專利名稱：軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機，屬于混合勵磁同步電機領域。
背景技術(shù)：
混合勵磁同步電機相對于永磁電機最大的優(yōu)點是氣隙磁場可調(diào)節(jié)，而有效氣隙磁場調(diào)節(jié)范圍是衡量混合勵磁電機性能的重要因素?；旌蟿畲磐诫姍C中一般有兩種磁通路徑，主磁路和軸向磁路，主要通過調(diào)節(jié)軸向磁路中的磁通來調(diào)節(jié)主氣隙磁通，所以軸向磁通的大小調(diào)節(jié)即軸向磁路設計在混合勵磁電機設計中至關重要。現(xiàn)有的混合勵磁同步電機大部分軸向磁路經(jīng)過電機定子部分，特別是經(jīng)過定子機殼，其代表性結(jié)構(gòu)是英國學者E. Spooner和日本學者T. Mizuno博士提出并研究的轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁同步電機，這類電機機殼甚至包括端蓋結(jié)構(gòu)和材料受到磁路設計限制，軸向磁路易飽和，而且轉(zhuǎn)子永磁體為表貼式結(jié)構(gòu)，氣隙磁密偏低。另ー種轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機，軸向磁路僅經(jīng)過轉(zhuǎn)子的N極導磁體，S極導磁體以及導磁橋，結(jié)構(gòu)簡單，軸向磁路短，軸向磁通較容易調(diào)節(jié)。但是為了保證軸向?qū)Т朋w磁路方向上的截面積以及導磁橋內(nèi)嵌繞勵磁繞組的空間，N極或S極導磁體延伸端需要向外擴張，這樣延伸段必須避開定子繞組短接部分的長度，使得電機軸向長度偏長，而且導磁橋的窗ロ截面積有限，使得勵磁磁勢較小，影響電機的磁場調(diào)節(jié)范圍，在某些電機長度受到限制的應用場合使用困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了一種軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機。本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
ー種軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機，包括在機殼內(nèi)裝有由電樞鐵心和電樞繞組組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸由N極極靴、S極極靴以及切向磁化永磁體組成的置于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的同步電機，其中，轉(zhuǎn)子的N極和S極極靴沿軸向向同一方向延伸，每個N極或S極極靴外徑不變地延伸，集合于圓環(huán)形極靴，同時轉(zhuǎn)子的每個S極或N極極靴沿同一方向拉伸呈瓶頸狀收縮，集合于空心圓柱形極靴，圓環(huán)形極靴和空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上的環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁相對齊，圓環(huán)形極靴和拉伸形成的空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上的環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁之間有一定長度的軸向的附加氣隙。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果
(I)完全不需要定子軸向磁路，定子機殼和端蓋等和傳統(tǒng)同步電機一祥，無需特殊的導磁材料及結(jié)構(gòu)設計。( 2)附加氣隙為軸向，使導磁橋裝配方便，而且顯著増加了導磁橋內(nèi)放置勵磁繞組的窗ロ面積和各部分結(jié)構(gòu)尺寸，勵磁磁勢更大、且磁路不易飽和。(3)轉(zhuǎn)子導磁體沿軸向延伸過程中外徑不變，不需要避開定子電樞繞組的端接部分長度，大大減小了電機的軸向長度，提高了電機的功率密度。(4)與轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁同步電機相比，電機的軸向磁路顯著縮短，轉(zhuǎn)子永磁體為切向磁化結(jié)構(gòu)，氣隙磁密高。(5)與旋轉(zhuǎn)整流器式無刷同步電機相比，省去了旋轉(zhuǎn)整流器，大大簡化電機結(jié)構(gòu)，提高了工作可靠性，且易于電動運行，實現(xiàn)起動發(fā)電一體化。


圖I是軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機結(jié)構(gòu)圖。圖2是轉(zhuǎn)子極靴及其沿軸向外徑不變延伸結(jié)構(gòu)圖。圖3是轉(zhuǎn)子極靴及其收縮結(jié)構(gòu)圖。圖4是環(huán)形導磁橋結(jié)構(gòu)圖。圖5是4對極軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機中磁通路徑圖。圖6是不同勵磁磁勢下電機的氣隙磁密波形。圖中符號說明1、機殼；2、定子鐵芯；3、S極極靴及其延伸部分；4、N極極靴及其延伸部分；5、電樞繞組；6、環(huán)形導磁橋；7、勵磁繞組；8、電機端蓋；9、永磁體；10、轉(zhuǎn)軸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明所涉及的軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機有兩種實現(xiàn)方案，第一種方案為轉(zhuǎn)子的N極和S極極靴沿軸向相同一方向延伸，每個N極極靴外徑不變地延伸，集合于圓環(huán)形極靴，同時轉(zhuǎn)子的每個S極極靴沿同一方向拉伸呈瓶頸狀收縮，集合于空心圓柱形極靴，圓環(huán)形極靴和空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁相對齊，即圓環(huán)形極靴的外徑等于環(huán)形導磁橋外壁的外徑，空心圓柱形極靴的內(nèi)徑等于圓環(huán)形極靴的內(nèi)徑，極靴與導磁橋之間有一定長度的軸向的附加氣隙；第二種方案為轉(zhuǎn)子的N極和S極極靴沿軸向相同一方向延伸，每個S極極靴外徑不變地延伸，集合于圓環(huán)形極靴，同時轉(zhuǎn)子的每個N極極靴沿同一方向拉伸呈瓶頸狀收縮，集合于空心圓柱形極靴，圓環(huán)形極靴和空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁相對齊，即圓環(huán)形極靴的外徑等于環(huán)形導磁橋外壁的外徑，空心圓柱形極靴的內(nèi)徑等于圓環(huán)形極靴的內(nèi)徑，極靴與導磁橋之間有一定長度的軸向的附加氣隙。 現(xiàn)結(jié)合附圖對軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機的第一種實現(xiàn)方案做具體分析，軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示N極和S極導磁體通過拉伸形成的端部再通過一定寬度的軸向的附加氣隙與環(huán)形導磁橋相對應，軸向附加氣隙應小于主氣隙。環(huán)形導磁橋的外橋壁和內(nèi)橋壁分別與N極導磁體拉伸形成的圓環(huán)形極靴和S極導磁體拉伸形成的空心圓柱形極靴對應，即導磁橋的外徑等于N極導磁體拉伸形成的圓環(huán)形極靴的外徑，環(huán)形導磁橋的內(nèi)徑等于S極導磁體瓶頸狀收縮形成的空心圓柱形極靴的內(nèi)徑。勵磁繞組嵌繞在環(huán)形導磁橋內(nèi)，環(huán)形導磁橋固定在端蓋上，轉(zhuǎn)軸與S極導磁體拉伸形成的空心圓柱形極靴緊密配合，即轉(zhuǎn)軸在空心圓柱形極靴段外徑等于空心圓柱形極靴的內(nèi)徑，但在環(huán)形導磁橋段轉(zhuǎn)軸的外徑應小于環(huán)形導磁橋的內(nèi)徑，使得轉(zhuǎn)軸不接觸到固定在端蓋上的環(huán)形導磁橋,環(huán)形導磁橋的結(jié)構(gòu)如圖4所示。N極、S極導磁體和環(huán)形導磁橋應用導磁性能較好的導磁材料，轉(zhuǎn)軸和機殼均可用普通的金屬材料。N極導磁體延軸向外徑不變拉伸并集合于圓環(huán)形極靴的結(jié)構(gòu)如圖2所示；將S極導磁體沿同一方向拉伸并呈瓶頸狀收縮于空心圓柱形極靴，為增加在收縮過渡段的截面積，避免在收縮過渡段的軸向磁路飽和，可在收縮段內(nèi)側(cè)設ー斜面倒角，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了減小電機的重量，在不影響軸向磁路等截面原則時，可以將S極極靴電樞鐵芯包圍的有效部分內(nèi)側(cè)按圓柱形切除，使得轉(zhuǎn)子被電樞鐵芯包圍的有效部分變?yōu)榭招牡膱A柱體，這樣也増大了 S極導磁體在過渡段的距離，減小了過渡段的漏磁。由圖5可知，軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機內(nèi)同時存在軸向和徑向磁通路徑，徑向磁通路徑如圖中黒色虛線所示，軸向磁通路徑如圖中黒色實線所示
電機主氣隙部分每極永磁體的主磁通路徑為永磁體N極 轉(zhuǎn)子N極極靴 主氣隙 電樞齒部 電樞軛部 電樞齒部 主氣隙 轉(zhuǎn)子S極極靴 永磁體S極；
軸向磁通路徑為永磁體N極 轉(zhuǎn)子N極極靴及其延伸部分 軸向附加氣隙1 環(huán)形導磁橋 軸向附加氣隙2 轉(zhuǎn)子S極極靴延伸部分及S極極靴 永磁體S扱。主要依靠調(diào)節(jié)勵磁磁勢大小來改變軸向磁通大小進而改變主氣隙磁通大小，
可見，環(huán)形導磁橋內(nèi)的勵磁繞組沒有勵磁電流時，由于附加氣隙相對于主氣隙較小，永磁體磁通主要由軸向磁路經(jīng)過附加氣隙，主氣隙中磁通較少，電機處于弱磁狀態(tài)；勵磁繞組通入某一方向勵磁電流時，勵磁磁場可以阻礙永磁體產(chǎn)生的軸向磁通，從而增大主氣隙磁通；勵磁繞組通入反方向電流時,可以進ー步弱磁。圖6所示的為軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁電機在正向4000Α · T勵磁磁勢和零勵磁下的氣隙磁密曲線。由圖可看出，電機的主氣隙磁密大小受到勵磁繞組中電流的控制，表明發(fā)明的軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機具有優(yōu)良的磁場調(diào)節(jié)性能。
權(quán)利要求
1.一種軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機,包括在機殼內(nèi)裝有由電樞鐵心和電樞繞組組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸由N極極靴、S極極靴以及切向磁化永磁體組成的置于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的同步電機，其特征在于轉(zhuǎn)子的N極和S極極靴沿軸向向同一方向延伸，每個N極或S極極靴外徑不變地延伸，集合于圓環(huán)形極靴，同時轉(zhuǎn)子的每個S極或N極極靴沿同一方向拉伸呈瓶頸狀收縮，集合于空心圓柱形極靴，圓環(huán)形極靴和空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上的環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁相對齊，圓環(huán)形極靴和拉伸形成的空心圓柱形極靴分別與固定在電機后端蓋上的環(huán)形導磁橋的外壁和內(nèi)壁之間有一定長度的軸向的附加氣隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機，屬于同步電機領域。本發(fā)明所述的軸向附加氣隙轉(zhuǎn)子磁分路混合勵磁同步電機，包括在機殼內(nèi)裝有由電樞鐵心和電樞繞組組成的定子和裝有轉(zhuǎn)軸由Ｎ極極靴、Ｓ極極靴以及切向磁化永磁體組成的置于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的同步電機，其特征在于轉(zhuǎn)子的Ｎ極和Ｓ極極靴沿軸向向同一方向延伸，拉伸形成的空心圓柱形極靴和圓環(huán)形極靴分別與固定在電機后端蓋上的環(huán)形導磁橋的內(nèi)壁和外壁之間有一定長度的軸向的附加氣隙。與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有勵磁磁勢大、軸向磁路顯著縮短、不易飽和、氣隙磁密大、電機功率密度高等優(yōu)點，適于在電機長度受到限制的高性能驅(qū)動和發(fā)電場合使用。
文檔編號H02K21/14GK102638146SQ201110094449
公開日2012年8月15日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者張卓然, 馬升杰 申請人:南京航空航天大學