專利名稱：軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發(fā)電機技術，特別是一種高效率、直接驅動、變速恒頻的軸向磁通
切換型混合勵磁同步發(fā)電機。
背景技術：
永磁電機轉子上無繞組，結構簡單，因此電機無勵磁損耗，且效率高、工作可靠；稀 土永磁材料矯頑力和剩磁密度高，故稀土永磁電機還具有功率密度高、性能好等特點；然 而，磁場不能調節(jié)成為此類電機作為發(fā)電機和電動機應用的瓶頸。 混合勵磁電機是一類磁通可控型永磁同步電機，由于輔助勵磁繞組的存在，混合 勵磁電機不僅能繼承永磁電機的諸多優(yōu)點，且磁場可靈活調節(jié)，特別適合于恒壓發(fā)電和恒 功率寬調速驅動，在風力發(fā)電、航空航天、工業(yè)傳動和電動汽車等領域具有廣闊的應用前 景。近年來，經(jīng)過國內(nèi)外電機專家的不斷努力，相繼提出了磁極分割式、爪極式、組合轉子 式、并列結構式、磁分路式等多種拓撲結構形式的混合勵磁電機，并取得了一定的研究成 果。以上幾種混合勵磁電機中的永磁體均位于轉子上，屬于轉子永磁型混合勵磁電機，往 往需要對轉子采取特別的輔助措施，如安裝不銹鋼緊圈等來固定永磁體，因此增加了轉子 結構的復雜性，同時電機冷卻條件差，散熱困難，且較高的溫升可能會導致永磁體發(fā)生不可 逆退磁，限制電機出力、降低電機的功率密度等，制約了此類混合勵磁電機性能的進一步提 高。 永磁式磁通切換電機是一種定子永磁型雙凸極電機，轉子結構簡單；隨著轉子位 置的變化，磁通能夠自動切換路徑，以致定子繞組內(nèi)磁鏈的大小和方向均發(fā)生變化，從而產(chǎn) 生交變的感應電動勢。相對于轉子永磁型永磁電機，磁通切換型電機轉子上既無永磁體又 無繞組，具有體積小、重量輕、工作可靠、冷卻方便、高功率密度以及較高的效率等優(yōu)點。然 而，在永磁式磁通切換型電機中，由于采用永磁體勵磁方式無法直接改變磁場強度，作為發(fā) 電機時存在電壓調整率較大和故障滅磁困難，作為電動機時難以實現(xiàn)弱磁升速，恒功率運 行范圍窄等缺點。 為了綜合永磁式與電勵磁式磁通切換電機的優(yōu)點，法國學者E. Hoang于07年提出 了磁通切換型混合勵磁電機。與永磁式磁通切換型電機相比，此電機在永磁體端部增加了 勵磁繞組，通過控制勵磁電流的大小和方向調節(jié)氣隙磁密，對永磁磁場起到增磁或去磁的 作用。由于同時存在兩個磁勢源，兩者磁通路徑相互耦合、相互影響。該電機存在兩方面的 問題(1)永磁磁通經(jīng)過勵磁線圈端部的定子鐵心構成回路，降低了永磁體的利用率；(2) 隨著勵磁電流的增加，當電勵磁磁力線與永磁體磁化方向一致時，勵磁線圈端部的定子鐵 心中磁飽和加劇，鐵損和漏磁相應上升。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高功率密度、電壓調節(jié)范圍較為寬廣 的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機。[0007] 技術方案一種軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，包括定子和轉子，定子1由 6a個"H"型單元定子鐵心5拼裝成圓形，a為正整數(shù)，電樞繞組7采用集中繞組，周向纏繞 在相鄰"H"型單元定子鐵心的定子齒9上，永磁體6交錯排列在相鄰"H"型單元定子鐵心5 之間，永磁體切向充磁，勵磁繞組8軸向纏繞在永磁體6的表面，通入勵磁繞組中的直流電 產(chǎn)生周向磁場，增強或削弱永磁磁場；轉子2采用盤式結構，包括轉子磁軛4和固定于其內(nèi) 側的轉子極3，轉子和定子同軸安裝。 電機定子、轉子極為6a/5a結構，a為正整數(shù)。 永磁體6選用釹鐵硼永磁材料。 a取2，定子l由十二個"H"型單元定子鐵心5拼裝成圓形。 a取2，定子極數(shù)為十二，轉子極數(shù)為十。 本實用新型的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機由一個定子和兩個轉子所組 成，定子由數(shù)個"H"型單元定子鐵心拼裝組成，結構簡單；電樞繞組散嵌在由永磁體隔開的 相鄰定子單元鐵心中，采用集中繞組；永磁體交替切向充磁；勵磁繞組軸向纏繞在永磁體 表面，使電機成為一種無刷交流電機，所述的永磁體選用釹鐵硼永磁材料；電機內(nèi)主磁場呈 軸向分布，有利于電機散熱，降低熱損，進一步提高電機效率。轉子由轉子極、轉子磁軛、電 機軸等組成，采用盤式結構；電機軸采用非導磁鋼；電機的兩個轉子完全相同，均采用導磁 材料制成，轉子上無繞組，結構簡單，易于制造。 電機具體工作原理如下 無勵磁電流時，電機可看成為一臺軸向磁通切換型永磁電機，氣隙磁場主要由永 磁體建立，根據(jù)電機磁路磁阻最小的原則，電機工作于磁通切換狀態(tài)，絕大部分磁通由永磁 體N極出發(fā)，經(jīng)"H"型單元定子鐵心、氣隙、轉子極、轉子磁軛、相鄰的轉子極、氣隙、相鄰的 "H"型單元定子鐵心，再回到永磁體S極。這部分磁通參與電機的能量轉換，為電機的主磁 通。當轉子轉過相鄰的兩個"H"型定子單元鐵心時，從磁路的角度看，磁通切換電機磁路經(jīng) 歷一個周期，此時穿過電樞繞組的磁通也經(jīng)歷一個周期，分別為磁通穿出電樞繞組和磁通 進入電樞繞組，因此，電樞繞組中的感應電動勢也變化一個周期。 當電機通以直流勵磁電流時，電機的磁路和和永磁體單獨工作時的磁通路徑完全 相同，當勵磁電流大于零時，電機合成氣隙磁場增強，電樞繞組匝鏈的有效磁鏈增多，感應 電動勢也相應提高，此時，勵磁電流對永磁體起增磁作用；同理，當勵磁電流小于零時，電機 合成氣隙磁場被削弱，電樞繞組匝鏈的有效磁鏈減少，繞組感應電動勢也相應降低，此時， 勵磁電流對永磁體起弱磁作用。 有益效果由于直流勵磁繞組置于由永磁體和"H"型單元定子鐵心所形成的區(qū)域 內(nèi)，空間利用率高，結構緊湊；同時，因勵磁繞組軸向置于定子內(nèi)部，致使每匝勵磁線圈長度 大大縮短，且繞組端部較小，從而使勵磁繞組電阻和勵磁損耗減小，電機效率得以提高；由 于定子鐵心體積可根據(jù)所需的勵磁線圈匝數(shù)適當調整，靈活性好；定子采用由數(shù)個"H"型 單元定子鐵心組成的結構，可大大簡化制造工藝；轉子采用盤式結構，無繞組，結構簡單，可 靠性高；電機熱負荷較低，散熱性較好，可進一步降低電機的熱損耗，提高電機的效率；控 制勵磁電流的大小和方向可實現(xiàn)氣隙磁場自由的調節(jié)，而且可根據(jù)實際需要合理安排永磁 體和勵磁繞組所占空間比例，在保證電機基本功率的基礎上，實現(xiàn)所需的磁場強度和電壓 調節(jié)范圍。綜上所述，本實用新型由于采用了軸向磁通切換的原理和勵磁繞組安置在定子上的結構，轉子上無任何繞組，成功解決了磁通切換型永磁發(fā)電機電壓調節(jié)的缺陷，其調磁 效果十分明顯，有效地提高了電壓的調節(jié)性能。本實用新型是一種效率較高、直驅型、電壓 調節(jié)范圍寬廣的新型混合勵磁同步發(fā)電機。 本實用新型通過將永磁體設計在定子上，使電機成為一種定子永磁型發(fā)電機；相 對于轉子永磁型電機，為防止電機旋轉時造成永磁體損壞的現(xiàn)象，需要對永磁體采取加固 的一些措施，定子永磁型發(fā)電機就不需考慮這種情況，從而可減小電機的體積，電機的功率 密度可得到一定程度的提高。

圖1是本實用新型結構示意圖； 圖2是本實用新型磁通穿出電樞繞組單元電機磁路示意圖； 圖3是本實用新型磁通進入電樞繞組單元電機磁路示意圖。 圖中1定子，2轉子，3轉子極，4轉子磁軛，5 "H"型單元定子鐵心，6永磁體，7電 樞繞組，8勵磁繞組，9定子齒。
具體實施方式本實用新型定子與普通交流電機的定子不同，定子由"H"型單元定子鐵心拼裝成 圓形并固定于電機外殼上，電樞繞組7散嵌在相鄰"H"型單元定子鐵心的定子齒上，圖1 中只給出了電機定子上一個集中繞組的分布方式，其余繞組未畫。永磁體交錯鑲嵌在相鄰 單元定子鐵心所形成的空間內(nèi)，切向充磁，勵磁繞組軸向纏繞在永磁體的表面，空間利用率 高，結構緊湊；此外，勵磁繞組的端部較短，電機的勵磁損耗較小，電機效率得以提高。 定子采用由"H"型單元定子鐵心組成的結構，轉子采用盤式結構，可大大簡化制造 工藝。 通過將永磁體和勵磁繞組布置在定子中，使電機成為一種無刷結構，從而可提高 電機工作的可靠性。 如圖1所示，軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機主要由以下幾個部分組成定 子1，轉子2，轉子極3，轉子磁軛4， "H"型單元定子鐵心5，永磁體6，電樞繞組7，勵磁繞組 8等。 "H"型單元定子鐵心5采用巻繞式硅鋼片，可以軸向和周向導磁，材料可選用 0. 5mm厚50W470冷軋無取向硅鋼片。 永磁體6直接粘貼在相鄰的"H"型單元定子鐵心5之間，電機的兩個轉子軸向完 全對齊，且對稱地分布在定子的兩側，定子和轉子同軸安裝。定、轉子之間通過軸承柔性連 接。 圖1中，定子極數(shù)為12，轉子極數(shù)為10。 此外，從提高電機氣隙磁密和永磁體的熱穩(wěn)定性考慮，選擇具有較高內(nèi)稟矯頑力 和剩磁密度的釹鐵硼永磁材料作為電機永磁體的材料。
權利要求一種軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，包括定子和轉子，其特征是定子(1)由6a個“H”型單元定子鐵心(5)拼裝成圓形，a為正整數(shù)，電樞繞組(7)采用集中繞組，周向纏繞在相鄰“H”型單元定子鐵心的定子齒(9)上，永磁體(6)交錯排列在相鄰“H”型單元定子鐵心(5)中間，永磁體切向充磁，勵磁繞組(8)軸向纏繞在永磁體(6)的表面，通入勵磁繞組中的直流電產(chǎn)生周向磁場，增強或削弱永磁磁場；轉子(2)采用盤式結構，包括轉子磁軛(4)和固定于其內(nèi)側的轉子極(3)，轉子和定子同軸安裝。
2. 根據(jù)權利要求l所述的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，其特征是電機定子、 轉子極為6a/5a結構，a為正整數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求l所述的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，其特征是永磁體(6) 選用釹鐵硼永磁材料。
4. 根據(jù)權利要求1所述的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，其特征是a取2，定 子(1)由十二個"H"型單元定子鐵心(5)拼裝成圓圈形。
5. 根據(jù)權利要求2所述的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機，其特征是a取2，定 子極數(shù)為十二，轉子極數(shù)為十。
專利摘要本實用新型涉及發(fā)電機技術，特別是一種高效率、直接驅動、變速恒頻的軸向磁通切換型混合勵磁同步發(fā)電機。本實用新型包括定子和轉子，定子由6a個“H”型單元定子鐵心拼裝成圓形，a為正整數(shù)，電樞繞組采用集中繞組，周向纏繞在相鄰“H”型單元定子鐵心的定子齒上，永磁體交錯排列在相鄰“H”型單元定子鐵心中間，永磁體切向充磁，勵磁繞組軸向纏繞在永磁體的表面，通入勵磁繞組中的直流電產(chǎn)生周向磁場，增強或削弱永磁磁場；轉子包括轉子磁軛和固定于其內(nèi)側的轉子極，轉子和定子同軸安裝。本實用新型是一種效率較高、直驅型、電壓調節(jié)范圍寬廣的新型混合勵磁同步發(fā)電機。
文檔編號H02K21/26GK201549999SQ200920189390
公開日2010年8月11日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者任志斌, 劉細平, 楊杰 申請人:江西理工大學