專利名稱：寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種適合于電動車等需要大范圍變速運行的應用場合的雙凸極永磁無刷電機，屬于雙凸極無刷電機制造的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景90年代初，美國電機專家T.A.Lipo等人針對開關(guān)磁阻電機的不足，在開關(guān)磁阻電機的定子或轉(zhuǎn)子上加裝現(xiàn)代高性能永磁體，形成了一種全新的電機—雙凸極永磁電機。已有研究結(jié)果表明雙凸極電機具有功率密度高，結(jié)構(gòu)簡單、容錯性能好、控制靈活等優(yōu)點。然而由于永磁材料的固有特性，雙凸極永磁電機的勵磁無法調(diào)節(jié)，在諸如電動汽車等需寬調(diào)速驅(qū)動的場合的應用受到限制，所以恒功率弱磁控制是雙凸極永磁電機的應用難點之一。
為了提高雙凸極電機的轉(zhuǎn)速范圍，國內(nèi)外先后有人提出了四種方案來削弱雙凸極永磁電機的磁場，達到恒功率弱磁控制的目的。第一種方案是采用機械方法將永磁體從定子鐵芯中拉出，以削弱永磁磁場，原理見圖1。第二種方案是在定子外面用兩個導磁體，將永磁體兩端直接短路，使永磁磁通從該導磁體中通過，從而減小電樞每相繞組中的永磁磁通和電機的氣隙磁通，原理見圖2。第三種方案是采用多級抽頭繞組的寬調(diào)速雙凸極永磁電機，目前該電機已獲得中國發(fā)明專利，專利號為(ZL98111107.6)。該種電機定子上套有具有多級抽頭的集中式繞組，抽頭的多少及每一級抽頭所對應的繞組匝數(shù)可根據(jù)調(diào)速范圍要求而定。該電機在低速運行時，每相繞組有較多的匝數(shù)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，通過抽頭的切換，將每相繞組匝數(shù)減少，永磁磁場在每相繞組中產(chǎn)生的反電勢亦成比例減少，繞組電感按平方關(guān)系下降，繞組電流增加，從而使電機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍增大。第四種方案是采用電勵磁雙凸極電機，通過調(diào)節(jié)直流勵磁電流，可實現(xiàn)對氣隙磁場的控制。
前兩種方案都屬于機械型，需要專用工具，操作困難。在第一種方案中還必須保證永磁體能在鐵芯中自由滑動，既增大了附加氣隙，也使制造和安裝更加復雜，前兩種方案缺點顯而易見，實用價值不大。方案三結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，具有一定的實用性，但在電機寬調(diào)速運行過程中要頻繁切換控制匝數(shù)，電樞繞組中將出現(xiàn)較大的電壓、電流的變化率，需專門的續(xù)流或能量回饋電路，控制成本相對增加。方案四中由于沒有采用高性能的永磁體，只采用直流勵磁，勵磁損耗增加，電機的效率也將受到一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型目的是提供一種寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機，該電機弱磁能力更強，電機效率提高，具有寬廣的恒功率調(diào)速范圍，特別適合于電動車等需要大范圍變速運行的應用場合。
技術(shù)方案本實用新型的寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機的結(jié)構(gòu)是在雙凸極永磁電機的定子上的電樞繞組之間設有直流勵磁線圈，在直流勵磁線圈的外側(cè)對應的設有永磁體，在直流勵磁線圈與永磁體之間設有導磁橋，永磁體的磁場方向為沿著電機的圓周方向。直流勵磁線圈有兩對或兩對以上，與永磁體數(shù)量相對應，均勻分布在雙凸極電機的定子上。
有益效果1.電機定子上的永磁體和定子上的電勵磁繞組產(chǎn)生的混合勵磁磁場在氣隙中是迭加的，共同作用形成電機的主磁場，由于電勵磁磁場的存在使得氣隙磁場不但平滑可調(diào)而且調(diào)節(jié)范圍很大，可從兩倍永磁體磁場調(diào)至零，使該電機具有寬廣的恒功率調(diào)速范圍。
2.本實用新型的另一個優(yōu)點是導磁橋的引入，不僅使電機的定子鐵心可以保持完整，不再分成多瓣，而且為電磁勵提供了額外的通路，使得電勵磁磁場回路的磁阻大大減小，用較小的勵磁磁勢可以產(chǎn)生較大的去磁磁通，弱磁能力更強，電機效率提高。
3.通過控制電勵磁電流的大小和方向，不僅可以進行弱磁控制，還可以進行增磁控制，滿足負載低速大轉(zhuǎn)矩的要求。
4.通過電勵磁電流與電樞電流的協(xié)調(diào)控制，可對電機進行在線效率優(yōu)化，實現(xiàn)最優(yōu)效率分布，特別適合于電動車等需要大范圍變速運行的應用場合。
本實用新型的優(yōu)點是采用高性能永磁體和直流勵磁繞組共同在電機氣隙中形成磁場的混合勵磁方法，在雙凸極混合勵磁電機中首次引入了導磁橋，使混合勵磁雙凸極永磁電機既繼承了雙凸極永磁電機的功率密度大、控制靈活等優(yōu)點，同時又有效解決了雙凸極永磁電機難以實現(xiàn)弱磁控制、恒功率調(diào)速范圍較小的不足，使電機具有寬廣的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，適合電動汽車等需頻繁啟動、加速、高速運行、減少和停車等應用場合。具有一定的科研和利用價值。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的機械式弱磁雙凸極永磁電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的帶定子導磁套軛的雙凸極永磁電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型的12/8極雙凸極混合勵磁電機的截面示意圖。
圖4為12/8極雙凸極混合勵磁電機的電機在空載時的等效磁路示意圖。
具體實施方式
本實用新型是在高性能雙凸極永磁電機的基礎上，采用永磁勵磁和電勵磁相結(jié)合的混合勵磁的方法對電機進行無級弱磁控制，用較小的電勵磁增大電機的調(diào)速范圍，以進一步拓寬雙凸極永磁電機的適用范圍。
在雙凸極電機定子上與定子永磁體產(chǎn)生的磁場軸線相垂直的位置放置一個專門的繞組(直流勵磁繞組)，當該勵磁繞組中通入直流電流所產(chǎn)生的磁場方向與永磁磁場方向相反時，即可實現(xiàn)雙凸極永磁電機的弱磁控制。在電機的永磁體與該勵磁繞組之間特別設置了導磁橋，一方面使電機定子鐵心保持一個整體，另一方面為直流勵磁磁通提供一個通路，分析表明，正是由于創(chuàng)造性地引入導磁橋，為直流勵磁繞組提供了額外的磁路，有效地增強了直流勵磁繞組的弱磁功能，即用較小的直流勵磁磁勢可以獲得較大的弱磁能力。其具體結(jié)構(gòu)是在雙凸極永磁電機的定子2上的電樞繞組5之間設有直流勵磁線圈4，在直流勵磁線圈4的外側(cè)對應的設有永磁體7，在直流勵磁線圈4與永磁體7之間設有導磁橋6，永磁體7的磁場方向為沿著電機的圓周方向。直流勵磁線圈4有兩對或兩對以上，均勻分布在雙凸極永磁電機的定子2上。
以一臺12/8極雙凸極永磁電機為例，其截面如圖3所示，定子上有12個均勻分布的齒，轉(zhuǎn)子上有8個均勻分布的齒。用厚度為0.5mm的硅鋼片按圖3所示的形狀沖成定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片，用足量的沖片疊壓成定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，在定子鐵心上布置4塊永磁體，并在與永磁體相鄰的定子槽中放置直流勵磁線圈。在每個定子齒上套一個線圈，處于空間相同位置齒上的線圈經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相繞組，12個定子齒上的線圈共組成三相電樞繞組。
以下是一臺額定功率PN＝750W，額定轉(zhuǎn)速nN＝1500rpm，額定電壓48V，額定電流6.5A的12/8極混合勵磁雙凸極電機的主要設計數(shù)據(jù)定子內(nèi)徑75mm，硅鋼片疊片長75mm，氣隙長0.45mm，定子極弧20°，定子極高15mm，轉(zhuǎn)子極高9mm，每相繞組匝數(shù)為260匝，永磁體尺寸為75mm×18.5mm×4mm，直流勵磁繞組匝數(shù)為80匝。定轉(zhuǎn)子沖片均采用厚為0.5mm的硅鋼片疊壓。
權(quán)利要求1.一種寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機，其特征在于在雙凸極永磁電機的定子(2)上的電樞繞組(5)之間設有直流勵磁線圈(4)，在直流勵磁線圈(4)的外側(cè)對應的設有永磁體(7)，在直流勵磁線圈(4)與永磁體(7)之間設有導磁橋(6)，永磁體(7)的磁場方向為沿著電機的圓周方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機，其特征在于直流勵磁線圈(4)有兩對或兩對以上，均勻分布在雙凸極永磁電機的定子(2)上。
專利摘要寬調(diào)速雙凸極混合勵磁無刷電機是一種適合于電動車等需要大范圍變速運行的應用場合的雙凸極無刷電機，其結(jié)構(gòu)是在雙凸極混合勵磁電機的定子(2)上的電樞繞組(5)之間設有直流勵磁線圈(4)，在直流勵磁線圈(4)的外側(cè)對應的設有永磁體(7)，在直流勵磁線圈(4)與永磁體(7)之間設有導磁橋(6)，永磁體(7)的磁場方向為沿著電機的圓周方向。其弱磁控制方法是采用永磁勵磁和電勵磁相結(jié)合的混合勵磁的方法對雙凸極混合勵磁電機進行無級弱磁控制，用較小的電勵磁增大電機的調(diào)速范圍。
文檔編號H02K1/17GK2731815SQ20042008004
公開日2005年10月5日 申請日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月10日
發(fā)明者程明, 朱孝勇 申請人:東南大學