增磁型凸极式混合励磁同步电机

摘要

一种增磁型凸极式混合励磁同步电机，主要包括定子和转子，其中的定子采用与常规永磁同步电机定子结构相同的定子；转子与凸极式电励磁同步电机转子外形相似，具有电励磁绕组且交轴气隙大于直轴气隙。转子的每个磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽，磁钢槽内分别放置同极性的磁钢，最终形成交轴磁阻大于直轴磁阻的双“V”字型的混合励磁磁极结构。本发明利用电励磁绕组可直接调节感应电势大小，能避免对磁钢产生不可逆退磁作用。而且在同时施加交轴电流和增磁性直轴电流的情况下，能产生增磁性磁阻转矩分量以提高电机的转矩密度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种可通过转子上的电励磁绕组来控制气隙磁 场，且具有增磁型磁阻转矩的混合励磁同步电机。

背景技术

混合励磁电机集合了永磁电机和电励磁电机的特点，可简单、灵活、经济地调 节电机气隙磁场，改变绕组感应电势的特点。然而，一般的混合励磁电机在功率密 度指标上难以与传统永磁电机相比，而且由于比较复杂的结构导致加工难度较大， 实用价值较小，因此基本上还没有实现批量生产的混合励磁电机。

一般的IPM电机转子结构均为直轴电感小于交轴电感，而凸极式电励磁转子 则均为直轴电感大于交轴电感。施加交轴电流和弱磁效应的直轴电流的情况下， IPM转子能产生正向的弱磁性磁阻转矩，而电励磁转子却产生反向的磁阻转矩，因 此这两种转子结构难以统一于混合励磁电机中。

此外，一般的IPM电机产生的弱磁性磁阻转矩会有一定的副作用：1)一般的 IPM电机转子，交轴电感较大，因此交轴的电枢反应相当剧烈，这会严重影响磁场 波形的正弦性；2)为了产生正向的转矩，会有一定幅度的弱磁性直轴电流，在削 弱基波磁势的同时，也同时会造成磁场谐波分量的增多；3)弱磁性直轴电流对磁 钢会产生很强的去磁效应，对磁钢的安全产生威胁。

所以，如果有直轴电感大于交轴电感IPM转子，就能产生正向的增磁性的磁 阻转矩，由于这时施加的是增磁性直轴电流和交轴电流，没有弱磁性磁阻转矩的副 作用。此外，这样的IPM转子和凸极式电励磁转子在磁阻转矩性质上有很好的一 致性，能很好的融合在一起。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种具有增磁性 磁阻转矩的混合励磁同步电机。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种增磁型凸极式混合励磁 同步电机，主要包括定子和转子，所述的定子采用与常规永磁同步电机定子结构相 同的定子；所述的转子与凸极式电励磁同步电机转子外形相似，具有电励磁绕组且 交轴气隙大于直轴气隙；转子的每个磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽，磁 钢槽内分别放置同极性的磁钢，最终形成交轴磁阻大于直轴磁阻的双“V”字型的 混合励磁磁极结构。

所述的两个“V”字型磁钢槽之间留有较宽的筋，使得电励磁绕组产生的磁势 可以很容易的通过这条筋，励磁功率得以降低。

本发明的磁场调节原理可结合图3a)、图3b)、图3c)说明如下：

通过调节电励磁绕组的电流大小和方向，可以调节转子磁场的磁场分布，从而 影响气隙磁场的大小。当电励磁电流为零的情况下，空载的气隙磁密波形中间会有 一定的空缺，如图3a)所示；当施加增磁性励磁电流时，空载气隙磁密波形中间 的空缺会被补上，如图3b)所示；当施加弱磁性励磁电流时，空载气隙磁密波形 的中间部分会和两边相反，如图3c)所示。

本发明的直轴电感大于交轴电感的原理可结合图4、图5如下：

本发明的转子外形采用与凸极式电励磁同步电机转子相似的外形，从而构成了 交轴气隙大于直轴气隙的情况。

本发明的转子由于在每个转子磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽，从而 进一步促进了交轴磁阻大于直轴磁阻的情况。

如图4所示为电机的交轴磁路，图5所示则为电机的直轴磁路，可见交轴磁路 的磁阻相对直轴磁路的磁阻会大很多，所以本发明的直轴电感会大于交轴电感。

本发明增磁型凸极式混合励磁同步电机由于采用了以上技术方案，具有以下的 优点和特点：

1、由于磁场的波形幅值及形状可控，感应电势的可调范围宽广；

2、直流励磁绕组产生的磁势基本不会对磁钢的工作点产生影响，因而不会对 永磁体产生不可逆退磁的危险；

3、交轴电枢反应较轻，负载下磁场的对称性较好；

4、为产生正向的磁阻转矩，会施加增磁性的直轴电流，这避免了对磁钢产生 的去磁效应，进一步增强了磁钢的安全性；

5、施加的增磁性直轴电流，在电励磁磁势不足时，会对基波磁场产生补充， 形成的负载反电势的正弦性较一般的IPM电机更好；

6、由于电励磁绕组集成在同一个转子上，因此结构相对紧凑；

7、结构实现性较好，易实现批量化生产。

附图说明

图1是本发明增磁型凸极式混合励磁同步电机的轴向剖视结构示意图；

图2是电机转子的横截面结构示意图；

图3a)、图3b)、图3c)是各种励磁情况的气隙磁密波形示意图；

图4是电机的交轴磁路示意图；

图5是电机的直轴磁路示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明增磁型凸极式混合励磁同步电机，包括轴1，轴承2， 前端盖3、定子绕组4，机壳5、定子铁心6，转子铁心7，永磁磁钢15，转子压板 8，电励磁绕组9，后端盖10，接线盒组件11，旋转变压器12，电刷13和电刷接 线盒14。

本发明中的定子铁心6和定子绕组4采用常规的永磁同步电机定子结构；转子 铁心7与凸极式电励磁同步电机转子外形相似，具有电励磁绕组且交轴气隙大于直 轴气隙。

本发明中的转子铁心7的每个转子磁极上分别设计有两个“V”字型磁钢槽， 磁钢槽内分别放置同极性的磁钢15，形成交轴磁阻大于直轴磁阻的双“V”字型的 永磁磁极结构。两磁钢槽之间留有较宽的筋16，使得电励磁绕组产生的磁势可以 很容易的通过这条筋，励磁功率得以降低。需注意双“V”字型磁极的隔磁桥设计， 首先尽量减小转子的漏磁系数，其次注意使其起到增大交轴磁路的磁阻作用，最后 给中间的筋流出足够的空间，供电励磁绕组磁势通过该磁路。