CN103929034A - 分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，其特征在于：电励磁部分定子轭(4)上交错设置6个电励磁部分电枢齿(9)和6个电励磁部分励磁齿(10)，电励磁部分电枢齿(9)与电励磁部分励磁齿(10)分别两两相对设置，电励磁部分电枢齿(9)上匝绕电枢绕组(3)，电励磁部分励磁齿(10)上匝绕励磁绕组(1)，永磁部分定子轭(5)上交错设置6个永磁部分电枢齿（11）和6个永磁部分励磁齿(12)，永磁部分电枢齿(11)与永磁部分励磁齿(12)分别两两相对设置，永磁部分电枢齿(11)上匝绕电枢绕组(3)，永磁部分励磁齿(12)上表贴永磁体(2)，隔磁衬套(7)与电机轴(13)相连，分瓣转子(6)通过燕尾槽(14)卡在隔磁衬套(7)中，电励磁部分定子轭(4)和永磁部分定子轭(5)嵌套在电机隔磁壳体(8)内。
Description
技术领域
本发明涉及一种分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，适用于变速横频发电领域。
背景技术
随着对永磁材料性能的不断提高和发展，永磁电机的发展日新月异，大大提高了电机的功率密度，主要分为转子永磁型和定子永磁型电机。分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机属于定子永磁型电机，与转子永磁型电机相比，永磁体安装简单，散热方便，转动惯量小，适于高速运行，工作安全系数高。除此之外，分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机还具有双极性正弦磁链、绕组端部小、铜耗小等优点。因此，分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机得到了飞速的发展。然而除具备上述优点外，分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机还具有一般永磁电机共有的缺点：1)定位力矩大。定位力矩是由于齿槽效应造成的能量波动而引起的，为高频周期性脉动波。对于永磁电机定位力矩大的问题，目前已提出了众多解决方案，如极对数匹配、基本参数优化(改变极弧系数、槽开口宽度、气隙长度)、斜槽、磁极形状优化、磁极移位、齿配对、辅助齿/槽、过渡圆角、电流谐波补偿法等措施，均取得了一定效果。2)磁场调节困难。分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机通过调节电枢绕组电流以达到调节磁场的目的，调节范围有限。为了在保留分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机各项优势的前提下尽可能拓宽其调磁范围，以满足调速、发电等场合的要求，深入研究了分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机。
发明内容
为解决分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机磁场调节困难的问题，本发明提出一种分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机。该分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，包括励磁绕组、永磁体、电枢绕组、电励磁部分定子轭、永磁部分定子轭、分瓣转子、隔磁衬套和电机隔磁壳体，其特征在于：电励磁部分定子轭上交错设置6个电励磁部分电枢齿和6个电励磁部分励磁齿，电励磁部分电枢齿与电励磁部分励磁齿分别两两相对设置，电励磁部分电枢齿上匝绕电枢绕组，电励磁部分励磁齿上匝绕励磁绕组，永磁部分定子轭上交错设置6个永磁部分电枢齿和6个永磁部分励磁齿，永磁部分电枢齿与永磁部分励磁齿分别两两相对设置，永磁部分电枢齿上匝绕电枢绕组，永磁部分励磁齿上表贴永磁体，隔磁衬套与电机轴相连，分瓣转子通过燕尾槽卡在隔磁衬套中，电励磁部分定子轭和永磁部分定子轭嵌套在电机隔磁壳体内。永磁体沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反。励磁绕组相串联匝绕在电励磁部分励磁齿上，采用集中绕组；遵照右手定则，每个励磁绕组中的通电方向均应与其对应永磁部分励磁齿上的永磁体的充磁方向相同或相反。电枢绕组匝绕在电励磁部分与永磁部分对应的电励磁部分电枢齿和永磁部分电枢齿上分为三相，相对两个电枢齿上匝绕的电枢绕组反向串联组成一相。定转子极数可以拓展为:12/5、12/7、12/8、12/10、12/11、24/10、24/14、24/16、24/20、24/22，其中斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分瓣转子数。
分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机的调磁方法，永磁体表贴于永磁部分的6个励磁齿上，与转子相对，沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反；永磁磁场依次经永磁体、定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，电励磁磁场经定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，通过调节励磁绕组电流即可实现宽范围调磁。
本发明通过改变电励磁部分的励磁线圈中直流电流大小，即可对电机进行宽范围的磁场调节，以适应变速恒频发电的要求。由于采用分瓣转子这一特殊结构，且电枢绕组隔齿绕制，因而随着转子旋转，电枢绕组中匝链的磁链进行双极性变化，且具有短磁路特征，有效减小了电机铁损；同时该结构对磁路具有一定的约束作用，降低了绕组之间的相互作用，可使相绕组互感自感比降至5%以下，从而使电机本身具有较优的容错性能，提高了电机的可靠性。
综上所述，本发明提出的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机在保有分瓣转子永磁磁通切换双凸极电机优势的前提下，具有较宽的调磁范围和较好的容错性能，适用于变速恒频发电***。
附图说明
图1是本发明的结构综向截面示意图；
图2是本发明的电励磁部分结构截面示意图；
图3是本发明的永磁部分结构截面示意图；
图中标号名称:1、励磁绕组、2、永磁体，3、电枢绕组，4、电励磁部分定子轭，5、永磁部分定子轭，6、分瓣转子，7、隔磁衬套、8、电机隔磁壳体，9、电励磁部分电枢齿，10、电励磁部分励磁齿，11、永磁部分电枢齿，12、永磁部分励磁齿，13、电机轴，14、燕尾槽。Al、A2、Bl、B2、Cl、C2：电励磁部分电枢齿及绕在电励磁部分电枢齿上的电枢线圈；Fl、F2、F3、F4、F5、F6: 电励磁部分励磁齿及绕在电励磁部分电枢齿上的励磁线圈；Al1、A22、Bl1、B22、Cl1、C22：永磁部分电枢齿及绕在永磁部分电枢齿上的电枢线圈；Fl1、F22、F33、F44、F55、F66：永磁部分励磁齿及表贴在上面的永磁体。箭头方向为永磁体充磁方向。
具体实施方式
如图所示，一种分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，包括励磁绕组1、永磁体2、电枢绕组3、电励磁部分定子轭4、永磁部分定子轭5、分瓣转子6、隔磁衬套7和电机隔磁壳体8，其特征在于：电励磁部分定子轭4上交错设置6个电励磁部分电枢齿9和6个电励磁部分励磁齿10，电励磁部分电枢齿9与电励磁部分励磁齿10分别两两相对设置，电励磁部分电枢齿9上匝绕电枢绕组3，电励磁部分励磁齿10上匝绕励磁绕组1，永磁部分定子轭5上交错设置6个永磁部分电枢齿11和6个永磁部分励磁齿12，永磁部分电枢齿11与永磁部分励磁齿12分别两两相对设置，永磁部分电枢齿11上匝绕电枢绕组3，永磁部分励磁齿12上表贴永磁体2，隔磁衬套7与电机轴13相连，分瓣转子6通过燕尾槽14卡在隔磁衬套7中，电励磁部分定子轭4和永磁部分定子轭5嵌套在电机隔磁壳体内。所述的永磁体2沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反。励磁绕组1相串联匝绕在电励磁部分励磁齿10上，采用集中绕组；遵照右手定则，每个励磁绕组中的通电方向均应与其对应永磁部分励磁齿12上的永磁体的充磁方向相同或相反。电枢绕组3匝绕在电励磁部分与永磁部分对应的电励磁部分电枢齿9和永磁部分电枢齿11上分为三相，相对两个电枢齿上匝绕的电枢绕组反向串联组成一相。定转子极数拓展为:12/5、12/7、12/8、12/10、12/11、24/10、24/14、24/16、24/20、24/22，其中斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分瓣转子数。一种基于上述分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机的调磁方法，其特征在于:永磁体2表贴于永磁部分的6个励磁齿12上，与转子相对，沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反；永磁磁场依次经永磁体、定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，电励磁磁场经定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，通过调节励磁绕组电流即可实现宽范围调磁。
本发明的定子部分由电机隔磁壳体、电励磁部分定子轭、永磁部分定子轭、永磁体、励磁绕组和电枢绕组构成。如图2所示，电励磁部分定子轭和永磁部分定子轭由硅钢片叠压而成，各自含有12个齿极，由6个电枢齿和6个励磁齿交错排列，电励磁部分的6个电枢齿和6个励磁齿分别匝绕电枢绕组和励磁绕组。如图3所示，永磁部分的6个电枢齿上匝绕电枢绕组，6个励磁齿表贴永磁体。6块永磁体均沿径向充磁，相邻放置的两块永磁体充磁方向相反，如图3中箭头所示，励磁绕组和电枢绕组均为集中式绕组，电励磁部分与永磁部分共用一套电枢绕组。6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则，励磁磁链方向与对应的永磁充磁方向相同或相反:方向相同时，电机工作在增磁状态；方向相反时，电机工作在弱磁状态。永磁磁场经永磁体一定子轭一气隙一分瓣转子闭合，电励磁磁场经定子轭一气隙一分瓣转子闭合，由于定子轭磁场饱和程度不高，因而改变电励磁线圈中直流电流大小，即可对电机进行宽范围的磁场调节。6个电枢绕组分为三相，径向相对的电枢齿上匝绕的电枢绕组经反相串联形成一相，如线圈Al和A2反相串联为A相，线圈Bl和B2反相串联为B相，线圈Cl和C2反相串联为C相。
本发明的转子部分由电励磁部分8块分瓣转子、永磁部分8块分瓣转子和隔磁衬套构成。隔磁衬套与电机转轴相连，分瓣转子经燕尾槽卡入隔磁衬套中。转子转动时，电枢绕组中匝链的磁链随转子位置进行双极性变化。此外该转子具有约束磁路的作用，不仅有效减短磁通路径，降低电机铁损，而且大大弱化了电枢绕组之间的互感，增强了电机的容错性能。整个转子部分呈圆柱体，可减小转动时的风阻，有利于电机高速运行。
本发明可以应用于其它分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，如:
a.定子极数为12(6个电枢齿、6个励磁齿)，转子极数(分瓣转子块数)为5；
b.定子极数为12(6个电枢齿、6个励磁齿)，转子极数为7；
c.定子极数为12(6个电枢齿、6个励磁齿)，转子极数为8；
d.定子极数为12(6个电枢齿、6个励磁齿)，转子极数为10；
e.定子极数为12(6个电枢齿、6个励磁齿)，转子极数为11；
f.定子极数为24(12个电枢齿、12个励磁齿)，转子极数为10；
g.定子极数为24(12个电枢齿、12个励磁齿)，转子极数为14；
h.定子极数为24(12个电枢齿、12个励磁齿)，转子极数为16；
i.定子极数为24(12个电枢齿、12个励磁齿)，转子极数为20；
j.定子极数为24(12个电枢齿、12个励磁齿)，转子极数为22。
上述拓扑中，a、b、e可使电机空载反电势具有较高的正弦度，但是由于转子极数为奇数，电机具有不对称磁拉力；c、d结构不存在转子不对称磁拉力，但是反电势正弦对不如结构a、b、e。h一j则可使电机在反电势正弦的同时，不存在不对称磁拉力。
Claims (6)
1.一种分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，包括励磁绕组(1)、永磁体(2)、电枢绕组(3)、电励磁部分定子轭(4)、永磁部分定子轭(5)、分瓣转子(6)、隔磁衬套(7)和电机隔磁壳体（8），其特征在于：电励磁部分定子轭(4)上交错设置6个电励磁部分电枢齿(9)和6个电励磁部分励磁齿(10)，电励磁部分电枢齿(9)与电励磁部分励磁齿(10)分别两两相对设置，电励磁部分电枢齿(9)上匝绕电枢绕组(3)，电励磁部分励磁齿(10)上匝绕励磁绕组(1)，永磁部分定子轭(5)上交错设置6个永磁部分电枢齿（11）和6个永磁部分励磁齿(12)，永磁部分电枢齿(11)与永磁部分励磁齿(12)分别两两相对设置，永磁部分电枢齿(11)上匝绕电枢绕组(3)，永磁部分励磁齿(12)上表贴永磁体(2)，隔磁衬套(7)与电机轴(13)相连，分瓣转子(6)通过燕尾槽(14)卡在隔磁衬套(7)中，电励磁部分定子轭(4)和永磁部分定子轭(5)嵌套在电机隔磁壳体(8)内。
2.根据权利要求1所述的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，其特征在于:所述的永磁体(2)沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，其特征在于：励磁绕组(1)相串联匝绕在电励磁部分励磁齿（10）上，采用集中绕组；遵照右手定则，每个励磁绕组中的通电方向均应与其对应永磁部分励磁齿（12）上的永磁体的充磁方向相同或相反。
4.根据权利要求1所述的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，其特征在于:电枢绕组(3)匝绕在电励磁部分与永磁部分对应的电励磁部分电枢齿（9）和永磁部分电枢齿（11）上分为三相，相对两个电枢齿上匝绕的电枢绕组反向串联组成一相。
5.根据权利要求1所述的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机，其特征在于:定转子极数拓展为:12/5、12/7、12/8、12/10、12/11、24/10、24/14、24/16、24/20、24/22，其中斜杠前面为定子极数，斜杠后面为分瓣转子数。
6.一种基于权利要求1所述的分瓣转子并列式混合励磁磁通切换双凸极电机的调磁方法，其特征在于:永磁体(2)表贴于永磁部分的6个励磁齿（12）上，与转子相对，沿径向充磁，相邻放置的永磁体充磁方向相反；永磁磁场依次经永磁体、定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，电励磁磁场经定子轭、气隙、分瓣转子后闭合，通过调节励磁绕组电流即可实现宽范围调磁。
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