專利名稱：串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流同步電機(jī)，特別是涉及一種混合勵(lì)磁爪極電機(jī)。
背景技術(shù)：
電機(jī)作為一種進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。爪極電機(jī)是 電機(jī)中一個(gè)重要的類別。目前存在的爪極電機(jī)大致可以分為三類電勵(lì)磁爪 極電機(jī)、永磁爪極電機(jī)，和并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)。如圖1所示，傳統(tǒng)
的電勵(lì)磁爪極電機(jī)(Claw pole machine)主要由定子T和轉(zhuǎn)子2，構(gòu)成定子 T包括定子鐵心軛部ll，電樞齒12和環(huán)繞于電樞齒12上的電樞繞組13; 轉(zhuǎn)子2'包括集電環(huán)14、轉(zhuǎn)子軸16、爪極17，磁軛18和勵(lì)磁繞組19，轉(zhuǎn)子 2'的各部分通過(guò)轉(zhuǎn)子軸16支撐于兩端蓋(圖未示)中心的軸承上。定子l' 和轉(zhuǎn)子2'之間具有氣隙。該傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪極電機(jī)的工作原理是，勵(lì)磁繞 組19通電后產(chǎn)生軸向磁通，此磁通依靠爪極17的作用轉(zhuǎn)換為徑向磁通，該 徑向磁通繼續(xù)從爪極17的N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙、電樞齒12 (同時(shí)穿過(guò)電樞 線圈13)，定子鐵心軛部11，相鄰的電樞齒12，再經(jīng)過(guò)氣隙到爪極17的S 極，經(jīng)過(guò)磁軛18，再回到爪極17的N極，形成閉合主磁通回路。電勵(lì)磁爪 極電機(jī)所存在的集電環(huán)和換向器使得該種電機(jī)的故障率較高、功率密度低， 噪聲也較大。
永磁爪極發(fā)電機(jī)和并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖可參考附圖 2， 二者結(jié)構(gòu)不同之處在于，永磁爪極發(fā)電機(jī)不具有圖2中所示的勵(lì)磁繞組 19。對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁爪極發(fā)電機(jī)和并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)而言，兩 種電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分均包括圖2中所示的轉(zhuǎn)子軸26，爪極27，以及嵌于爪極27之間的永磁體25，定子部分均包括圖2中所示的定子鐵心21、電樞齒22， 以及環(huán)繞于電樞齒22上的電樞繞組23。對(duì)圖2所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁爪 極發(fā)電機(jī)而言，其中永磁體25的磁化方向?yàn)榍邢?。?duì)圖2所示的并聯(lián)磁路混 合勵(lì)磁爪極電機(jī)而言，其中永磁體25的磁化方向也為切向，該種充磁方向可 以減少兩相鄰爪極之間的漏磁。永磁爪極發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，但由 于其勵(lì)磁源是永磁體，因此電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)較為困難；并聯(lián)磁路的混合 勵(lì)磁爪極電機(jī)將電勵(lì)磁和永磁兩種勵(lì)磁源并聯(lián)，與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪極電機(jī)和 永磁爪極電機(jī)相比較而言，該種結(jié)構(gòu)方式減少了爪極之間的漏磁，但由于其 中存在多塊永磁體，各個(gè)永磁體的安裝不一定完全在轉(zhuǎn)子的外圓弧表面，而 且充磁的強(qiáng)度也不容易相同，因此該種結(jié)構(gòu)容易造成一對(duì)極下磁場(chǎng)的偏斜。
因此，解決電機(jī)效率與電機(jī)結(jié)構(gòu)之間的矛盾，設(shè)計(jì)出不增加電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜度、裝配簡(jiǎn)單，同時(shí)又能提高效率的電機(jī)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員想要解決 的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的初衷在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種極下磁場(chǎng)不易偏斜、 磁場(chǎng)調(diào)節(jié)容易，并且功率密度高的電機(jī)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，該電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，所述 定子包括定子鐵心、設(shè)置于該定子鐵心上的電樞齒，以及環(huán)繞于該電樞齒上 的電樞繞組，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸、由轉(zhuǎn)子軸支承的永磁體和爪極，以及環(huán) 繞于永磁體的環(huán)形勵(lì)磁繞組，所述永磁體設(shè)置于兩個(gè)爪極之間，所述環(huán)形勵(lì) 磁繞組所構(gòu)成的磁勢(shì)源和所述永磁體構(gòu)成的磁勢(shì)源串聯(lián)，所述定子面對(duì)所述 轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子間具有氣隙。
所述永磁體為圓盤狀永磁體，該圓盤狀永磁體的中心具有穿孔，用來(lái)供轉(zhuǎn)子軸穿過(guò)，所述永磁體的充磁方向?yàn)檩S向。
所述爪極的極對(duì)數(shù)，與傳統(tǒng)電機(jī)相比，較少，最佳值為兩對(duì)。
該串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的氣隙中的磁場(chǎng)由永磁體、勵(lì)磁繞組中的 勵(lì)磁電流和定子繞組中的三相交流電流共同產(chǎn)生該氣隙磁場(chǎng)中磁通的走向可 大體概括如下所述永磁體和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的軸向磁通經(jīng)永磁體到達(dá)爪極， 該軸向磁通由爪極轉(zhuǎn)換為徑向磁通，之后，該徑向磁通流經(jīng)氣隙、電樞齒、 定子鐵心，到達(dá)磁場(chǎng)的另一磁極，再經(jīng)過(guò)該磁場(chǎng)的另一磁極下的定子齒、氣 隙和爪極，回到永磁體，形成一個(gè)磁通回路。
本發(fā)明通過(guò)利用整塊圓盤狀的永磁體，來(lái)代替并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁電機(jī)中 若干分散的永磁體，能夠使一對(duì)極下磁場(chǎng)位置穩(wěn)定。
本發(fā)明環(huán)形勵(lì)磁繞組中勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和永磁體的磁化方向相 同時(shí)，電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)增大；反之電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)減小。因此通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì) 磁電流的大小就可以方便的調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，從而方便的控制輸出電壓。
由于本發(fā)明勵(lì)磁磁場(chǎng)的主要部分改由永磁體產(chǎn)生，勵(lì)磁繞組僅僅作為輔 助的調(diào)節(jié)裝置，因此電機(jī)正常工作時(shí)，勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流零，勵(lì)磁繞組 不消耗功率，僅當(dāng)負(fù)載變化，如汽車爬坡，永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)不足時(shí)，才適當(dāng)?shù)?加入勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，因此本發(fā)明是一種節(jié)能型電機(jī)。
本發(fā)明的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)與傳統(tǒng)的爪極電機(jī)相比，極對(duì)數(shù)較 少，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，爪極面積大，磁路中漏磁相對(duì)較小，電機(jī)功率密度 較高。
本發(fā)明的串聯(lián)混合磁路爪極電機(jī)采用電勵(lì)磁和永磁兩種磁勢(shì)源串聯(lián)結(jié) 構(gòu)，在不改變傳統(tǒng)爪極電機(jī)爪極形狀和規(guī)格的情況下提高了電機(jī)的功率密度， 能廣泛用于汽車發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。
5附圖1是傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意附圖2是傳統(tǒng)的永磁爪極發(fā)電機(jī)和并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示 意附圖3是本發(fā)明串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的分解結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是本發(fā)明串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中主要元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
r定子11定子鐵心
12電樞齒13電樞繞組
14集電環(huán)16轉(zhuǎn)子軸
17爪極18磁軛
19勵(lì)磁繞組2,轉(zhuǎn)子
21定子鐵心22電樞齒
23電樞繞組25永磁體
31定子鐵心32電樞齒
33電樞繞組35永磁體
37爪極39環(huán)形勵(lì)磁繞組
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
。
參見附圖3。依據(jù)本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的一種串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)， 包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，所述定子包括定子鐵心31、設(shè)置于該定子鐵心上的 電樞齒32，和環(huán)繞于該電樞齒32上的電樞繞組33，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸(圖 未示)、由轉(zhuǎn)子軸支承的永磁體35和爪極37，以及環(huán)繞于永磁體35上的環(huán) 形勵(lì)磁繞組39。所述定子鐵心31由硅鋼片疊加而成，定子鐵心31內(nèi)側(cè)為凸 極齒槽結(jié)構(gòu)，形成電樞齒32。永磁體35為圓盤狀，中心具有穿孔，用來(lái)供轉(zhuǎn)子軸穿過(guò)，永磁體35的充磁方向?yàn)檩S向。另外，本發(fā)明爪極的極對(duì)數(shù)，與 傳統(tǒng)電機(jī)相比，較少，經(jīng)試驗(yàn)，該極對(duì)數(shù)的最佳值為兩對(duì)，在本實(shí)施例中，
極對(duì)數(shù)為兩對(duì)。進(jìn)一步參閱附圖4，該圖顯示由附圖3中的各部件所組裝成 的電機(jī)，永磁體35設(shè)置于兩個(gè)爪極37之間，所述環(huán)形勵(lì)磁繞組39所構(gòu)成的 磁勢(shì)源和所述永磁體35構(gòu)成的磁勢(shì)源串聯(lián)。
本發(fā)明所提供的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，空載時(shí)， 一對(duì)極下的主磁 通由兩部分組成勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通和永磁體產(chǎn)生的主磁通。環(huán)形勵(lì)磁 繞組39通電后建立磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)由一個(gè)爪極37經(jīng)氣隙、電樞齒32、及定子 鐵心31，至另一個(gè)爪極37而閉合，從而在爪極37圓柱表面上形成N、 S間 隔的極性，此為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通。
負(fù)載時(shí)，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，氣隙磁場(chǎng)由永磁體35、環(huán)形勵(lì) 磁繞組39中的勵(lì)磁電流，和定子電樞繞組33中的三相交流電流共同產(chǎn)生。 該氣隙磁場(chǎng)中磁通的走向可大體概括如下永磁體35和環(huán)形勵(lì)磁繞組39產(chǎn) 生的軸向磁通經(jīng)永磁體35到達(dá)爪極37，此時(shí)，該軸向磁通被爪極37轉(zhuǎn)換為 徑向磁通，之后，該徑向磁通流經(jīng)氣隙、電樞齒32、定子鐵心31，到達(dá)磁場(chǎng) 的另一磁極，再經(jīng)過(guò)該磁場(chǎng)的另一磁極下的電樞齒32、氣隙和爪極37，回到 永磁體35，形成一個(gè)磁通回路。當(dāng)環(huán)形勵(lì)磁繞組39中勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng) 方向和永磁體35的磁化方向相同時(shí)，電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)增大；反之電機(jī)的氣 隙磁場(chǎng)減小。因此通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小就可以調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，方便的控 制輸出電壓。
本發(fā)明的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)與傳統(tǒng)的爪極電機(jī)相比，極對(duì)數(shù)較 少，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，爪極面積大；磁路中漏磁相對(duì)較小，功 率密度高；用整塊圓盤狀的永磁體，來(lái)代替并聯(lián)磁路混合勵(lì)磁電機(jī)中若干分 散的永磁體，能夠使一對(duì)極下磁場(chǎng)位置穩(wěn)定；本發(fā)明環(huán)形勵(lì)磁繞組中勵(lì)磁電 流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和永磁體的磁化方向相同時(shí)，電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)增大；反之電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)減小。因此通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小就可以方便的調(diào)節(jié)氣 隙磁場(chǎng)，從而方便的控制輸出電壓。
由于本發(fā)明勵(lì)磁磁場(chǎng)的主要部分改有永磁體產(chǎn)生，勵(lì)磁繞組僅僅作為輔 助的調(diào)節(jié)裝置，因此電機(jī)正常工作時(shí)，勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流零，勵(lì)磁繞組 不消耗功率，僅當(dāng)負(fù)載變化，如汽車爬坡，永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)不足時(shí)，才適當(dāng)?shù)?加入勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，因此本發(fā)明是一種節(jié)能型電機(jī)。
本發(fā)明的串聯(lián)混合磁路爪極電機(jī)采用電勵(lì)磁和永磁兩種磁勢(shì)源串聯(lián)結(jié) 構(gòu)，在不改變傳統(tǒng)爪極電機(jī)爪極形狀和規(guī)格的情況下提高了電機(jī)的功率密度， 能廣泛用于汽車發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵心、設(shè)置于該定子鐵心上的電樞齒，以及環(huán)繞于該電樞齒上的電樞繞組，所述定子面對(duì)所述轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子間具有氣隙，其特征在于所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸、由轉(zhuǎn)子軸支承的永磁體和爪形磁極，以及環(huán)繞于永磁體的環(huán)形勵(lì)磁繞組，所述永磁體設(shè)置于兩個(gè)爪形磁極之間，所述環(huán)形勵(lì)磁繞組所構(gòu)成的磁勢(shì)源和所述永磁體構(gòu)成的磁勢(shì)源串聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在于所述 永磁體為圓盤狀永磁體，該圓盤狀永磁體的中心具有穿孔，用來(lái)供轉(zhuǎn)子軸穿 過(guò)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在于 所述永磁體的充磁方向?yàn)檩S向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在 于所述爪極的極對(duì)數(shù)為兩對(duì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在于空載 時(shí)，該串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的一對(duì)極下的主磁通由兩部分組成，勵(lì)磁 電流產(chǎn)生的主磁通和永磁體產(chǎn)生的主磁通。環(huán)形勵(lì)磁繞組通電后建立磁場(chǎng)， 該磁場(chǎng)由一個(gè)爪極經(jīng)氣隙、電樞齒、及定子鐵心，至另一個(gè)爪極而閉合，從 而在爪極圓柱表面上形成N、 S間隔的極性，此為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在于該串 聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)的氣隙中的磁場(chǎng)由永磁體、勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流 和定子繞組中的三相交流電流共同產(chǎn)生。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，其特征在于所述 永磁體和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的軸向磁通經(jīng)永磁體到達(dá)爪形磁極，該軸向磁通由爪 形磁極轉(zhuǎn)換為徑向磁通，之后，該徑向磁通流經(jīng)氣隙、電樞齒、定子鐵心， 到達(dá)磁場(chǎng)的另一磁極，再經(jīng)過(guò)該磁場(chǎng)的另一磁極下的定子齒、氣隙和爪形磁 極，回到永磁體，形成一個(gè)磁通回路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種串聯(lián)磁路混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，該電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，所述定子包括定子鐵心、設(shè)置于該定子鐵心上的電樞齒，以及環(huán)繞于該電樞齒上的電樞繞組，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸、由轉(zhuǎn)子軸支承的永磁體和爪極，以及環(huán)繞于永磁體的環(huán)形勵(lì)磁繞組，所述永磁體設(shè)置于兩個(gè)爪極之間，所述環(huán)形勵(lì)磁繞組所構(gòu)成的磁勢(shì)源和所述永磁體構(gòu)成的磁勢(shì)源串聯(lián)，所述定子面對(duì)所述轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子間具有氣隙。本發(fā)明爪極電機(jī)的極對(duì)數(shù)較少，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，爪極面積大，磁路中漏磁相對(duì)較小。本發(fā)明勵(lì)磁磁場(chǎng)的主要部分改有永磁體產(chǎn)生，勵(lì)磁繞組僅僅作為輔助的調(diào)節(jié)裝置，是一種節(jié)能型電機(jī)。本發(fā)明功率密度高，能廣泛用于汽車發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101599683SQ20081003868
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者丁葉文, 沖 俞, 達(dá) 張, 磊 朱, 田程程, 趙朝會(huì) 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院