一种永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种并列式混合励磁无刷电机，特别涉及一种永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机。
【背景技术】
[0002]永磁电机结构简单可靠、功率密度高、效率高，广泛应用于工业、航空航天、舰船等领域，但是存在气隙磁场调节困难、存在不可逆退磁风险等问题。如在飞机起动/发电系统中，电机处于高温、高压等恶劣环境中，永磁体极易发生不可逆退磁，且故障灭磁困难。而混合励磁电机将永磁电机与电励磁电机有机结合，兼具高功率密度与气隙磁场可调的优点，近年来在电动汽车、飞机起动/发电等领域引起人们的广泛关注。
[0003]并列式混合励磁电机作为混合励磁电机技术研究的一个重要方向，结构原理简单，易于实现励磁电流的双向调节；此外，一般的并列式混合励磁电机永磁磁路和电励磁磁路相互独立，电励磁磁路一般无附加气隙，励磁效率高。探求合理高效的并列式混合励磁电机拓扑结构对于促进该类电机的实践应用有重要意义。
[0004]中国发明专利ZL 201010538343.5提出了一种并列结构的无刷无附加气隙混合励磁同步发电机，其励磁绕组安装在定子上，实现无刷化，但由于采用交流励磁，励磁控制复杂，制约了其应用范围。中国发明专利CN1545189A提出了一种并列式混合励磁双凸极电机，其结构简单可靠，但单极性磁链限制了其功率密度，转矩脉动较大，发电运行时，仅能作直流发电机。中国发明专利CN101262160A提出了一种混合励磁磁通切换电机，其结构原理也属于并列式，但为单相电机，相对于永磁同步电机，功率密度偏低。发明专利CN102843008A公开了一种并列式混合励磁交流发电机，实现了两类电机感应电势的高效叠加，但电励磁磁通切换电机部分每个定子极上均开槽以放励磁绕组，结构较复杂，绕组下线困难。英国学者提出了一种变磁通双凸极电机，具有气隙磁场可调、磁链双极性、反电势正弦度高等优点，但电励磁方式下功率密度和效率偏低。
[0005]基于以上分析，本发明提出一种永磁/变磁阻并列式混合励磁无刷电机结构形式，以克服现有并列式混合励磁电机的不足，本案由此产生。
【发明内容】
[0006]本发明的目的，在于提供一种永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机，其将永磁同步电机和变磁阻电机有机组合，解决电机电枢绕组内部短路故障时完全灭磁保护的问题，在拓宽永磁电机宽调速范围基础上提高功率密度和转矩密度。
[0007]为了达成上述目的，本发明的技术方案是:一种永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机，包括机壳、机壳内的定子和转子、转轴、前后端盖及轴承；所述定子为分段结构，包括永磁部分定子铁芯、变磁阻部分定子铁芯、嵌绕在两部分定子槽中的非交叠集中电枢绕组以及绕在变磁阻部分每个定子齿上的励磁绕组；所述转子固定于转轴上，也为分段结构，包括永磁部分转子铁芯及嵌入永磁部分转子铁芯中的永磁体、变磁阻部分无绕组的凸极转子铁芯；永磁部分定子、转子分别与变磁阻部分定子、转子在空间上间隔安装在机壳内左右两侧，两部分磁路互不影响，且两部分转子同轴旋转；所述永磁部分定子铁芯和变磁阻部分定子铁芯共用一套电枢绕组。
[0008]进一步的，所述变磁阻部分每个定子槽中极性呈交替排列的励磁线圈串联构成一套直流励磁绕组。
[0009]进一步的，所述永磁部分电枢绕组采用单层或双层集中绕组结构，且每相电枢绕组同时绕在变磁阻部分对应定子齿上。
[0010]进一步的，所述永磁部分转子铁芯上嵌有永磁体，所述永磁体嵌置方式采用表贴式、内置式或Halbach阵列磁钢，所述内置式结构采用内置径向式、内置切向式或内置混合式。
[0011]进一步的，所述永磁部分转子极对数b等于变磁阻部分转子极数N ro
[0012]进一步的，所述永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机为三相电机或多相电机。
[0013]进一步的，所述永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机为三相电机，变磁阻部分定子极数Ns和转子极数Nr配合满足6k/5k结构，其中，k为正偶数。当所述永磁部分电枢绕组采用单层集中绕组结构，永磁部分定子齿与变磁阻部分同一相定子极对齐，永磁部分转子磁极中线与变磁阻部分转子极中线对齐。当所述永磁部分电枢绕组采用双层集中绕组结构，永磁部分定子槽与变磁阻部分同一相定子极对齐，永磁部分转子磁极中线与变磁阻部分转子极中线相差90° /P1^机械角。
[0014]进一步的，所述永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机既可作直流电动机或者直流发电机，也可作交流电动机或者交流发电机。
[0015]采用上述方案后，本发明与现有混合励磁电机结构相比，具有如下有益特点:
[0016](I)变磁阻部分电枢绕组具有高正弦度的感应电势波形，与永磁部分电枢绕组正弦波感应电势组合，可实现两者电势波形的高效叠加和调节，有利于作为交流发电机/电动机；
[0017](2)变磁阻部分磁链呈双极性变化，电机绕组内部短路时可通过变磁阻部分励磁调节完全抵消永磁励磁产生的磁场，从而实现电机电枢绕组内部短路故障时完全灭磁；
[0018](3)电机两部分磁路相互独立，不存在轴向磁路和附加气隙，而且变磁阻部分每个定子槽中均放置励磁绕组，励磁磁路与电枢磁路相同，励磁绕组端部绕组很小，因此励磁损耗小，电励磁效率尚;
[0019](4)穿过永磁部分定子齿的电枢绕组线圈同时穿过变磁阻部分的定子极，从而大大减小了电枢绕组的端接长度；
[0020](5)根据应用场合的不同，合理设计永磁部分和变磁阻部分两部分的铁心长度比例，可以实现电机发电运行的宽电压调节范围及拓宽电动运行的恒功率范围。
[0021](6)本发明采用永磁和变磁阻并列式结构，变磁阻部分采用无绕组的凸极转子铁芯，结构比较简单，且适合高速高温运行。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的轴向剖面示意图；
[0023]图2(a)是本发明第一实施例永磁部分的截面不意图；
[0024]图2 (b)是本发明第一实施例变磁阻部分的截面示意图；
[0025]图3(a)是本发明第一实施例永磁部分两电枢绕组电势星形图；
[0026]图3(b)是本发明第一实施例变磁阻部分电枢绕组电势星形图；
[0027]图3(c)是本发明第一实施例电枢绕组连接示意图；
[0028]图4(a)是本发明第二实施例永磁部分的截面示意图；
[0029]图4(b)是本发明第二实施例电枢绕组连接示意图。
[0030]图中元件符号说明:
[0031]I—转轴，2—永磁体，3—电枢绕组，4-1 一永磁部分定子铁芯，4-2—变磁阻部分定子铁芯，5一励磁绕组，6一轴承，7-1 一前端盖，7-2一后端盖，8-1 一永磁部分转子铁芯，8-2—变磁阻部分转子铁芯，9一机壳，W1' W12 —12个集中电枢绕组线圈。
【具体实施方式】
[0032]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0033]如图1所示，本发明提供一种永磁和变磁阻并列式混合励磁无刷电机，包括机壳9、前端盖7-1、后端盖7-2、轴承6、机壳9内的定子、转子及转轴I。其中，定子包括永磁部分定子铁芯4-1、变磁阻部分定子铁芯4-2、嵌绕在两部分定子槽中的非交叠集中电枢绕组3以及绕在变磁阻部分每个定子齿上的励磁绕组5 ;转子固定于转轴I上，包括永磁部分转子铁芯8-1及嵌入其中的永磁体2、变磁阻部分无绕组的凸极转子铁芯8-2