CN105610255A - 一种电励磁同步电机的转子装置及电机 - Google Patents

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陈致初
彭俊
符敏利
许峻峰
杨金霞
盛振强
邹煜林
冯守智
胡华
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Abstract

本发明公开了一种电励磁同步电机的转子装置及电机，转子装置包括：转子铁芯和转子极靴，转子极靴设置在转子铁芯的外圆上，在转子极靴上设置有线圈槽，在线圈槽中嵌套有至少一个极靴励磁线圈。本发明的电励磁同步电机的转子装置及电机，可以优化气隙磁密，降低气隙波形畸变率，减少杂散损耗，降低振动和噪声，同时抑制交轴电枢反应，对电机的过载能力进行调节；通用性强，适用于各种功率等级、各种结构型式、各种安装方式、各种用途等的电励磁同步电机；不需要在电励磁同步电机内额外增加任何的设备，不改变电励磁同步电机原有的结构。

Description

一种电励磁同步电机的转子装置及电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电励磁同步电机的转子装置及电机。
背景技术
电励磁同步电机在带负载工作时，由于磁路的不对称导致转子极靴的局部饱和，限制了电励磁同步电机转矩的提升，并使气隙磁场的谐波含量增大，铁损增加，反电势谐波畸变率增加，从而导致电机的温升变高、效率下降，同时增加了电机的转矩脉动和齿槽转矩，较大的脉动转矩会产生振动以及噪声，将影响电机的性能，因此对电机极靴部位的优化就显得尤为重要。转子磁路结构是电励磁同步电机的关键技术，电机的运行性能、控制***、制造工艺和适用场合也不相同。随着节能减排日益重要，不仅要求电机必须体积小、重量轻、力能指标高，功率因数高，同时要求满足牵引特有的工作特性，并保证所需的过载能力。因此，为了解决转子磁路设计无法满足牵引领域工作特性要求，对转子磁路结构的优化和改进就显得尤为重要。图1是现有的电励磁转子结构示意图，目前，电励磁同步电机通常在工作时，由于交叉耦合的影响，会造成转子局部饱和，因此，导致转矩下降，且影响其气隙磁场波形，造成转矩脉动的升高，影响电机性能。通常电励磁同步电机转子，只是对转子极靴形状进行设计，但并不能改变电枢电流造成的局部饱和对电机性能的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种电励磁同步电机的转子装置及电机。
一种电励磁同步电机的转子装置，包括：转子铁芯和转子极靴，所述转子极靴设置在所述转子铁芯的外圆上，在所述转子极靴上设置有线圈槽，在所述线圈槽中嵌套有至少一个极靴励磁线圈。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在所述线圈槽的边缘处设置有至少一个空气槽。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述线圈槽和所述空气槽都为矩形槽，所述线圈槽与所述空气槽相互平行设置。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述转子极靴的端部为“丁”字形，2个所述线圈槽分别设置在所述转子极靴端部的两个尖端上，在2个所述线圈槽中分别嵌套有一个极靴励磁线圈。
根据本发明的一个实施例，进一步的，2个所述空气槽分别设置在2个所述线圈槽的边缘处，其中，2个所述空气槽位于2个所述线圈槽之间，所述空气槽为通槽。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述转子铁芯为多极结构，每一极为一个转子主齿，在每个转子主齿的端部都设置所述转子极靴。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在每个转子主齿上、并位于所述极靴的下方都套有转子励磁线圈，每个转子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成转子励磁绕组。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述转子铁芯为4极或8极结构。
一种电励磁同步电机，包括：定子装置、如上所述的电励磁同步电机的转子装置。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述定子装置包括：定子铁芯和定子励磁绕组；所述定子铁芯为多极结构，每一极为一个定子主齿，在每个定子主齿的端部都套有定子励磁线圈，每个定子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成定子励磁绕组。
本发明的电励磁同步电机的转子装置及电机，可以优化气隙磁密，降低气隙波形畸变率，减少杂散损耗，降低振动和噪声，同时抑制交轴电枢反应，对电机的过载能力进行调节；通用性强，适用于各种功率等级、各种结构型式、各种安装方式、各种用途等的电励磁同步电机；不需要在电励磁同步电机内额外增加任何的设备，不改变电励磁同步电机原有的结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的电励磁转子结构示意图；
图2为本发明的电励磁同步电机的转子结构示意图；
图3为本发明的电励磁同步电机的转子的磁通示意图；
图4为本发明的电励磁同步电机的转子的空气槽的示意图；
其中，1-定子铁心，2-极靴励磁线圈，3-空气槽，4-转子绕组，5-转子铁心，6-极靴励磁线圈励磁磁通，7-定子电枢绕组磁通，8-转子绕组励磁磁通，10-定子励磁绕组，11-转子极靴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2至4所示，本发明提供一种电励磁同步电机的转子装置，包括：转子铁芯和转子极靴10。转子极靴10设置在转子铁芯的外圆上，在转子极靴10上设置有线圈槽，在线圈槽中嵌套有至少一个极靴励磁线圈2。极靴励磁线圈2的数量可以根据具体的电机、极靴进行设置，例如，可以为1、2、3个等。
在一个实施例中，转子铁芯为多极结构，例如，转子铁芯可以为4极或8极等结构，分别为S极、N极。转子铁芯为多齿结构，每一极为一个转子主齿5，在每个转子主齿5的端部都设置转子极靴10。在每个转子主齿5上、并位于极靴10的下方都套有转子励磁线圈，每个转子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成转子励磁绕组4。
在一个实施例中，在线圈槽的边缘处设置有至少一个空气槽3。空气槽3的形状和形式可以根据具体的电机或极靴进行设置，空气槽3可以为通槽、沉槽或其他的形式，空气槽3的形状可以为方形、弧形等。例如，线圈槽和空气槽3都为矩形槽，线圈槽与空气槽3相互平行设置。
转子极靴10的端部为“丁”字形，2个线圈槽分别设置在转子极靴10端部的两个尖端上，在2个线圈槽中分别嵌套有一个极靴励磁线圈2。2个空气槽3分别设置在2个线圈槽的边缘处，其中，2个空气槽位于2个线圈槽之间，空气槽3为通槽。
上述实施例中的电励磁同步电机的转子装置，通过在转子极靴两端尖部开槽、在槽内嵌励磁线圈的方式，使转子极靴的饱和度减弱，从而增大气隙主磁通，改善气隙波形，进而提升电机性能。
在一个实施例中，通过在转子极靴尖部开槽放置励磁线圈外，并在其相邻部分开空气槽，通过调整此处的励磁电流来控制极靴部分励磁的大小，以便调节磁通大小，如图3所示。
如图4所示，通过改变空气槽3的长度b和宽度h来改变极靴励磁线圈磁路的长度和走向，以控制极靴尖部的磁饱和强度。通过对极靴励磁磁场和空气槽的设计，来调节极靴励磁绕组励磁磁场6、定子电枢绕组磁场7和转子绕组励磁磁场8的合成磁场，使得性能最佳。
通过在转子极靴10尖部放置极靴励磁绕组，如转子极尖饱和度在上半部分是增强，而在下半部分是减少的。极靴励磁绕组产生的磁场和电枢绕组产生的磁场是并联的,由于极靴励磁绕组产生的磁场与转子励磁磁场和定子电枢磁场在极靴饱和的一边是相反的，而在不饱和的一边为相同的。
因此，控制极靴处励磁绕组励磁电流的大小使其与转子励磁磁场和电枢磁场比较起来相对较小，这样就可以达到削弱极靴饱和的一端同时，而不会引起不饱和的极靴另一段端过度饱和。这样就可以使得电枢磁场和励磁磁场增强，达到增大反电势及其谐波含量、同时增大平均转矩、还可以明显减少齿槽转矩，可以减少转矩脉动。
在一个实施例中，本发明提供一种电励磁同步电机，包括：定子装置、如上的电励磁同步电机的转子装置。定子装置包括：定子铁芯1和定子励磁绕组11；定子铁芯1为多极结构，每一极为一个定子主齿，在每个定子主齿的端部都套有定子励磁线圈，每个定子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成定子励磁绕组11。
上述实施例中提供的电励磁同步电机的转子装置及电机，通过在转子极靴尖部加入励磁线圈，来对转子极靴的饱和度进行调节，以改善气隙磁密波形，增加反电势，提高电机性能。通过对极靴尖部开的空气槽的位置和形状进行优化，调节极靴励磁绕组的磁路走向，改善电机性能。
上述实施例中提供的电励磁同步电机的转子装置及电机，具有如下优点：
1.通过该磁路结构，可以优化气隙磁密，降低气隙波形畸变率，减少杂散损耗，降低振动和噪声，同时抑制交轴电枢反应，对电机的过载能力进行调节。
2.通用性强，适用于各种功率等级、各种结构型式、各种安装方式、各种用途等的电励磁同步电机。
3.不需要在电励磁同步电机内额外增加任何的设备，不改变电励磁同步电机原有的结构。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电励磁同步电机的转子装置，包括：转子铁芯和转子极靴，其特征在于：
所述转子极靴设置在所述转子铁芯的外圆上，在所述转子极靴上设置有线圈槽，在所述线圈槽中嵌套有至少一个极靴励磁线圈。
2.如权利要求1所述的转子装置，其特征在于：
在所述线圈槽的边缘处设置有至少一个空气槽。
3.如权利要求2所述的转子装置，其特征在于：
所述线圈槽和所述空气槽都为矩形槽，所述线圈槽与所述空气槽相互平行设置。
4.如权利要求3所述的转子装置，其特征在于：
所述转子极靴的端部为“丁”字形，2个所述线圈槽分别设置在所述转子极靴端部的两个尖端上，在2个所述线圈槽中分别嵌套有一个极靴励磁线圈。
5.如权利要求4所述的转子装置，其特征在于：
2个所述空气槽分别设置在2个所述线圈槽的边缘处，其中，2个所述空气槽位于2个所述线圈槽之间，所述空气槽为通槽。
6.如权利要求3所述的转子装置，其特征在于：
所述转子铁芯为多极结构，每一极为一个转子主齿，在每个转子主齿的端部都设置所述转子极靴。
7.如权利要求6所述的转子装置，其特征在于：
在每个转子主齿上、并位于所述极靴的下方都套有转子励磁线圈，每个转子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成转子励磁绕组。
8.如权利要求7所述的转子装置，其特征在于：
所述转子铁芯为4极或8极结构。
9.一种电励磁同步电机，其特征在于，包括：
定子装置、如权利要求1至8任意一项所述的电励磁同步电机的转子装置。
10.如权利要求9所述的电励磁同步电机，其特征在于：
所述定子装置包括：定子铁芯和定子励磁绕组；
所述定子铁芯为多极结构，每一极为一个定子主齿，在每个定子主齿的端部都套有定子励磁线圈，每个定子励磁线圈都通过串联或并联的方式连接起来，构成定子励磁绕组。
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