并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及磁通调制式复合电机领域。
【背景技术】
[0002]近年来由于具有高剩磁密度，高矫顽力，高磁能积等特点的稀土永磁材料的发展，使得永磁电机与传统的电励磁电机相比，在结构方面具有体积小，结构简单，维护方便等优点，在性能方面具有效率高，功率因数高，功率密度大等优点，但是永磁电机由于采用单一永磁体励磁，磁场调节比较困难。传统的电励磁电机可以通过调节直流或交流励磁电流很方便地对气隙磁场进行调节，但是其结构复杂、输出转矩小、功率因数低。
[0003]混合励磁电机的主要特点是永磁体产生的磁场和电励磁绕组产生的磁场共同影响电机的气隙磁场并且利用励磁电流可调的优势对气隙磁密大小进行灵活的调节。混合励磁电机同时克服了永磁电机磁场调节困难以及电励磁电机功率因数低的缺点，使得电机具有体积小、结构紧凑、功率因数高、磁场调节方便等优点，但仍然存在输出转矩小的问题。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，通过永磁电机与传统电励磁电机相结合，在对传统电机实现缩小体积、提高功率因数的同时，实现电机低速大转矩输出，并且气隙磁场能够灵活调节的目的。
[0005]并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机包括外定子、永磁内定子、电励磁内定子、键槽、励磁绕组、电枢绕组、永磁体和调磁环转子，所述外定子固定在电机机壳上，电枢绕组缠绕在所述外定子上，永磁内定子和电励磁内定子分别固定在电机转轴的左右两侧并通过气隙隔开，永磁体固定在永磁内定子铁心上，励磁绕组缠绕在电励磁内定子铁心上，调磁环转子位于内外定子之间，并通过键槽固定安装在电机转轴上，且所述调磁环转子通过气隙与内外定子隔开。
[0006]有益效果:本发明提出的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机结合了并列式混合励磁电机和新型磁性齿轮的特点，能够对气隙磁通进行调制，获得低速大转矩的性能，很好的满足了电动汽车和风力发电等直接驱动场合的要求，同时与传统的串联式混合励磁符合电机相比较，本发明所述电机的电励磁效率高，永磁体避免了退磁的危险，利用率大大提高，励磁绕组缠绕在内定子上，可以很好地实现了无刷化，永磁部分和电励磁部分可以共用一个外定子，与使用分开的两个外定子比较，电机的过载能力提高，并且结构简单，安装方便，同时，调磁环转子能够实现高速电机的控制和系统的低速大转矩输出，在电动汽车、风力发电领域具有重要应用价值。
【附图说明】
[0007]图1为【具体实施方式】一所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的轴向剖面示意图；
[0008]图2为本发明所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的永磁部分的截面图；
[0009]图3为本发明所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的电励磁部分的截面图；
[0010]图4为【具体实施方式】四所述的调磁环转子7的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]【具体实施方式】一、结合图1至图3说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机包括外定子1、永磁内定子5、电励磁内定子2、键槽8、励磁绕组3、电枢绕组4、永磁体6和调磁环转子7，所述外定子I固定在电机机壳上，电枢绕组4缠绕在所述外定子I上，永磁内定子5和电励磁内定子2分别固定在电机转轴的左右两侧并通过气隙隔开，永磁体6固定在永磁内定子5铁心上，励磁绕组3缠绕在电励磁内定子2铁心上，调磁环转子7位于内外定子之间，并通过键槽8固定安装在电机转轴上，且所述调磁环转子7通过气隙与内外定子隔开。
[0012]本实施方式中，励磁绕组3缠绕在电励磁内定子2的铁心上，实现了电机的无刷化，励磁绕组3以一定的方式串联，保证充直流电时遵循右手定则，励磁磁链方向和永磁充磁方向相对应，通过改变励磁电流的方向，使电机工作在增磁或弱磁状态，永磁磁场经过永磁体-内定子轭-内气隙-调磁环转子-外气隙-外定子轭闭合，励磁磁场经过内定子轭-内气隙-调磁环转子-外气隙-外定子轭不和，因此，改变电励磁线圈中直流电流的大小，即可对电机进行宽度围的磁场调节，另外，该电机不仅可以通过调节励磁电流来对电枢绕组感应电势进行调节，而且可以在电枢绕组发生短路故障时，通过调节励磁电流来抵消永磁部分产生的磁场，实现电机电枢绕组短路故障时高效灭磁。
[0013]本实施方式所述的电机由于永磁部分和电励磁部分的磁路相互独立，调节励磁电流不会引起永磁体的不可逆退磁，电机可靠性高，电励磁效率高。
[0014]本实施方式中所述的电机内定子的极对数P1与外定子的极对数P 2之和为调磁环中调磁块个数Ns，通过对外定子电枢绕组加电压源所得到的气隙谐波磁场，以及内定子上的永磁体和励磁绕组产生的气隙谐波磁场进行解析分析，得到复合电机中内定子极对数P1、电枢绕组极对数P2和调磁块个数Ns之间的关系为:P i= |mP2+kNs|，其中，m = 1，3，5，+ =…，±°°;
[0015]当m = 1，k = -1时，由调磁环调制后得到的谐波磁场最强，调磁环两侧主要传递转矩的谐波磁场，具有相同的电角速度，可获得此符合电机调速比及传动比Gr = mP2+kNs/mP2，这样选择内定子极对数和调磁环的数量配比，可以满足转矩平稳的需求，否则将无法平稳的传递转矩，如图2和图3所示，选择外定子电枢绕组极对数P2= 4，调磁环数Ns =10，这样就可以得到内定子的极对数P1= 6，实现调速比为10/4。
[0016]【具体实施方式】二、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的区别在于，所述永磁内定子5采用内置切向磁钢结构或表贴式磁钢结构实现。
[0017]【具体实施方式】三、本【具体实施方式】与【具体实施方式】二所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的区别在于，所述永磁内定子5的极对数与电励磁内定子2的极对数相同。
[0018]【具体实施方式】四、本【具体实施方式】与【具体实施方式】三所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机的区别在于，所述调磁环转子7由导磁材料9和非导磁材料10依次间隔排列组成。
[0019]本实施方式中所述的调磁环转子7采用了新型磁齿轮传动装置的工作原理，进而应用在电机中，具有转矩密度高、运行效率高、非接触性力矩传递和过载自保护等特点，能够代替机械齿轮在清洁、低温和高空等环境中运行的潜力，结构更加简便，同时使低速大转矩的功能更为显著的体现。
【主权项】
1.并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，其特征在于，它包括外定子(I)、永磁内定子(5)、电励磁内定子(2)、键槽⑶、励磁绕组(3)、电枢绕组⑷、永磁体(6)和调磁环转子(7)，所述外定子(I)固定在电机机壳上，电枢绕组(4)缠绕在所述外定子(I)上，永磁内定子(5)和电励磁内定子(2)分别固定在电机转轴的左右两侧并通过气隙与电机转轴隔开，永磁体(6)固定在永磁内定子(5)铁心上，励磁绕组(3)缠绕在电励磁内定子(2)铁心上，调磁环转子(7)位于内外定子之间，并通过键槽(8)固定安装在电机转轴上，且所述调磁环转子(7)通过气隙与内外定子隔开。
2.根据权利要求1所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，其特征在于，所述永磁内定子(5)采用内置切向磁钢结构或表贴式磁钢结构实现。
3.根据权利要求2所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，其特征在于，所述永磁内定子(5)的极对数与电励磁内定子(2)的极对数相同。
4.根据权利要求3所述的并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，其特征在于，所述调磁环转子(7)由导磁材料(9)和非导磁材料(10)依次间隔排列组成。
【专利摘要】并列式混合励磁结构的磁通调制式复合电机，涉及磁通调制式复合电机领域。通过永磁电机与传统电励磁电机相结合，在对传统电机实现缩小体积、提高功率因数的同时，实现电机低速大转矩输出，并且气隙磁场能够灵活调节的目的。外定子固定在电机机壳上，电枢绕组缠绕在所述外定子上，永磁内定子和电励磁内定子分别固定在电机转轴的左右两侧并通过气隙隔开，永磁体固定在永磁内定子铁心上，励磁绕组缠绕在电励磁内定子铁心上，调磁环转子位于内外定子之间，并通过键槽固定安装在电机转轴上，且所述调磁环转子通过气隙与内外定子隔开。本发明结合了并列式混合励磁电机和新型磁性齿轮的特点，能够对气隙磁通进行调制，获得低速大转矩的性能。
【IPC分类】H02K16-00
【公开号】CN104868670
【申请号】CN201510316577
【发明人】谢颖, 张岩, 连国一, 王泽 , 武鑫
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月10日