专利名称：混合励磁无刷同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉一种交流同步电机，特别是涉及一种混合励磁无刷同步电机。
背景技术：
混合励磁同步电机(HESM， Hybrid Excitation Synchronous Machine)是上个世 纪八十年代末由俄罗斯学者最早提出的一种新型电机结构形式。与传统的电励磁同步电机 以及永磁同步电机结构不同，HESM中既有永磁体又有励磁绕组，两个磁势源同时存在。它 集成了电励磁同步电机调磁方便、调磁容量小和永磁同步电机效率高、转矩/质量比大等 优点，同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺陷，有较大的推广应用价值。并列转子混 合励磁同步电机是HESM的一种。 英国学者B. J. Chalmers等在1998年提出了组合转子混合励磁电机(Combination Rotor Hybrid Excitation Machine, HECR)。电机采用普通交流电机定子，转子则由 ALA (Axially-Laminated Anisotropic)转子和表贴式永磁转子两部分并列组合构成。其缺 点在于，永磁通和"弱磁"磁通各自具有不同的物理磁路——永磁通只在永磁段的磁路中流 通(径向)，"弱磁"磁通只在磁阻段中流通(径向)，"弱磁"表现为一种合成的效果，在定 子铁心的硅钢片中，并不存在真正的磁场削弱。因此，在低速运行时，磁阻部分基本上不产 生转矩，从而导致了较低的电机转矩密度，而高速"弱磁"运行时，永磁段的磁通基本不变， 磁阻段的磁通则随"弱磁"程度的增大而增大，从而导致铁磁损耗随速度几何级数增大。
日本学者Naoe Nobuyuki， Fukami Tadashi等人研究了永磁_电励磁并列转子的 混合励磁同步电机，该电机的永磁转子和电励磁转子是并列转子，中间有气隙组成的隔磁 环，故永磁转子的气隙磁通和电励磁转子的气隙磁通不会互相气隙组成的隔磁环，故永磁 转子的气隙磁通和电励磁转子的气隙磁通不会互相影响。它的功率密度为0. 08kw/kg，电压 调整率为2. 1%。然而，由于该方案中直流励磁绕组安装在转子上，使得励磁电流由刷环引 入，电机存在电刷和滑环，故电机的可靠性降低；且由于励磁绕组位于永磁体下，故永磁磁 路和电励磁磁路相当于串联，因此励磁电流发生变化时，永磁部分的气隙磁通也会随之发 生变化。永磁体存在去磁风险，不适合在较恶劣的工况下运行，并且维护费用增加。
因此，开发一种混合励磁且无刷的电机是十分必要的。图1为现有技术中的励磁 无刷同步发电机结构示意图，参见图l，该同步发电机包含转轴1、非导磁隔板2、励磁绕组 支架3、励磁绕组4、水平极板5、导磁轴套6、垂直磁极7、定子铁心8、隔磁板9、磁钢10、转 子铁心11级一电励磁主磁通路径12等。该电机实现了电励磁部分的无刷结构。它能够较 好地调整发电机的输出电压，运行可靠性较高，故障率比有刷结构低。然而，该电机的电励 磁部分的有效长度较小，使得磁场调节范围较小，影响了电机整体性能的发挥。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种混合励磁无刷同步电机，该电 机采用磁势并联、利用无刷结构，并且尽可能扩大电机的励磁调节范围。该混合励磁无刷同
3步电机磁场调节范围大、电机功率密度高。 —种混合励磁无刷同步电机，包含永磁同步电机和电励磁同步电机，所述永磁同 步电机和电励磁同步电机之间以非导磁材料隔开，二者的电枢结构相同，且共用同一个转 轴和同一个电枢绕组，所述永磁同步电机设置有永磁转子，所述电励磁同步电机设置有电 励磁转子。 其中，所述永磁转子和电励磁转子的电极弧系数相同；所述永磁转子和电励磁转 子的磁极的中心线平齐；所述永磁转子由导磁体和永磁体组成；该永磁体采用径向充磁结 构或切向充磁结构；该永磁体采用表面贴装或内置。 所述电励磁转子包含外扩延伸导磁体以及内縮延伸导磁体，所述外扩延伸导磁体 及内縮延伸导磁体均沿所述转轴的轴向延伸，组成一延伸端，该外扩延伸导磁体在延伸端 扩展为圆环形状端部，内縮延伸导磁体在延伸端收縮为圆柱形状端部，该延伸端的圆环形 状端部和圆柱形状端部之间的空隙内还设置有一个环形导磁桥，所述环形导磁桥内部设置 电励磁绕组，且所述环形导磁桥与所述延伸端之间附加气隙。 本发明既可以作为发电机，也可以作为电动机。既可以是三相电机，也可以是多相 电机。本发明的并列转子混合励磁无刷同步电机采用磁势并联、利用无刷结构，扩大了电机 的励磁调节范围。该混合励磁无刷同步电机磁场调节范围大、电机功率密度高。
图1为现有技术中的励磁无刷同步发电机结构示意图；
图2为本发明的混合励磁无刷同步电机的结构示意图。
图中涉及的附图标记和组成部分如下所示跳永磁同步电机101.前端盖110.永磁转子200.电励磁同步电机201.后立而盖210.电励磁转子211.外扩延伸导磁体211a.圆环形状端部212.内縮延伸导磁体212a.圆柱形状端部213.环形导磁桥214.电励磁绕组300.转轴概电枢绕组
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。 —种混合励磁无刷同步电机，包含永磁同步电机100和电励磁同步电机200，所述 永磁同步电机100和电励磁同步电机200之间以非导磁材料例如气隙隔开，永磁同步电机 100和电励磁同步电机200的电枢(未图示)各自独立，但电枢结构相同，即电枢的槽数相 等，槽型相同，且永磁同步电机100和电励磁同步电机200的电枢绕组400共用。永磁同步 电机100和电励磁同步电机200还共用一个转轴300，所述永磁同步电机100设置有永磁转 子IIO，所述电励磁同步电机200设置有电励磁转子210。 其中，所述永磁转子110和电励磁转子210的电极弧系数相同；所述永磁转子110 和电励磁转子210的磁极的中心线平齐；所述永磁转子110由导磁体和永磁体组成。作为可选的技术方案，该永磁体可以采用径向充磁结构或切向充磁结构，且永磁体可以为表面 贴装或内置。 所述电励磁转子210包含外扩延伸导磁体211以及内縮延伸导磁体212，所述外扩 延伸导磁体211及内縮延伸导磁体212均沿所述转轴300的轴向延伸，组成一延伸端，该外 扩延伸导磁体211在延伸端扩展为圆环形状端部211a，内縮延伸导磁体212在延伸端收縮 为圆柱形状端部212a，该延伸端的圆环形状端部211a和圆柱形状端部212a之间的空隙内 还设置有一个环形导磁桥213，所述环形导磁桥213内部设置电励磁绕组214，且所述环形 导磁桥213与所述延伸端，即圆环形状端部211a和圆柱形状端部212a之间附加气隙。
在本具体实施方式
中，混合励磁无刷同步电机还设置有前端盖101和后端盖201， 环形导磁桥213固定在后端盖201上，当混合励磁无刷同步电机旋转时，外扩延伸导磁体 211和内縮延伸导磁体212均随着转轴300 —起转动，而环形导磁桥213和电励磁绕组214 不随之转动，且所述环形导磁桥213与所述延伸端即圆环形状211a和圆柱形状212a之间 附加气隙，因此，电励磁绕组214的供电无需电刷和滑环，形成无刷电机结构。
本发明既可以作为发电机，也可以作为电动机。既可以是三相电机，也可以是多相 电机。由于本发明采用了磁势并联和无刷结构，因此扩大了电机的励磁调节范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围内。
权利要求
一种混合励磁无刷同步电机，包含永磁同步电机和电励磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机和电励磁同步电机之间以非导磁材料隔开，所述永磁同步电机和电励磁同步电机的电枢结构相同，且共用同一个转轴和同一个电枢绕组，所述永磁同步电机设置有永磁转子，所述电励磁同步电机设置有电励磁转子。
2. 根据权利要求1所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述永磁转子和电励 磁转子的电极弧系数相同。
3. 根据权利要求1所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述永磁转子和电励 磁转子的磁极的中心线平齐。
4. 根据权利要求1所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述永磁转子由导磁 体和永磁体组成。
5. 根据权利要求4所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述永磁体采用径向 充磁结构或切向充磁结构。
6. 根据权利要求4所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述永磁体采用表面 贴装或内置。
7. 根据权利要求1所述的混合励磁无刷同步电机，其特征在于，所述电励磁转子包含 外扩延伸导磁体以及内縮延伸导磁体，所述外扩延伸导磁体及内縮延伸导磁体均沿所述转 轴的轴向延伸，组成一延伸端，该外扩延伸导磁体在延伸端扩展为圆环形状端部，内縮延伸 导磁体在延伸端收縮为圆柱形状端部，该延伸端的圆环形状端部和圆柱形状端部之间的空 隙内还设置有一个环形导磁桥，所述环形导磁桥内部设置电励磁绕组，且所述环形导磁桥 与所述延伸端之间附加气隙。
全文摘要
一种混合励磁无刷同步电机，包含永磁同步电机和电励磁同步电机，所述永磁同步电机和电励磁同步电机之间以非导磁材料隔开，该永磁同步电机和电励磁同步电机的电枢结构相同，且共用同一个转轴和同一个电枢绕组，所述永磁同步电机设置有永磁转子，所述电励磁同步电机设置有电励磁转子。本发明的混合励磁无刷同步电机磁场调节范围大、电机功率密度高。
文档编号H02K16/02GK101752969SQ20081020360
公开日2010年6月23日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者王海群, 赵朝会, 郭环球 申请人:上海电机学院