绕组，需要安装电刷和滑环才能为直流绕组提供直流电，电枢和滑环会不可避免的降低系统可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统，该并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统将交流励磁型同步磁阻电机与永磁同步电机有机结合，既继承永磁同步电机的高功率密度等优点，也具有电励磁同步磁阻电机磁场可调节的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种并列结构混合励磁无刷电机，包括共转轴并列设置的永磁同步电机和电励磁同步磁阻电机。

永磁同步电机包括电枢定子、同步转子和永磁体。

电枢定子上绕制有电枢绕组一，永磁体位于电枢定子或同步转子上。

电励磁同步磁阻电机包括励磁定子和磁阻转子。

励磁定子上绕制有电枢绕组二和励磁绕组，电枢绕组一和电枢绕组二相串联，形成总电枢绕组。电枢绕组二和励磁绕组均为交流绕组，两者的极对数均等于磁阻转子的极对数。

同步转子的极对数和磁阻转子的极对数相等，均为p。

通过调节励磁绕组中直轴励磁电流的大小和方向，就能实现总电枢绕组的调压，使电枢绕组二输出端的电压和电枢绕组二输出端的电压相互叠加或抵消。

当永磁体位于电枢定子上时，同步转子为凸极转子，同步转子中凸极的对数与磁阻转子的极对数相等。

磁阻转子的外径小于或等于同步转子的外径。