一种双绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机的制作方法_3

文档序号:9435602阅读:来源:国知局
通经过主气隙进入动子形成主磁通,另一部分不经过主气隙进入动子而经过该附加气隙闭合形成漏磁通,由于永磁体产生的总磁通量是一定的,通过调节励磁绕组内电流的大小可以方便调节该漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到动子中的主磁通的大小,既可以起到增磁作用,又可以起到弱磁作用,有效拓宽电机的转速输出范围和功率输出范围,显著提高电机的性能;
[0038](5)附加气隙的形状尺寸可以根据不同的弱磁需要灵活改变,可采用等宽气隙,上宽下窄气隙或者上窄下宽气隙,以此达到不同的弱磁效果;励磁绕组产生的磁通经过附加气隙、定子齿、主气隙和动子齿形成闭合回路,励磁绕组产生的磁通不经过永磁体,与永磁体产生的磁通形成并联关系,减小了励磁磁通对应回路的磁阻,同样励磁电流可产生较大的励磁磁通,不仅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁体由于励磁磁通穿过永磁体引起永磁体反向磁化而产生的磁性能下降等不可逆退磁的风险,增强了电机的可靠性;
[0039](6)本发明可以通过改变本发明电机的动子结构来消除转矩死区,改善电机的起动性能,比如可采用不对称动子,涡轮状动子或者阶梯状动子等;
[0040](7)本发明电机中的永磁体可以为一块整体充磁的永磁体,也可以由多块永磁体拼接而成,因此本发明电机制造工艺简单,成本低,解决了由于宽度较宽的永磁体成本较高,机械受力时易发生破裂,安装时较为困难,机械强度不及多块宽度较小的永磁体拼接而成的问题;
[0041](8)本发明电机的永磁体的宽度可以根据永磁体的设计磁能积或者设计剩磁密度灵活确定,所以本发明电机既可以采用高磁能积的永磁体也可以采用低磁能积的永磁体,还可以采用高磁能积永磁体和低磁能积永磁体混合搭配,解决了现有永磁电机由于极弧系数受到极数的限制,通常只有采用高性能永磁体才能满足高性能电机需要的问题。
【附图说明】
[0042]图1为本发明电机的功率变换器电路图;
[0043]图2为现有无刷直流永磁和永磁同步电机功率变换器电路图;
[0044]图3为本发明电机实施方式I结构示意图;
[0045]图4为本发明电机实施方式2结构示意图;
[0046]其中,1.定子齿,2.定子背轭,3.定子槽轭,4.电枢槽,5.励磁槽,6.电枢绕组,7.励磁绕组,8.永磁体,9.动子齿,10.动子槽,11.主气隙,12.附加气隙。【具体实施方式】:
[0047]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0048]一种双绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机,它包括定子、动子、主气隙和附加气隙,定子包括永磁体、定子轭、定子齿、定子槽和定子绕组;动子包括动子齿和动子槽;所述定子轭包括定子槽轭和定子背轭,定子槽轭位于定子槽底部靠近外侧方向,定子槽轭和定子背轭之间设有永磁体,永磁体不随动子运动,安装方便,有利于散热,消除了普通永磁电机由于永磁体随动子运动而产生的机械应力损坏和永磁体散热不良等缺点,每块永磁体既可以由一整块永磁体充磁而成,也可以由多块宽度较窄的永磁体拼接而成,永磁体的宽度可以相同,也可以不同,同一个定子槽轭上的永磁体的充磁方向相同,相邻两个定子槽轭部上的永磁体的充磁方向相反;定子槽包括电枢绕组所在槽(电枢槽)和励磁绕组所在槽(励磁槽),所述电枢槽和励磁槽交替间隔排列,电枢槽内安放有一套电枢绕组,所述励磁槽内安放有一套励磁绕组,电机运行时,只需要控制一套电枢绕组的电流大小和方向,所述励磁绕组通方向不变的直流电流,电枢电流磁场,励磁电流磁场和永磁体产生的磁场相互作用使得定子齿上的磁通相互增强或者抵消,定子磁场在某个方向上连续开通或者关断,利用定子和动子间磁阻变化产生转矩并发电;定子齿和动子齿之间设有主气隙;励磁绕组所在槽内上方的定子槽轭部断开,设附加气隙,所述附加气隙不增加电机的尺寸;相邻两块永磁体产生的一部分磁通经过主气隙进入动子形成主磁通,另一部分不经过主气隙进入动子而经过该附加气隙闭合形成漏磁通,由于永磁体产生的总磁通量是一定的,通过调节励磁绕组内电流的大小可以调节该漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到动子中的主磁通的大小,以此实现调节励磁的作用。
[0049]电机定子齿的个数ns满足:ns= 2*n,其中η是大于等于2的自然数。
[0050]电机动子齿的个数M5P电机定子齿的个数n s满足:n n s/2。
[0051]永磁体的块数npm和电机定子齿的个数η s满足:npm/m = 0.5*ns,m为大于等于I的自然数。
[0052]定子槽内只安放有一套电枢绕组或者励磁绕组,定子槽内不需要相间绝缘,槽利用率高,绕组下线工艺简单,制造成本低。
[0053]励磁绕组产生的磁通经过附加气隙,定子齿,主气隙和动子齿形成闭合回路,励磁绕组产生的磁通不经过永磁体,与永磁体产生的磁通形成并联关系,减小了励磁磁通对应回路的磁阻,同样励磁电流可产生较大的励磁磁通,不仅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁体由于励磁磁通穿过永磁体引起永磁体反向磁化而产生的磁性能下降等不可逆退磁的风险,增强了电机的可靠性。
[0054]永磁体与定子背轭铁芯和定子槽轭铁芯均紧密接触。
[0055]附加气隙可以为各处宽度相同的均匀气隙,也可以为各处宽度不同的非均匀气隙,可以改变附加气隙的宽度或者采用上下不等宽气隙结构得到不同的增磁和弱磁特性,以此满足不同应用场合的需要。
[0056]电枢绕组从一个电枢绕组所在槽穿入,从相邻的电枢槽穿出,相邻两个电枢槽内的绕组组成一个电枢线圈,每个电枢线圈横跨两个定子齿距,相邻两个电枢槽内绕组的电流大小相同,方向相反。
[0057]励磁绕组从一个励磁绕组所在槽穿入,从相邻的励磁槽穿出,相邻两个励磁槽内的绕组组成一个励磁线圈,每个励磁线圈横跨两个定子齿距,相邻两个励磁绕组所在槽内绕组的电流大小相同,方向相反。
[0058]电机的永磁体的宽度可以通过根据永磁体的磁能积或者剩磁密度灵活确定,可以根据电机的设计气隙磁密确定永磁体的剩磁密度,再通过改变永磁体的极弧系数来确定永磁体的磁能积,而现有永磁电机由于极弧系数受到极数的限制,通常只有采用高性能永磁体才能满足设计磁密的需要。
[0059]所述永磁体既可以是高磁能积的永磁材料如钕铁硼也可以是低磁能积的永磁材料如铁氧体或者铝镍钴制成。
[0060]如图1所示,定子上只有一套定子电枢绕组A和一套励磁绕组F,而且电机每个槽内只安放有一套绕组,槽内不需要相间绝缘,电机绕组下线工序简单,整个成本低于现有的各类三相感应电机和永磁电机,由于槽内不需相间绝缘,槽满率高;本发明电机永磁体固定于定子上,不随动子运动,安装方便,有利于散热,消除了普通永磁发电机由于永磁体随动子运动而产生的机械应力损坏,永磁体散热不良等缺点;本发明电机的功率密度高,材料利用率高,同样设计功率的电机,本发明电机节省材料用量,降低成本;本发明电机运行时只有一套电枢绕组A通交流电流,而励磁绕组F通以方向不变的直流电流,因此电机的控制电路只需两个电力电子功率开关器件,如IGBT或者MOSFET。
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