一種軛部勵(lì)磁繞組高功率密度混合勵(lì)磁永磁直線發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種軛部勵(lì)磁繞組高功率密度混合勵(lì)磁永磁直線發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著永磁材料耐高溫性能的提高和價(jià)格的降低，永磁電機(jī)在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面得到更為廣泛的應(yīng)用，正向大功率化、高性能化和微型化方向發(fā)展。目前永磁電機(jī)的功率從幾毫瓦到幾千千瓦，應(yīng)用范圍從玩具電機(jī)、工業(yè)應(yīng)用到艦船牽引用的大型永磁電機(jī)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、日常生活、軍事工業(yè)、航空航天的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]常規(guī)交流永磁電機(jī)通常分為以下幾類:異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)。
[0004]無刷直流電機(jī)和調(diào)速永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)上基本相同，定子上為多相繞組，動(dòng)子上有永磁體，它們的主要區(qū)別在于無刷直流電機(jī)根據(jù)動(dòng)子位置信息實(shí)現(xiàn)自同步。它們的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)取消了電刷換向器，可靠性提高；(2)損耗主要由定子產(chǎn)生，散熱條件好；(3)體積小、重量輕。
[0005]異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)與調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是:前者動(dòng)子上有起動(dòng)繞組或具有起動(dòng)作用的整體鐵心，能實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)，無需控制系統(tǒng)即可并網(wǎng)運(yùn)行。
[0006]除此之外，還有單相永磁電機(jī)，單相永磁電機(jī)需要配套電容起動(dòng)和運(yùn)行，體積笨重，成本高，而且整體運(yùn)行的效率和功率因數(shù)都較低。
[0007]現(xiàn)有永磁電機(jī)由于永磁體磁動(dòng)勢(shì)固定，電機(jī)主磁通不可調(diào)，導(dǎo)致恒功率運(yùn)行范圍窄，調(diào)速范圍不夠?qū)挿?，而且電機(jī)繞組一般為3相，定子槽數(shù)目多，繞組下線工藝復(fù)雜；現(xiàn)有大多數(shù)永磁電機(jī)永磁體位于動(dòng)子上，運(yùn)行時(shí)隨動(dòng)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體需采用特殊工序固定，制造成本高，尤其電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，永磁體固定更加困難，由于永磁體位于動(dòng)子上，運(yùn)行時(shí)散熱困難，溫升和由于動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致永磁體機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞和發(fā)生不可逆退磁；現(xiàn)有永磁電機(jī)一般為三相，要求電機(jī)的功率逆變電路至少需要6個(gè)功率開關(guān)器件，如IGBT或者M(jìn)0SFET等，以及與之相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)該功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，使得電機(jī)功率逆變電路成本相當(dāng)高，甚至達(dá)到電機(jī)本體成本的兩到三倍，功率開關(guān)器件數(shù)量增多增加了控制電路復(fù)雜程度，器件發(fā)生故障的可能性增加，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的可靠性降低。
[0008]針對(duì)現(xiàn)有永磁電機(jī)勵(lì)磁磁勢(shì)不可調(diào)的缺點(diǎn)，相關(guān)學(xué)者提出了一些混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)電機(jī)，這類混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)電機(jī)從勵(lì)磁方式上可以分為兩類，一類是永磁體磁勢(shì)與勵(lì)磁繞組磁勢(shì)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)由于勵(lì)磁磁通需要穿過永磁體，勵(lì)磁電流大，勵(lì)磁損耗高，而且會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用不廣泛；另一類是永磁體磁勢(shì)和勵(lì)磁繞組磁勢(shì)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)一般采用定子永磁式，永磁體位于定子上，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組電流調(diào)節(jié)磁場(chǎng)，這類電機(jī)調(diào)磁性能好，但增加勵(lì)磁繞組后，電機(jī)繞組套數(shù)更多，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)槽內(nèi)有多套繞組的情況或者既有相繞組又有勵(lì)磁繞組的情況，槽內(nèi)需增加相間絕緣，繞組下線工藝復(fù)雜，槽利用率低，而且，需要加開勵(lì)磁槽，電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)零散化嚴(yán)重，組裝固定困難，加工工藝復(fù)雜，電機(jī)成本高。更為重要的是，增加勵(lì)磁繞組后，需要至少再增加一個(gè)功率開關(guān)器件控制勵(lì)磁繞組的電流，這更進(jìn)一步增加了功率電路的成本，而且，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通和主磁通共用主磁路和主氣隙，勵(lì)磁效果受到電機(jī)其他設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，一旦電機(jī)制成，只能通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流控制勵(lì)磁效果，無法通過單獨(dú)設(shè)計(jì)勵(lì)磁磁路來控制勵(lì)磁磁通，因此，尋求一種本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)磁功能靈活但功率開關(guān)器件個(gè)數(shù)少，控制器和功率電路成本低的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)至關(guān)重要，因此，尋求一種本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，有調(diào)磁功能但功率開關(guān)器件個(gè)數(shù)少，控制器和功率電路成本低的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)至關(guān)重要。
[0009]除此之外，現(xiàn)有永磁電機(jī)多采用分布繞組或者橫跨多個(gè)極距的集中繞組，普遍存在繞組端部長(zhǎng)，用銅量大，制造成本高，電機(jī)運(yùn)行時(shí)銅耗大，效率低等缺點(diǎn)，尤其是對(duì)于外徑較大，軸向長(zhǎng)度較小，也就是徑長(zhǎng)比值較大的電機(jī)，這種缺點(diǎn)尤為突出，需要采用特殊的繞組線圈連接方式來減小繞組端部，減小用銅，提高電機(jī)運(yùn)行效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種軛部勵(lì)磁繞組高功率密度混合勵(lì)磁永磁直線發(fā)電機(jī)，本永磁電動(dòng)機(jī)的定子上有一套定子電樞繞組和一套勵(lì)磁繞組，而且電機(jī)每個(gè)槽內(nèi)只安放有一套繞組，槽內(nèi)不需要相間絕緣，槽滿率高，且電機(jī)繞組下線工序簡(jiǎn)單，整個(gè)成本低于現(xiàn)有的各類三相感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)；本實(shí)用新型電機(jī)勵(lì)磁槽內(nèi)安放有勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組從一個(gè)勵(lì)磁槽穿入，然后向外側(cè)方向沿定子背軛外側(cè)穿出，形成一個(gè)線圈，勵(lì)磁繞組圍繞定子槽軛，永磁體和定子背軛纏繞，每個(gè)勵(lì)磁槽內(nèi)的勵(lì)磁繞組為一套線圈；本實(shí)用新型電樞繞組通交流電流，另一組勵(lì)磁繞組通直流電流，因此電機(jī)的控制電路只需兩個(gè)電力電子功率開關(guān)器件，改變了現(xiàn)有的各類感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以及永磁電機(jī)定子上均有三相及以上的電樞繞組，需要至少6個(gè)電力電子功率開關(guān)器件的現(xiàn)狀，有效地減少功率開關(guān)器件個(gè)數(shù)，降低了電機(jī)控制電路中功率開關(guān)器件發(fā)生故障的可能性，可靠性提高。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0012]一種軛部勵(lì)磁繞組高功率密度混合勵(lì)磁永磁直線發(fā)電機(jī)，包括定子、動(dòng)子、附加氣隙和主氣隙，動(dòng)子設(shè)置于定子的內(nèi)部，其中:
[0013]所述定子上均勻設(shè)置有偶數(shù)個(gè)定子齒，相鄰兩個(gè)定子齒中設(shè)有定子槽，位于定子槽靠近外側(cè)方向的定子槽軛和定子背軛之間設(shè)有永磁體，所述永磁體不隨動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同一個(gè)定子槽軛上的永磁體的充磁方向相同，相鄰兩個(gè)定子槽軛部的永磁體的充磁方向相反；
[0014]所述定子槽包括電樞槽和勵(lì)磁槽，所述電樞槽和勵(lì)磁槽交替間隔排列，兩個(gè)相鄰的電樞槽內(nèi)環(huán)繞有一套電樞繞組，所述電樞繞組通交流電，所述勵(lì)磁槽內(nèi)設(shè)有一套勵(lì)磁繞組，所述勵(lì)磁繞組通方向不變的直流電流；
[0015]所述定子齒和動(dòng)子齒之間設(shè)有主氣隙，所述勵(lì)磁繞組所在槽底部的定子槽軛部斷開，設(shè)有附加氣隙，相鄰兩塊永磁體產(chǎn)生的磁通一部分經(jīng)過主氣隙進(jìn)入動(dòng)子形成主磁通，另一部分不經(jīng)過主氣隙進(jìn)入動(dòng)子而經(jīng)過該附加氣隙閉合形成漏磁通，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組內(nèi)電流的大小調(diào)節(jié)漏磁通的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)經(jīng)過主氣隙進(jìn)入到動(dòng)子中的主磁通的大小，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)勵(lì)磁。
[0016]永磁體不隨動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，安裝方便，有利于散熱，消除了普通永磁發(fā)電機(jī)由于永磁體隨動(dòng)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力損壞和永磁體散熱不良等缺點(diǎn)，每塊永磁體既可以由一整塊永磁體充磁而成，也可以由多塊寬度較窄的永磁體拼接而成，所述永磁體的寬度可以相同，也可以不同。
[0017]附加氣隙的大小決定漏磁的大小，附加氣隙的尺寸應(yīng)該根據(jù)該漏磁通和勵(lì)磁繞組的匝數(shù)和電流確定。
[0018]所述定子齒的個(gè)數(shù)為大于等于2的偶數(shù)。
[0019]所述動(dòng)子齒的個(gè)數(shù)大于等于定子齒個(gè)數(shù)的1/2。
[0020]所述永磁體的塊數(shù)個(gè)數(shù)為動(dòng)子齒的m倍，m為大于等于1的自然數(shù)。
[0021]所述定子槽內(nèi)只安放有一套電樞繞組或者勵(lì)磁繞組，定子槽內(nèi)不需要相間絕緣，槽利用率高，繞組下線工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。
[0022]所述勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通經(jīng)過附加氣隙、定子齒、主氣隙和動(dòng)子齒形成閉合回路，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通不經(jīng)過永磁體，與永磁體產(chǎn)生的磁通形成并聯(lián)關(guān)系，減小了勵(lì)磁磁通對(duì)應(yīng)回路的磁阻，同樣勵(lì)磁電流可產(chǎn)生較大的勵(lì)磁磁通，不僅有效提高了調(diào)磁效率，而且避免了永磁體由于勵(lì)磁磁通穿過永磁體引起永磁體反向磁化而產(chǎn)生的磁性能下降等不