專利名稱：旁路式混合勵磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，特別是一種利用磁通旁路方法來控制氣隙磁場的混合勵磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
我國稀土資源豐富，開發(fā)應(yīng)用永磁節(jié)能電機(jī)具有重大的戰(zhàn)略意義?！笆濉逼陂g，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與電動汽車用永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)列入國家863重大計劃已取得快速發(fā)展；目前，風(fēng)力發(fā)電與混合動力汽車已成為人們關(guān)注的熱點之一。在研究風(fēng)力發(fā)電與全電或混合動力汽車用寬調(diào)速永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和永磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)磁場控制技術(shù)的過程中，促使研究者深入思考與探索永磁電機(jī)的磁場控制技術(shù)和混合勵磁結(jié)構(gòu)，使得永磁電機(jī)設(shè)計理念不斷產(chǎn)生新的變革和創(chuàng)新，導(dǎo)致了永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)理、設(shè)計、性能和制造技術(shù)方面的革命，逐漸形成新概念永磁電機(jī)家族。永磁電機(jī)優(yōu)點很多，但勵磁調(diào)節(jié)困難。一般的IPM電機(jī)采用矢量控制技術(shù)，通過增加定子電流直軸去磁分量來減弱磁通，達(dá)到改變線圈感應(yīng)電勢的目的。但隨著直軸去磁電流的不斷增大，永磁材料會發(fā)生不可逆退磁的危險，降低了電機(jī)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以簡單、靈活、經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)電機(jī)氣隙磁場，改變線圈感應(yīng)電勢，且能夠避免永磁體產(chǎn)生不可逆去磁的旁路式混合勵磁電機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是采用磁通旁路的方法調(diào)節(jié)氣隙磁通既可改變感應(yīng)電勢的大小，又能避免對磁鋼去磁的危害。旁路式混合勵磁電機(jī)是根據(jù)磁通走磁阻最小路徑的原則，通過調(diào)節(jié)直流勵磁電流的大小和方向，來控制旁路磁通的量值，以達(dá)到控制主磁通大小的目的。所以，旁路式混合勵磁電機(jī)在變速發(fā)電應(yīng)用場合可以提供恒壓電源；在變速電動應(yīng)用場合可實現(xiàn)理想的、比一般永磁電機(jī)更寬廣的恒功率調(diào)速范圍。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種旁路式混合勵磁電機(jī)，包括殼體、兩個端蓋、兩套直接勵磁繞組、由定子鐵芯和電樞繞組構(gòu)成的定子、以及由固定于轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯表面的磁極構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，其特征在于
(1)所述的轉(zhuǎn)子表面磁極采用永磁極和鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極交錯排列構(gòu)成，所有的永磁極有相同的極性；(2)有兩套直接勵磁繞組分別安置在所述的左右兩個端蓋內(nèi)，兩套直接勵磁繞組接通的直流電流大小相同方向相反；(3)所述的殼體和端蓋由導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)軸由非鐵磁性材料制成。
上述的轉(zhuǎn)子的永磁極和鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極的個數(shù)等于電機(jī)的極對數(shù)。
上述的左右兩個端蓋與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的最小間隙小于定、轉(zhuǎn)子之間氣隙的長度。
上述的兩個端蓋內(nèi)側(cè)有帶有雙向側(cè)壁的凸緣，該凸緣的內(nèi)側(cè)壁與所述的轉(zhuǎn)子鐵芯之間形成所述的最小間隙，而其外側(cè)壁與端蓋內(nèi)壁之間形成的環(huán)形凹槽內(nèi)嵌入所述的直流勵磁繞組。
其原理如下端蓋與轉(zhuǎn)子之間的最小間隙(簡稱第二氣隙)小于電機(jī)氣隙長度，具體見圖1。由于鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極比永磁極的磁阻小得多，根據(jù)磁通走磁阻最小路徑的原則，直流勵磁電流產(chǎn)生的磁通主要經(jīng)過鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極、氣隙，定子鐵芯，殼體、端蓋、第二氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成回路，磁路方向由勵磁電流方向決定。而永磁磁路的具體路徑也通過改變直流勵磁電流大小和方向加以控制，可以經(jīng)過永磁體、氣隙、定子鐵芯、氣隙、鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極以及轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成回路；也可以通過永磁體、氣隙、定子鐵芯、殼體、端蓋、第二氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成回路，即永磁磁通不通過鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極，而是經(jīng)過殼體、端蓋旁路一定的磁通量。這樣，不管直流勵磁電流如何變化，永磁極對應(yīng)的氣隙磁密基本保持不變，鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極對應(yīng)的氣隙磁密則由直流勵磁磁通和永磁磁通共同決定，所以，改變直流勵磁電流的大小和方向，可以調(diào)節(jié)鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極對應(yīng)的氣隙磁密的幅值與方向。
由于電樞繞組的兩個有效邊分別位于相鄰的永磁極與鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極所對應(yīng)的位置，當(dāng)鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極磁密改變后，線圈感應(yīng)電勢也隨之改變。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和優(yōu)點1.由于鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極對應(yīng)的氣隙磁通雙向可控，感應(yīng)電勢的可調(diào)范圍廣。
2.無需對交、直軸電流分量進(jìn)行控制，控制策略簡單。
3.由于直流勵磁磁通通過鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極、氣隙、定子鐵芯、殼體、端蓋、第二氣隙和轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成回路，不會對永磁體產(chǎn)生不可逆去磁的危害。
4.直流勵磁繞組分別安置在左右端蓋內(nèi)，無需電刷，電機(jī)可靠性高。


圖1是旁路式混合勵磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖(圖中圖(a)是旁路式混合勵磁電機(jī)的軸向剖面圖，圖(b)是旁路式混合勵磁電機(jī)轉(zhuǎn)子橫截面圖)。
圖2是直流勵磁磁路示意3是永磁磁路示意圖(圖中圖(c)是橫截面示意圖，圖(d)是軸向剖面示意圖)。
圖4是不同勵磁情況下一個線圈的感應(yīng)電勢示意圖(圖中的圖(e)、圖(f)和圖(g)分別示出不同勵磁及其感應(yīng)電勢示意圖)。
具體實施方法下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的旁路式混合勵磁電機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)說明1)為保證直流勵磁磁場的有效控制，在電機(jī)制造中必須保證第二氣隙小于電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙長度，而且越小越好。在本發(fā)明實施例中將端蓋2內(nèi)側(cè)加工成帶有雙向側(cè)壁凸緣10形狀，凸緣10一側(cè)正好與轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓匹配，保證第二氣隙盡可能小，即使電機(jī)有縱向串動，也不會影響磁通路徑，凸緣10另一側(cè)用于固定直流勵磁繞組3、11，具體見圖1。
2)由于第二氣隙小于電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間氣隙長度，且各永磁極6極性均相同，根據(jù)磁路走磁阻最小路徑的原則，在沒有直流勵磁電流的情況下，永磁極6產(chǎn)生的磁通路徑為永磁體6→氣隙→定子鐵芯8→殼體9→端蓋2→第二氣隙→轉(zhuǎn)子鐵芯4構(gòu)成回路，具體如圖3(d)所示。此時鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極5對應(yīng)的氣隙磁密基本為零，線圈感應(yīng)電勢等于一條有效邊的感應(yīng)電勢，如圖4(e)所示。
3)假設(shè)永磁體的極性均為N極，磁通從轉(zhuǎn)子通過氣隙進(jìn)入定子。當(dāng)直流勵磁繞組通以某個方向的電流(兩套直流勵磁繞組電流大小相同方向相反)，使直流勵磁磁通路徑為鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極5出來→氣隙→定子鐵芯8→殼體9→端蓋2→第二氣隙→轉(zhuǎn)子鐵芯4形成回路，具體如圖2所示；永磁磁路同上述2)情況。此時，在相鄰的一對極下直流勵磁磁通和永磁磁通的方向相同，線圈兩條有效邊所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢反向串聯(lián)，相互抵消，線圈合成感應(yīng)電勢減小，達(dá)到了常規(guī)電機(jī)通過弱磁來減小繞組感應(yīng)電勢的目的，具體如圖4(f)所示。
4)若改變上述3)直流勵磁電流的方向，直流勵磁磁通的路徑同圖2，但方向相反。由于直流勵磁磁勢和永磁磁勢方向相反，永磁磁通只能通過永磁體6→氣隙→定子鐵芯8→氣隙→鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極5→轉(zhuǎn)子鐵芯4構(gòu)成回路，如圖3(c)所示。此時，在相鄰的極下直流勵磁磁通和永磁磁通的方向相反，線圈兩條有效邊所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢正向串聯(lián)，數(shù)值相加，使得線圈合成感應(yīng)電勢增加，達(dá)到了常規(guī)電機(jī)通過助磁來增加線圈感應(yīng)電勢的目的，具體如圖4(g)所示。另外，由于端蓋2和殼體9是磁路的一部分，且去磁的時候端蓋2和殼體9上的磁密最大，因而端蓋2與殼體9的壁厚必須以去磁時的磁密情況進(jìn)行設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種旁路式混合勵磁電機(jī)，包括殼體(9)、兩個端蓋(2)、兩套直接勵磁繞組(3、11)、由定子鐵芯(8)和電樞繞組(7)構(gòu)成的定子、以及由固定于轉(zhuǎn)軸(1)上的轉(zhuǎn)子鐵芯(4)和轉(zhuǎn)子鐵芯表面的磁極構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，其特征在于(1)所述的轉(zhuǎn)子表面磁極采用永磁極(6)和鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極(5)交錯排列構(gòu)成，所有的永磁極(6)有相同的極性；(2)有兩套直接勵磁繞組(3、11)分別安置在所述的左右兩個端蓋(2)內(nèi)，兩套直接勵磁繞組(3、11)接通的直流電流大小相同方向相反；(3)所述的殼體(9)和端蓋(2)由導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)軸(1)由非導(dǎo)磁材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旁路式混合勵磁電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子的永磁極(6)和鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極(5)的個數(shù)等于電極的極對數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旁路式混合勵磁電機(jī)，其特征在于所述的左右兩個端蓋(2)與轉(zhuǎn)子鐵芯(4)之間的最小間隙小于定、轉(zhuǎn)子之間氣隙的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旁路式混合勵磁電機(jī)，其特征在于所述的兩個端蓋(2)內(nèi)側(cè)有帶有雙向側(cè)壁的凸緣(10)，該凸緣(10)的內(nèi)側(cè)壁與所述的轉(zhuǎn)子鐵芯(4)之間形成所述的最小間隙，而其外側(cè)壁與端蓋(2)內(nèi)壁之間形成的環(huán)形凹槽內(nèi)嵌入所述的直流勵磁繞組(3、11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旁路式混合勵磁電機(jī)。它包含有殼體、兩個端蓋、兩套直接勵磁繞組、定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子表面磁極由永磁極和鐵磁性轉(zhuǎn)子磁極交錯排列構(gòu)成，有兩套直流勵磁繞組分別安置在左右兩個端蓋內(nèi)，殼體和端蓋由導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)軸為非鐵磁性材料制成。本發(fā)明采用磁通旁路方法調(diào)節(jié)氣隙磁通，既可改變感應(yīng)電勢大小，又能避免對磁鋼去磁的危害。
文檔編號H02K23/02GK1808845SQ200510112090
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者黃蘇融, 張琪, 謝國棟, 應(yīng)紅亮 申請人:上海大學(xué)