CN1263373A - 一种新型混合励磁无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无刷直流电机。包括有壳体、定子、电枢绕组、转子、转轴及励磁线圈。其中定子沿转轴的轴线方向分为两部分,其之间沿径向绕有环形励磁线圈,转子相应也分为两部分,且两部分中均为永磁极与铁磁极相间排布。本发明由于采用了定子上设励磁线圈,转子上设铁磁极(调磁磁极)及永磁磁极两种磁极的结构,因此,成功地解决了永磁无刷直流电机调磁的困难,其调磁(增磁)作用明显,有效地提高了电机转矩及转速的调节性能,本发明是一种不仅效率高,而且力矩大的新型混合励磁无刷直流电机。

Description

一种新型混合励磁无刷直流电机

本发明是一种无刷直流电机，属于无刷直流电机的创新技术。

现有的无刷直流电机因其效率高而得到广泛应用，如用于电动汽车的驱动装置，但为了适应汽车运行性能的需要，又要求电机必须有足够的力矩(起动加速、爬坡)及转速(最高车速)，虽然永磁磁场可以通过电枢反应的方法弱磁，但需要很大的电枢电流，这不仅增加了电枢损耗，降低了电机效率，同时也增大了逆变装置的容量。因此，研制既要效率高，又要力矩大的无刷直流电机已成为业内科研人员和用户的当务之急。

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种不仅效率高，而且力矩大的新型混合励磁无刷直流电机。

本发明的结构示意图如附图所示，包括有壳体(1)、定子(2)、电枢绕组(3)、转子(4)、转轴(5)，定子(2)固装在壳体(1)上，转子(4)固装在转轴(5)上，电枢绕组(3)置于定子(2)与转子(4)之间，其中定子(2)沿转轴(5)的轴线方向分为左、右两部分，其间沿径向绕有环形励磁线圈(6)，转子(4)相应也分为左、右两部分，且两部分中均为永磁极(41)与铁磁极(42)相间排布，每部分中永磁极具有相同极性，左部分中的永磁极(41)及铁磁极(42)分别与右部分中的铁磁极(42)及永磁极(41)位置相对应。

下面结合实施例详细说明本发明的具体结构：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例转子(4)的展开图；

图3为本发明等效磁路的示意图；

图4为本发明的磁通曲线图；

图5为本发明的增磁曲线图；

图6为本发明增磁时的机械特性图。

实施例：

本发明的结构示意图如图1、图2所示，包括有壳体(1)、定子(2)、电枢绕组(3)、转子(4)、转轴(5)，定子(2)固装在壳体(1)上，转子(4)固装在转轴(5)上，电枢绕组(3)置于定子(2)与转子(4)之间，其中定子(2)沿转轴(5)的轴线方向分为左、右两部分，其间沿径向绕有环形励磁线圈(6)，转子(4)相应也分为左、右两部分，且两部分中均为永磁极(41)与铁磁极(42)相间排布，每部分中永磁极具有相同极性，左部分中的永磁极(41)及铁磁极(42)分别与右部分中的铁磁极(42)及永磁极(41)位置相对应。上述永磁与励磁的比例为1∶0～2，上述永磁极及铁磁极的极数可为2～8极。本发明实施例中永磁与励磁的比例为1∶1，永磁极及铁磁极的极数为2极。

本发明的等效磁路如图3所示，其磁通曲线图如图4所示。忽略由于Φb的变化引起Φc(Φa)的改变而导致s-t(m-n)支路磁压降的变化。将永磁体的去磁特性移至第一象限，由HcL点向左为去磁磁势减少。励磁磁势Fb(0-b)零点设于b点，向左为磁势增加方向，设m-n左边磁路总磁压降AW_α，即： ${\mathrm{AW}}_{\mathrm{\α}}={\∫}_n^m{H}_{\mathrm{\α}}\mathrm{dl}$

气隙一定时去磁磁势一定，当考虑m-n支路后去磁磁势改变，Φa与去磁磁势Fa的关系为永磁体的去磁特性Φa＝f(Fa)，m-n右边支路总磁压降AW_b即： ${\mathrm{AW}}_b=\underset{n}{\overset{m}{\∫}}{H}_h\mathrm{dl}$

式中Hb为m-n右面铁磁极磁路各部分的磁场强度。在整个磁路中Φb＝f(Fb)为一趋于饱和的曲线。m-n支路磁压降AW_mn即： ${\mathrm{AW}}_{\mathrm{mn}}=\underset{m}{\overset{n}{\∫}}{H}_{\mathrm{mn}}\mathrm{dl}$

该支路中磁通Φ与AWmn的关系Φ＝(AW_mn)为一曲线，该曲线由坐标原点画起向右为磁势增加方向。

显然永磁磁势Fa为：

        Fa＝AWa+AWmn励磁磁势Fb为：

        Fb＝AWb+AWmn调磁磁极中的磁通Φ为：

       Φ＝Φa+Φb

所以，一旦励磁磁势(增磁)确定之后，即可由图4确定磁通Φ的大小(工作点A)。由图分析可得出下述结论；

(1)当Fb＝0时，工作点为B，而增加Fb后，永磁体的工作点C，使Φa有所下降，抵消了部分增磁作用。永磁磁势越低(永磁体越薄)时，这种作用越明显。

(2)永磁体足够厚时可以不考虑励磁磁势对永磁磁势的影响。在铁磁极中为增磁时励磁磁势对永磁极为去磁作用，所以，永磁磁势不够大时增磁作用将被严重削弱。

本发明空载试验时，电源电压240V，速度给定至最高速(电压饱和)，逐步增加励磁电流(增磁)转速下降，其增磁曲线如图5所示，由图可见：

(1)当I_F＝10A时Φ增加约一倍，相应地转速降低1/2。

(2)增磁过程是非线性的，额定转速时充分利用增磁能力，减少励磁即可提高运行速度。

本发明负载试验时，电机加载后由于电枢阻抗压降及增磁特性的作用，在电源电压有限的情况下，负载参数会有多种选择，其增磁时机械特性如图6所示；图中：

Mmax为最大增磁对应的转矩，No为最大增磁对应的转速，Mo为励磁电流为零时对应的转矩，Nmax为励磁电流为零对应的转速。

综上所述可见：对于设立铁磁极(调磁极)及励磁线圈的无刷直流电机不仅可成功地实现了磁场简便而经济的调节，而且根据实际需要合理地安排永磁及励磁的比例可以保证低速力矩及高速应有的功率，另外，对于无刷直流机，其调磁以增磁为主，增磁既使调磁极磁场更趋于方波，有利于电流换向，充分发挥电机的力矩性能，增磁也可节省永磁材料，用于励磁的能量较少，保持了永磁电机效率高的特点。

本发明由于采用了定子上设励磁线圈，转子上设铁磁极(调磁磁极)及永磁磁极两种磁极的结构，因此，成功地解决了永磁无刷直流电机调磁的困难，其调磁(增磁)作用明显，有效地提高了电机转矩及转速的调节性能，本发明是一种不仅效率高，而且力矩大的新型混合励磁无刷直流电机。

Claims (4)

1、一种新型混合励磁无刷直流电机，包括有壳体(1)、定子(2)、电枢绕组(3)、转子(4)、转轴(5)，定子(2)固装在壳体(1)上，转子(4)固装在转轴(5)上，电枢绕组(3)置于定子(2)与转子(4)之间，其中定子(2)沿转轴(5)的轴线方向分为左、右两部分，其间沿径向绕有环形励磁线圈(6)，转子(4)相应也分为左、右两部分，且两部分中均为永磁极(41)与铁磁极(42)相间排布，每部分中永磁极具有相同极性，左部分中的永磁极(41)及铁磁极(42)分别与右部分中的铁磁极(42)及永磁极(41)位置相对应。

2、根据权利要求1所述的新型混合励磁无刷直流电机，其特征在于上述永磁与励磁的比例为1∶0～2。

3、根据权利要求2所述的新型混合励磁无刷直流电机，其特征在于上述永磁与励磁的比例为1∶1。

4、根据权利要求1或2所述的新型混合励磁无刷直流电机，其特征在于上述永磁极及铁磁极的极数可为2～8极。

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