專利名稱：無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
與電勵磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)不需要勵磁繞組和直流勵磁電源，取消了電刷和滑環(huán)，實現(xiàn)了電機(jī)的無刷化，因此，永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；由于永磁電機(jī)不存在勵磁損耗，電機(jī)的效率得到了提高；此外，永磁電機(jī)還具有體積小、重量輕，并且結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此，永磁電機(jī)在工業(yè)、民用、軍事以及航空航天等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。 但永磁電機(jī)不足之處在于氣隙磁場調(diào)節(jié)困難，使得永磁電機(jī)的應(yīng)用在一定程度上受到了限制。因此，研究和解決永磁電機(jī)磁場調(diào)節(jié)問題具有非常重要的意義?；旌蟿畲庞来烹姍C(jī)結(jié)合了電勵磁同步電機(jī)以及永磁電機(jī)大部分優(yōu)點(diǎn)。目前，對混合勵磁永磁電機(jī)的研究已經(jīng)成為電機(jī)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，現(xiàn)有混合勵磁永磁電機(jī)方案近 30種。其中有些方案永磁磁勢和電勵磁磁勢在磁路上串聯(lián)，由于永磁體的相對磁導(dǎo)率與空氣基本相等，為了對氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要輸入一個較大的勵磁電流，從而增加了勵磁損耗，降低電機(jī)的效率。有些方案存在附加氣隙以及軸向和徑向磁場共存，不僅降低了電機(jī)的效率，而且電機(jī)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。有些方案是由一臺永磁同步電機(jī)和一臺電勵磁同步電機(jī)的組合而成，從而降低了電機(jī)的功率密度。還有一類方案，定子與普通的交流電機(jī)相同， 轉(zhuǎn)子上既有永磁體，又有勵磁繞組，勵磁繞組產(chǎn)生的磁場主要是對氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)。電機(jī)中只存在徑向磁通，并且電勵磁磁勢與永磁磁勢在磁路上并聯(lián)，因而所需的勵磁磁動勢小， 保持了永磁電機(jī)效率高的特點(diǎn)。但由于勵磁繞組在轉(zhuǎn)子上，使得勵磁繞組與外部的連接仍需要滑環(huán)和電刷，增加了電機(jī)維護(hù)量，降低了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要電刷和集電環(huán)的采用無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的采用無線傳輸?shù)凝X諧波勵磁混合勵磁永磁電機(jī)，在機(jī)殼1內(nèi)裝有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸6穿過轉(zhuǎn)子鐵心7中心孔并與轉(zhuǎn)子鐵心7固定；轉(zhuǎn)軸 6通過軸承5與機(jī)殼1連接；定子由定子繞組3分布于定子鐵心2上沿圓周方向開設(shè)的槽 9中組成；轉(zhuǎn)子由永磁體4和轉(zhuǎn)子繞組8布置在轉(zhuǎn)子鐵心7上組成；轉(zhuǎn)子繞組8轉(zhuǎn)子繞組8 由轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11組成，轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11通過二極管整流電路12和斬波電路13相連，斬波電路13中的開關(guān)器件的驅(qū)動信號通過無線接收模塊14獲得；定子繞組3與永磁體4和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用， 相當(dāng)于一臺旋轉(zhuǎn)磁極的同步發(fā)電機(jī)。所述定子繞組為單相、三相或多相繞組；為整數(shù)槽繞組或為分?jǐn)?shù)槽繞組。所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組為單相、三相或多相繞組。
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所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組為集中繞組或為分布繞組。所述轉(zhuǎn)子永磁體的數(shù)量根據(jù)電機(jī)設(shè)計需要成對設(shè)置。所述轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)或者放置于定子外。所述永磁體采用徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)。所述二極管整流電路采用橋式全波整流或采用半波整流。所述斬波電路為升壓、降壓或者升降壓。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的混合勵磁永磁電機(jī)具有如下特占.
^ \\\ ·1.電機(jī)不需要電刷和集電環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)量小。2.與普通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)相近，有利于磁路分布和電機(jī)繞組的優(yōu)化設(shè)計。3.不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，漏磁小，保持了永磁電機(jī)的高效率。4.勵磁電流通過獲取有槽電機(jī)中固有的齒諧波磁場，提高了電機(jī)材料的利用率和功率密度。5.斬波電路的驅(qū)動信號通過無線傳輸?shù)姆绞将@得，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和響應(yīng)速度。


圖1為采用無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A截面圖。圖3是無線傳輸?shù)凝X諧波勵磁混合勵磁永磁電機(jī)系統(tǒng)的原理圖。圖4是齒諧波磁場產(chǎn)生的原理圖，為了方便說明，將定子槽展開為直線畫圖。圖中畫出了 a.定子開槽，b. 一階齒諧波磁導(dǎo)，c.勵磁磁勢基波分量以及產(chǎn)生的齒諧波磁密波形。其中1為機(jī)殼，2為定子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，5為軸承，6為轉(zhuǎn)軸，7為轉(zhuǎn)子鐵心，8為轉(zhuǎn)子繞組。9為定子鐵心上布置繞組的槽，10為轉(zhuǎn)子鐵心上布置的齒諧波繞組，11為轉(zhuǎn)子鐵心上布置的勵磁繞組。12為二極管整流電路，13為斬波電路，14為無線接收模塊，15為無線發(fā)射模塊，16為勵磁控制系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明為一種不需要電刷和集電環(huán)的采用無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例由圖1、2、3可知，本發(fā)明采用無線傳輸?shù)凝X諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)，在機(jī)殼1內(nèi)裝有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸6穿過轉(zhuǎn)子鐵心7中心孔并與轉(zhuǎn)子鐵心7固定；轉(zhuǎn)軸6通過軸承5與機(jī)殼1連接；定子由定子繞組3分布于定子鐵心2上沿圓周方向開設(shè)的槽9中組成， 機(jī)殼1與定子鐵心2固定不動。轉(zhuǎn)子由永磁體4和轉(zhuǎn)子繞組8布置在轉(zhuǎn)子鐵心7上組成； 轉(zhuǎn)子繞組8由轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11組成，轉(zhuǎn)子繞組8與轉(zhuǎn)子鐵心7 —起隨著轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11通過二極管整流電路12和斬波電路13相連，斬波電路13中的開關(guān)器件的驅(qū)動信號通過無線接收模塊14獲得；定子繞組3與永磁體4和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，相當(dāng)于一臺旋轉(zhuǎn)磁極的同步發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的工作原理是轉(zhuǎn)軸6以同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子永磁體4建立磁場，在定子繞組 3中感應(yīng)同步頻率的電動勢，在轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10中感應(yīng)出齒諧波電動勢，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時， 定子繞組3的電動勢保持恒定。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶上電感性負(fù)載時，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，發(fā)電機(jī)的端電壓要下降。為了保持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定，在轉(zhuǎn)子鐵心7上布置了轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11。轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10和轉(zhuǎn)子勵磁繞組11之間通過二極管整流電路12和斬波電路13相連。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓下降時，勵磁控制系統(tǒng)16向無線發(fā)射模塊 15輸出脈沖信號，然后由無線發(fā)射模塊15傳遞到轉(zhuǎn)子上的無線接收模塊14，用于控制斬波電路13的輸出電壓，以達(dá)到調(diào)節(jié)氣隙磁場和發(fā)電機(jī)端電壓的作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓下降越多，脈沖就越寬，勵磁電流就越大，從而使發(fā)電機(jī)輸出電壓仍然保持恒定。下面來具體說明轉(zhuǎn)子齒諧波繞組10感應(yīng)齒諧波電動勢的原理。圖4中畫出了 a.定子開槽，b. —階齒諧波磁導(dǎo)、c.勵磁磁勢基波分量以及產(chǎn)生的齒諧波磁密波形。假設(shè)定子開槽，轉(zhuǎn)子表面光滑。氣隙導(dǎo)磁系數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于，在機(jī)殼(1)內(nèi)裝有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸(6)穿過轉(zhuǎn)子鐵心(7)中心孔并與轉(zhuǎn)子鐵心(7)固定；轉(zhuǎn)軸(6)通過軸承 (5)與機(jī)殼(1)連接；定子由定子繞組C3)分布于定子鐵心( 上沿圓周方向開設(shè)的槽(9) 中組成；轉(zhuǎn)子由永磁體(4)和轉(zhuǎn)子繞組(8)布置在轉(zhuǎn)子鐵心(7)上組成；轉(zhuǎn)子繞組(8)由轉(zhuǎn)子勵磁繞組(11)間隔嵌入轉(zhuǎn)子齒諧波繞組(10)槽中組成，轉(zhuǎn)子齒諧波繞組(10)和轉(zhuǎn)子勵磁繞組(11)通過二極管整流電路(1 和斬波電路(1 相連，斬波電路(1 中的開關(guān)器件的驅(qū)動信號通過無線接收模塊(14)獲得；定子繞組( 與永磁體(4)和轉(zhuǎn)子勵磁繞組 (11)相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，相當(dāng)于一臺旋轉(zhuǎn)磁極的同步發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于所述定子繞組為單相、三相或多相繞組；所述定子繞組為整數(shù)槽繞組或為分?jǐn)?shù)槽繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子齒諧波繞組為單相、三相或多相繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子勵磁繞組為集中繞組或為分布繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子永磁體的數(shù)量根據(jù)電機(jī)設(shè)計需要成對設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳輸、齒諧波勵的磁混合勵磁永磁電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)或者放置于定子外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述永磁體采用徑向結(jié)構(gòu)、切向結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述二極管整流電路采用橋式全波整流或采用半波整流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述斬波電路采用升壓、降壓或者升降壓斬波電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的一種無線傳輸、齒諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)。在機(jī)殼內(nèi)裝有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸穿過轉(zhuǎn)子鐵心中心孔并與轉(zhuǎn)子鐵心固定；轉(zhuǎn)軸通過軸承與機(jī)殼連接；定子繞組與永磁體和轉(zhuǎn)子勵磁繞組相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，轉(zhuǎn)子齒諧波繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組通過二極管整流電路和斬波電路相連，斬波電路中開關(guān)器件的驅(qū)動信號通過無線接收模塊獲得。勵磁控制系統(tǒng)向無線發(fā)射模塊輸出脈沖信號，然后由無線發(fā)射模塊傳遞到轉(zhuǎn)子上的無線接收模塊，控制斬波電路中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷，向轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供所需的勵磁電流，從而實現(xiàn)對氣隙磁場和定子繞組輸出電壓的調(diào)節(jié)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，無電刷和集電環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，沒有附加氣隙，不存在軸向磁路，漏磁小，電勵磁損耗小，電機(jī)效率高，具有較好的調(diào)節(jié)主磁場能力。
文檔編號H02K21/14GK102185448SQ20111011845
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者夏永洪, 王善銘, 王祥珩, 蘇鵬聲, 黃劭剛 申請人:清華大學(xué)