一種永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種并列式混合勵磁無刷電機，特別涉及一種永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁電機結(jié)構(gòu)簡單可靠、功率密度高、效率高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、艦船等領(lǐng)域，但是存在氣隙磁場調(diào)節(jié)困難、存在不可逆退磁風險等問題。如在飛機起動/發(fā)電系統(tǒng)中，電機處于高溫、高壓等惡劣環(huán)境中，永磁體極易發(fā)生不可逆退磁，且故障滅磁困難。而混合勵磁電機將永磁電機與電勵磁電機有機結(jié)合，兼具高功率密度與氣隙磁場可調(diào)的優(yōu)點，近年來在電動汽車、飛機起動/發(fā)電等領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注。
[0003]并列式混合勵磁電機作為混合勵磁電機技術(shù)研究的一個重要方向，結(jié)構(gòu)原理簡單，易于實現(xiàn)勵磁電流的雙向調(diào)節(jié)；此外，一般的并列式混合勵磁電機永磁磁路和電勵磁磁路相互獨立，電勵磁磁路一般無附加氣隙，勵磁效率高。探求合理高效的并列式混合勵磁電機拓撲結(jié)構(gòu)對于促進該類電機的實踐應(yīng)用有重要意義。
[0004]中國發(fā)明專利ZL 201010538343.5提出了一種并列結(jié)構(gòu)的無刷無附加氣隙混合勵磁同步發(fā)電機，其勵磁繞組安裝在定子上，實現(xiàn)無刷化，但由于采用交流勵磁，勵磁控制復(fù)雜，制約了其應(yīng)用范圍。中國發(fā)明專利CN1545189A提出了一種并列式混合勵磁雙凸極電機，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，但單極性磁鏈限制了其功率密度，轉(zhuǎn)矩脈動較大，發(fā)電運行時，僅能作直流發(fā)電機。中國發(fā)明專利CN101262160A提出了一種混合勵磁磁通切換電機，其結(jié)構(gòu)原理也屬于并列式，但為單相電機，相對于永磁同步電機，功率密度偏低。發(fā)明專利CN102843008A公開了一種并列式混合勵磁交流發(fā)電機，實現(xiàn)了兩類電機感應(yīng)電勢的高效疊加，但電勵磁磁通切換電機部分每個定子極上均開槽以放勵磁繞組，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組下線困難。英國學者提出了一種變磁通雙凸極電機，具有氣隙磁場可調(diào)、磁鏈雙極性、反電勢正弦度高等優(yōu)點，但電勵磁方式下功率密度和效率偏低。
[0005]基于以上分析，本發(fā)明提出一種永磁/變磁阻并列式混合勵磁無刷電機結(jié)構(gòu)形式，以克服現(xiàn)有并列式混合勵磁電機的不足，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，在于提供一種永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機，其將永磁同步電機和變磁阻電機有機組合，解決電機電樞繞組內(nèi)部短路故障時完全滅磁保護的問題，在拓寬永磁電機寬調(diào)速范圍基礎(chǔ)上提高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。
[0007]為了達成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機，包括機殼、機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、前后端蓋及軸承；所述定子為分段結(jié)構(gòu)，包括永磁部分定子鐵芯、變磁阻部分定子鐵芯、嵌繞在兩部分定子槽中的非交疊集中電樞繞組以及繞在變磁阻部分每個定子齒上的勵磁繞組；所述轉(zhuǎn)子固定于轉(zhuǎn)軸上，也為分段結(jié)構(gòu)，包括永磁部分轉(zhuǎn)子鐵芯及嵌入永磁部分轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體、變磁阻部分無繞組的凸極轉(zhuǎn)子鐵芯；永磁部分定子、轉(zhuǎn)子分別與變磁阻部分定子、轉(zhuǎn)子在空間上間隔安裝在機殼內(nèi)左右兩側(cè)，兩部分磁路互不影響，且兩部分轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)；所述永磁部分定子鐵芯和變磁阻部分定子鐵芯共用一套電樞繞組。
[0008]進一步的，所述變磁阻部分每個定子槽中極性呈交替排列的勵磁線圈串聯(lián)構(gòu)成一套直流勵磁繞組。
[0009]進一步的，所述永磁部分電樞繞組采用單層或雙層集中繞組結(jié)構(gòu)，且每相電樞繞組同時繞在變磁阻部分對應(yīng)定子齒上。
[0010]進一步的，所述永磁部分轉(zhuǎn)子鐵芯上嵌有永磁體，所述永磁體嵌置方式采用表貼式、內(nèi)置式或Halbach陣列磁鋼，所述內(nèi)置式結(jié)構(gòu)采用內(nèi)置徑向式、內(nèi)置切向式或內(nèi)置混合式。
[0011]進一步的，所述永磁部分轉(zhuǎn)子極對數(shù)b等于變磁阻部分轉(zhuǎn)子極數(shù)N ro
[0012]進一步的，所述永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機為三相電機或多相電機。
[0013]進一步的，所述永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機為三相電機，變磁阻部分定子極數(shù)Ns和轉(zhuǎn)子極數(shù)Nr配合滿足6k/5k結(jié)構(gòu)，其中，k為正偶數(shù)。當所述永磁部分電樞繞組采用單層集中繞組結(jié)構(gòu)，永磁部分定子齒與變磁阻部分同一相定子極對齊，永磁部分轉(zhuǎn)子磁極中線與變磁阻部分轉(zhuǎn)子極中線對齊。當所述永磁部分電樞繞組采用雙層集中繞組結(jié)構(gòu)，永磁部分定子槽與變磁阻部分同一相定子極對齊，永磁部分轉(zhuǎn)子磁極中線與變磁阻部分轉(zhuǎn)子極中線相差90° /P1^機械角。
[0014]進一步的，所述永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機既可作直流電動機或者直流發(fā)電機，也可作交流電動機或者交流發(fā)電機。
[0015]采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有混合勵磁電機結(jié)構(gòu)相比，具有如下有益特點:
[0016](I)變磁阻部分電樞繞組具有高正弦度的感應(yīng)電勢波形，與永磁部分電樞繞組正弦波感應(yīng)電勢組合，可實現(xiàn)兩者電勢波形的高效疊加和調(diào)節(jié)，有利于作為交流發(fā)電機/電動機；
[0017](2)變磁阻部分磁鏈呈雙極性變化，電機繞組內(nèi)部短路時可通過變磁阻部分勵磁調(diào)節(jié)完全抵消永磁勵磁產(chǎn)生的磁場，從而實現(xiàn)電機電樞繞組內(nèi)部短路故障時完全滅磁；
[0018](3)電機兩部分磁路相互獨立，不存在軸向磁路和附加氣隙，而且變磁阻部分每個定子槽中均放置勵磁繞組，勵磁磁路與電樞磁路相同，勵磁繞組端部繞組很小，因此勵磁損耗小，電勵磁效率尚;
[0019](4)穿過永磁部分定子齒的電樞繞組線圈同時穿過變磁阻部分的定子極，從而大大減小了電樞繞組的端接長度；
[0020](5)根據(jù)應(yīng)用場合的不同，合理設(shè)計永磁部分和變磁阻部分兩部分的鐵心長度比例，可以實現(xiàn)電機發(fā)電運行的寬電壓調(diào)節(jié)范圍及拓寬電動運行的恒功率范圍。
[0021](6)本發(fā)明采用永磁和變磁阻并列式結(jié)構(gòu)，變磁阻部分采用無繞組的凸極轉(zhuǎn)子鐵芯，結(jié)構(gòu)比較簡單，且適合高速高溫運行。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的軸向剖面示意圖；
[0023]圖2(a)是本發(fā)明第一實施例永磁部分的截面不意圖；
[0024]圖2 (b)是本發(fā)明第一實施例變磁阻部分的截面示意圖；
[0025]圖3(a)是本發(fā)明第一實施例永磁部分兩電樞繞組電勢星形圖；
[0026]圖3(b)是本發(fā)明第一實施例變磁阻部分電樞繞組電勢星形圖；
[0027]圖3(c)是本發(fā)明第一實施例電樞繞組連接示意圖；
[0028]圖4(a)是本發(fā)明第二實施例永磁部分的截面示意圖；
[0029]圖4(b)是本發(fā)明第二實施例電樞繞組連接示意圖。
[0030]圖中元件符號說明:
[0031]I—轉(zhuǎn)軸，2—永磁體，3—電樞繞組，4-1 一永磁部分定子鐵芯，4-2—變磁阻部分定子鐵芯，5一勵磁繞組，6一軸承，7-1 一前端蓋，7-2一后端蓋，8-1 一永磁部分轉(zhuǎn)子鐵芯，8-2—變磁阻部分轉(zhuǎn)子鐵芯，9一機殼，W1' W12 —12個集中電樞繞組線圈。
【具體實施方式】
[0032]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供一種永磁和變磁阻并列式混合勵磁無刷電機，包括機殼9、前端蓋7-1、后端蓋7-2、軸承6、機殼9內(nèi)的定子、轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸I。其中，定子包括永磁部分定子鐵芯4-1、變磁阻部分定子鐵芯4-2、嵌繞在兩部分定子槽中的非交疊集中電樞繞組3以及繞在變磁阻部分每個定子齒上的勵磁繞組5 ;轉(zhuǎn)子固定于轉(zhuǎn)軸I上，包括永磁部分轉(zhuǎn)子鐵芯8-1及嵌入其中的永磁體2、變磁阻部分無繞組的凸極轉(zhuǎn)子鐵芯8-2