專利名稱：多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定子混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，屬于電機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域， 具體是一種多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)利用永磁材料代替勵(lì)磁繞組，不存在勵(lì)磁銅耗，電機(jī)體積和重量大 為減小，具有功率密度大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。但由于將永磁體 放置在轉(zhuǎn)子上，需要在轉(zhuǎn)子上安裝相應(yīng)的固定裝置，引起冷卻困難，而溫升可能會(huì)最終導(dǎo)致 永磁體發(fā)生不可逆退磁，限制了電機(jī)出力，降低了功率密度。開關(guān)磁阻電機(jī)在成本、效率、調(diào)速性能、單位體積功率、可靠性、散熱性等方面具有 優(yōu)勢，但作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于其功率因素低，當(dāng)工作在高速狀態(tài)時(shí)，變換器的負(fù)擔(dān)加劇， 而且控制策略比較復(fù)雜。1992年Lipo提出的雙凸極永磁電機(jī)、1996年I. Boldea提出的磁通反向電機(jī)和 1997年E. Hoang提出的磁通切換型永磁電機(jī)都屬于定子永磁型雙凸極結(jié)構(gòu)電機(jī)，轉(zhuǎn)子上 既無永磁體又無繞組，目前的研究成果表明這三種電機(jī)都具有高功率密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。 永磁雙凸極電機(jī)的每相磁鏈為雙極性，而且轉(zhuǎn)子直槽型雙凸極電機(jī)的反電動(dòng)勢諧波含量較 高；磁通反向電機(jī)的磁鏈特性為雙極性，但電樞磁通和永磁磁通是串聯(lián)的，存在著永磁體發(fā) 生不可逆退磁的危險(xiǎn)。所謂磁通切換電機(jī)，是指隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，激磁磁通切換其路 徑，使得定子繞組內(nèi)磁鏈的大小和方向均發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交變的電勢。磁通切換型永磁 電機(jī)的每相永磁磁鏈為雙極性，且磁鏈和反電勢波形都接近正弦分布，轉(zhuǎn)矩密度和功率密 度相對更高。永磁式磁通切換型電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁方式無法直接改變磁場強(qiáng)度，作為發(fā)電機(jī) 時(shí)存在電壓調(diào)整率較大和故障滅磁困難，作為電動(dòng)機(jī)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)弱磁升速，恒功率運(yùn)行范圍窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，具有較高的轉(zhuǎn)矩輸出能力和功率密度，適于直 接改變磁場強(qiáng)度并適用于低速直趨應(yīng)用場合的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)包括定子1、 永磁體2、電樞繞組3、單相勵(lì)磁繞組4和凸極式的轉(zhuǎn)子5 ；轉(zhuǎn)子5上既無永磁體也無繞組； 定子1包括均布于一圓周上的多個(gè)U型的定子極7、以及與各定子極7構(gòu)成一體且連接于 各定子極7外周的鐵心連接磁橋6 ；各定子極7具有兩個(gè)端部，各端部上設(shè)有兩個(gè)定子齒8， 且各定子極7上的定子齒8同圓周分布；永磁體2設(shè)于相鄰的兩個(gè)定子極7的相鄰U型臂 之間，電樞繞組3設(shè)于相鄰的兩個(gè)定子極7的相鄰U型臂上；所述的各U型的定子極7的弧 形底部經(jīng)連接部與鐵心連接磁橋6相連成一體，各連接部上設(shè)有勵(lì)磁線圈，各勵(lì)磁線圈依 序首尾串聯(lián)構(gòu)成單相勵(lì)磁繞組4。
進(jìn)一步，所述電樞繞組3包括多對對稱設(shè)置的集中電樞線圈，一對集中電樞線圈 串聯(lián)并構(gòu)成一相電樞繞組。進(jìn)一步，所述永磁體2是沿圓周切向交替充磁的鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。進(jìn)一步，所述永磁體2與鐵心連接磁橋6的內(nèi)壁之間、相鄰兩個(gè)所述連接部之間為 一空槽，各空槽中的兩個(gè)勵(lì)磁線圈的通電極性一致。
進(jìn)一步，所述單相勵(lì)磁繞組4和各永磁體2在空間上是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即單相勵(lì)磁繞 組4所產(chǎn)生的電勵(lì)磁主磁通不經(jīng)過永磁體2。本發(fā)明中，定子齒數(shù)為永磁體塊數(shù)的4倍，氣隙磁場由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁 場和永磁體產(chǎn)生的磁場共同構(gòu)成。各定子極具有四個(gè)定子齒，轉(zhuǎn)子極數(shù)是4*NS士k，NS為定 子極數(shù)，K為自然數(shù)；圖1為三相電機(jī)，NS = 6 ;k = -5 ；圖2為四相電機(jī)，NS = 8 ;k = -6。若電機(jī)為三相電機(jī)，則相應(yīng)的定子極數(shù)為6*p，p為自然數(shù)；在圖1、2中，ρ = 1。若 為四相電機(jī)，則定子極數(shù)為8*p，如此類推定子極數(shù)=2*m*p ；m為相數(shù)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子極與不同的定子齒對齊，穿過各個(gè)集中電樞線圈的磁通方向就 會(huì)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生磁通切換效應(yīng)，由此每相電樞繞組所匝鏈的磁鏈為雙極性。氣隙磁場由單相勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁場和永磁體產(chǎn)生的磁場共同構(gòu)成，通過 改變勵(lì)磁電流大小和方向來調(diào)節(jié)氣隙磁場，從而提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍和弱磁能力。電 勵(lì)磁磁力線經(jīng)由永磁體頂部的鐵心連接磁橋閉合，可減小電勵(lì)磁安匝數(shù)。本發(fā)明的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)具有的積極技術(shù)效果(1)本發(fā)明的 電機(jī)中，由于硅鋼片的磁導(dǎo)率大于空氣和永磁體，因此電勵(lì)磁磁力線經(jīng)由永磁體頂部的鐵 心連接磁橋閉合，相應(yīng)電勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的主磁通不經(jīng)過永磁體，降低了永磁體發(fā)生不可 逆去磁的危險(xiǎn)性。另外，采用較少的電勵(lì)磁安匝數(shù)就能達(dá)到較好的調(diào)磁效果，相應(yīng)的電勵(lì)磁 銅損耗也較小。(2)每個(gè)定子極的端部有四個(gè)定子齒8，為多齒結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的電機(jī)采用多齒結(jié) 構(gòu)，相應(yīng)轉(zhuǎn)子極數(shù)高于同定子極數(shù)的普通混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)；若發(fā)明的電機(jī)應(yīng)用于風(fēng) 力發(fā)電場合，相同風(fēng)速下輸出交流電頻率更高(交流電頻率fph = Nr*n/60，Nr為轉(zhuǎn)子極 數(shù)，η為每分鐘電機(jī)轉(zhuǎn)速)，整流濾波環(huán)節(jié)所需的電容也更小。(3)本發(fā)明電機(jī)中的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，沒有永磁體和繞組，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，電機(jī) 冷卻方便；(4)本發(fā)明的電機(jī)保留了永磁磁通切換電機(jī)每相磁鏈雙極性，轉(zhuǎn)矩大、功率密度 高、磁鏈和反電動(dòng)勢諧波含量低的優(yōu)點(diǎn)；(5本發(fā)明的電機(jī)增加了一套勵(lì)磁繞組，通過改變 勵(lì)磁電流大小和方向來調(diào)節(jié)氣隙磁場；(6)本發(fā)明電機(jī)中的定子沖片通過鐵心連接磁橋成 為一個(gè)整體，便于加工。


圖1是實(shí)施例1中的三相多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施例2中的四相多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實(shí)施例1中的三相多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)永磁體單獨(dú)工作的磁 力線分布圖。圖4是實(shí)施例1中的三相多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)電勵(lì)磁單獨(dú)工作的磁力線分布圖；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述實(shí)施例1 如圖1所示，本發(fā)明的三相多齒 磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)包括定子1和轉(zhuǎn)子5，具有十九個(gè)凸極的轉(zhuǎn)子5位于定子1的 內(nèi)部，轉(zhuǎn)子5由齒槽式鐵心疊片構(gòu)成，無繞組和永磁體；在定子1上設(shè)置有三相集中電樞繞 組3、單相勵(lì)磁繞組4和六塊永磁體2。定子1包括同圓周均勻分布的六個(gè)U型的定子極7、以及與各定子極7構(gòu)成一體 且連接于各定子極7外周的鐵心連接磁橋6，各定子極7的端部設(shè)有四個(gè)定子齒8，各定子 極7上的定子齒8同圓周分布；相鄰的兩個(gè)定子極7的相鄰U型臂之間設(shè)有永磁體2，相鄰 的兩個(gè)定子極7的相鄰U型臂上設(shè)有電樞繞組3 ；所述的各U型的定子極7的弧形底部經(jīng) 連接部與鐵心連接磁橋6相連成一體，各連接部上設(shè)有勵(lì)磁線圈，各勵(lì)磁線圈依序首尾串 聯(lián)構(gòu)成單相勵(lì)磁繞組4。永磁體2是沿圓周切向交替充磁的鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。集中電樞繞組3的A相電樞繞組由第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈 312構(gòu)成，且第一集中電樞線圈311與第二集中電樞線圈312在圓周上徑向相對；集中電樞 繞組3的B相電樞繞組由第三集中電樞線圈321和第四集中電樞線圈322構(gòu)成，且第三集 中電樞線圈321與第四集中電樞線圈322在圓周上徑向相對；集中電樞繞組3的C相電樞 繞組由第五集中電樞線圈331和第六集中電樞線圈332構(gòu)成，且第五集中電樞線圈331與 第六集中電樞線圈332在圓周上徑向相對；各電樞繞組套于相應(yīng)的定子極7上，且每相電樞 繞組中的兩個(gè)集中電樞線圈依次首尾串聯(lián)。單相勵(lì)磁繞組4由第一勵(lì)磁線圈401、第二勵(lì)磁線圈402、第三勵(lì)磁線圈403、第四 勵(lì)磁線圈404、第五勵(lì)磁線圈405、第六勵(lì)磁線圈406依次順序首尾串聯(lián)而成。所述永磁體 2與鐵心連接磁橋6的內(nèi)壁之間、相鄰兩個(gè)所述連接部之間為一空槽，各空槽中的兩個(gè)勵(lì)磁 線圈的通電極性一致。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在圖1所示位置時(shí)，A相電樞繞組中的第一集中電樞線圈311和第二集 中電樞線圈312中的永磁磁通數(shù)值最大，圖3給出了該位置永磁體單獨(dú)工作的有限元仿真 磁力線分布圖；圖4給出了該位置電勵(lì)磁單獨(dú)工作的有限元仿真磁力線分布圖，仿真實(shí)驗(yàn) 表明電勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的主磁通不經(jīng)過永磁體，降低了永磁體發(fā)生不可逆去磁的危險(xiǎn)性。此時(shí)若通過單相勵(lì)磁繞組4施加與永磁磁勢方向相同的電勵(lì)磁磁勢，第一集中電 樞線圈311和第二集中電樞線圈312中匝鏈的磁通增加，進(jìn)而提高感應(yīng)電動(dòng)勢；如果改變勵(lì) 磁電流方向，第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈312中匝鏈的磁通減少，進(jìn)而降低 感應(yīng)電動(dòng)勢。實(shí)施例2 如圖2所示，本發(fā)明的四相多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)包括定子1和轉(zhuǎn)子5，具有二十六個(gè)凸極的轉(zhuǎn)子5位于定子1的內(nèi)部，轉(zhuǎn)子5由齒槽式鐵心疊片構(gòu)成， 無繞組和永磁體；在定子1上設(shè)置有四相集中電樞繞組3、單相勵(lì)磁繞組4和八塊永磁體2。 雖然定子1增加了一組勵(lì)磁線圈和集中電樞線圈，但其繞制原理與實(shí)施例1相似，不再贅 述。
權(quán)利要求
一種多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括定子(1)、永磁體(2)、電樞繞組(3)、單相勵(lì)磁繞組(4)和凸極式的轉(zhuǎn)子(5)；轉(zhuǎn)子(5)上既無永磁體也無繞組；定子(1)包括均布于一圓周上的多個(gè)U型的定子極(7)、以及與各定子極(7)構(gòu)成一體且連接于各定子極(7)外周的鐵心連接磁橋(6)；各定子極(7)具有兩個(gè)端部，各端部上設(shè)有兩個(gè)定子齒(8)，且各定子極(7)上的定子齒(8)同圓周分布；所述永磁體(2)設(shè)于相鄰的兩個(gè)定子極(7)的相鄰U型臂之間，所述電樞繞組(3)設(shè)于相鄰的兩個(gè)定子極(7)的相鄰U型臂上；所述的各U型的定子極(7)的弧形底部經(jīng)連接部與鐵心連接磁橋(6)相連成一體，各連接部上設(shè)有勵(lì)磁線圈，各勵(lì)磁線圈依序首尾串聯(lián)構(gòu)成單相勵(lì)磁繞組(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其特征在于所述電樞 繞組(3)包括多對對稱設(shè)置的集中電樞線圈，一對集中電樞線圈串聯(lián)并構(gòu)成一相電樞繞 組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其特征在于所述 永磁體(2)是沿圓周切向交替充磁的鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其特征在于所述 永磁體(2)與鐵心連接磁橋(6)的內(nèi)壁之間、相鄰兩個(gè)所述連接部之間為一空槽，各空槽中 的兩個(gè)勵(lì)磁線圈的通電極性一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其特征在于所述 單相勵(lì)磁繞組(4)和各永磁體(2)在空間上是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即單相勵(lì)磁繞組(4)所產(chǎn)生的電 勵(lì)磁主磁通不經(jīng)過永磁體(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多齒磁橋式混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，永磁體、電樞繞組、單相勵(lì)磁繞組安置在定子上，定子齒數(shù)為永磁體塊數(shù)的4倍，轉(zhuǎn)子部分為凸極，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固。氣隙磁場由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁場和永磁體產(chǎn)生的磁場共同構(gòu)成，通過改變勵(lì)磁電流大小和方向來調(diào)節(jié)氣隙磁場，從而提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍和弱磁能力。電勵(lì)磁磁力線經(jīng)由永磁體頂部的鐵心連接磁橋閉合，有利于減小電勵(lì)磁安匝數(shù)。本發(fā)明勵(lì)磁繞組和永磁體在空間上是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，相磁通呈雙極性，磁鏈變化幅值大，具有較高的轉(zhuǎn)矩輸出能力和功率密度，適合于低速直趨應(yīng)用場合。
文檔編號(hào)H02K1/17GK101834474SQ20101012559
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者許澤剛, 謝少軍 申請人:常州工學(xué)院