三極組合磁極混合勵磁同步電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混合勵磁同步電機。
【背景技術】
[0002]同步電機一般都需要勵磁。采用電勵磁的同步電機的磁場調節方便，既可以保證作為恒速發電機運行時的電壓穩定，又可以保證作為調速電動機運行時的寬范圍調磁和高功率因數。采用永磁勵磁的同步電機消除了電勵磁同步電機勵磁損耗，具有效率高的顯著優點。但是，永磁電機固有的永磁磁場調節困難。混合勵磁同步電機中既有永磁又有電勵磁，兩個磁勢源同時存在，既可能綜合兩者的優點，也可能保留兩者的缺點。
[0003]目前，混合勵磁同步電機主要有三類。第一類是采用軸向/徑向磁路混合勵磁的永磁電機,它是通過改變電機軸向磁路的磁通來控制電樞繞組的電壓,其勵磁繞組為環形線圈，可實現無刷化。但這種軸向混合勵磁，存在附加氣隙，電勵磁效率低，材料利用率及功率密度不高。第二類是采用分離磁路混合勵磁的永磁電機，它是將電機分為兩段，使永磁磁路和電勵磁磁路完全分開，通過改變電機電勵磁部分磁路的磁通來控制電樞繞組的電壓。但是這種電機實質是一般永磁電機與電勵磁電機的組合，其結構復雜，電勵磁效率，材料利用率及功率密度也不高。第三類是電機磁路與傳統電機相似的永磁電機，轉子上有永磁磁極和電勵磁極，其中永磁磁極占大部分，電勵磁磁極提供小部分磁場以平衡氣隙磁場的變化，其結構簡單。但是這種電機調磁范圍不大，電勵磁效率也不高。總的來說，現有的混合勵磁同步電機都是以永磁電機為基礎增加電勵磁調節，一般稱為混合勵磁永磁電機。因此，它們用作恒速運行的發電機時一般都可以通過勵磁調節滿足電壓穩定運行的要求；但一般都難以通過勵磁調節實現寬范圍調磁，既不能滿足寬范圍變速的發電機恒電壓運行的要求，也不能滿足寬范圍調速的電動機恒功率和高功率因數運行的要求。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種結構簡單，成本低，效率高，磁場調節范圍大的三極組合磁極混合勵磁同步電機。
[0005]本發明的混合勵磁同步電機由定子和轉子構成。定子與普通同步電機相同，電樞繞組分布于定子槽中，極數與轉子極數相同。轉子的三極組合磁極中間為永磁磁極，兩邊為鐵磁磁極；勵磁繞組安放在組合磁極兩邊的槽中，極距為電樞繞組極距的三倍。永磁磁極的永磁體可以是內置式，也可以是表貼式。勵磁繞組可以采用有刷勵磁系統供電，也可以采用無刷勵磁系統供電。當轉子磁極全部采用三極組合磁極時，永磁磁極的極數為轉子極數的1/3，鐵磁磁極的極數為轉子極數的2/3 ;勵磁繞組的極數為轉子極數的1/3，可以做成極對數P=3，6，9，12......，的各種電機。電機運行時，只需要普通同步電機的大約三分之一的勵磁容量，就可以實現電機磁場的寬范圍調節。當轉子磁極不全部采用三極組合磁極時，其余的轉子磁極采用電勵磁磁極，也可大大降低同步電機的的勵磁容量，實現電機磁場的寬范圍調節。三極組合磁極混合勵磁同步電機轉子可設計成內轉子，也可設計成外轉子。如果將電機轉子和定子的運動關系互換，則可以成為一種磁極固定的電樞旋轉的同步電機。
[0006]本發明的三極組合磁極混合勵磁同步電機可以用于運行速度范圍寬的發電機和電動機，以及極對數多的中頻電機和無刷同步電機的交流勵磁機，與現有技術相比，具有如下特點:
1.結構簡單，電機無需分段，也不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，漏磁小；
2.永磁材料用量較少，只需在1/3的轉子磁極上安放永磁體，降低了永磁材料的成本；
3.勵磁繞組的極對數少，只有電機磁極極對數的1/3，降低了勵磁繞組的成本；
4.勵磁的效率聞，可以大大提聞電機的效率，具有明顯的節能效果；
5.調磁范圍寬，能使電機適應寬范圍的運行速度的要求；
【附圖說明】
圖1.是三極組合磁極混合勵磁同步電機結構示意圖(圖2 A-A截面)
圖2.是三極組合磁極混合勵磁同步電機截面圖，以3對極為例圖3.是三極組合磁極混合勵磁同步電機截面圖，以7對極為例圖4.是三極組合磁極混合勵磁同步電機截面圖，以8對極為例圖5.是外轉子結構和旋轉電樞結構示意圖
上述圖中的標號名稱:1、機殼；2、定子鐵心；3、電樞繞組；4、轉子鐵心；5、永磁磁極；6、鐵磁磁極；7、勵磁繞組；8、轉軸.。
[0007]
【具體實施方式】
下面結合附圖和具體實施例對本發明的三極組合磁極混合勵磁同步電機作進一步詳細說明。
[0008]由圖1、2可知，本發明的三極組合磁極混合勵磁永磁電機，包括具有電樞繞組的定子和具有三極組合磁極的轉子兩部分。定子結構與普通的電機相同，電樞繞組分布于定子槽中，極數與轉子極數相同，用作發電機時與負載相連，用作電動機與驅動電源相連。轉子磁極的三極組合磁極的磁路結構是:中間為永磁磁極,兩邊為鐵磁磁極,三極組合磁極內部沒有勵磁繞組。勵磁繞組安放在三極組合磁極與相鄰磁極之間的槽中，極距為電樞繞組極距的三倍，可以采用有刷勵磁系統供電，也可以采用無刷勵磁系統供電。
[0009]三極組合磁極的作用原理是:組合磁極中間的永磁磁極的磁阻很大,其建立的d軸基波磁場基本不受勵磁繞組磁勢和電樞繞組磁勢的影響，占組合磁極產生的額定基波磁場的1/3。組合磁極內部沒有勵磁繞組，只需一個勵磁繞組線圈就可以調節兩個鐵磁磁極的d軸基波磁場，大大提高了電勵磁效率。當電機空載運行時，電機的d軸基波磁場隨勵磁電流而變化，所需的勵磁安匝數與普通電勵磁電機相比明顯減小:建立額定基波磁場所需的勵磁安匝數為普通電勵電機的1/3 ;隨著基波磁場下降(例如:額定值的2/3和1/3)，所需的勵磁安匝數與普通電勵磁電機相比將進一步下降(比值為1/6和O);只有基波磁場下降到額定值的1/9時，所需的反向勵磁電流為額定值的1/3，其勵磁安匝數的大小才與普通同步電機相同。當電機負載運行時，勵磁繞組的磁勢一方面調節電機的d軸基波磁場，另一方面抵消電樞繞組的d軸電樞反應基波磁勢。調節電機的d軸基波磁場所需的勵磁安匝數與空載運行時相同，抵消電樞繞組的d軸電樞反應基波磁勢的勵磁安匝數也為普通電勵磁電機的1/3。
[0010]當轉子磁極全部采用三極組合磁極時，永磁磁極的極數為轉子極數的1/3，鐵磁磁極的極數為轉子極數的2/3，勵磁繞組的極數為轉子極數的1/3，所需的勵磁容量約為普通電勵磁電機的1/3，可以做成極對數P=3，6，9，12......，的各種電機。轉子磁極不全部采用三極組合磁極時，其余的轉子磁極采用電勵磁磁極。將電機的極對數除以3余下的磁極采用電勵磁磁極，可以做成極對數P=4，5，7,8,10，11......，的各種電機，它們所需的勵磁容量則分別約為普通電勵磁電機的2/4，3/5，3/7，4/8，4/10，5/11……。圖3和圖4分別給出了電機的極對數為7和8的兩種情況的磁極安排。當勵磁繞組電流單向調節時，全部采用三極組合磁極的電機的基波磁場的空載調磁比為3比1，增加電勵磁磁極后，空載調磁比還將提高，完全可以滿足同步電機寬范圍調磁的要求。對于需要進一步加大調磁范圍的應用場合，可以采用對勵磁繞組電流進行雙向調節。
[0011]三極組合磁極的永磁磁極的永磁體可以是內置式(圖2)，也可以是表貼式(圖3、圖4)。本發明的混合勵磁同步電機的轉子磁極可設計成內轉子，也可設計成外轉子。如果將電機轉子和定子的運動關系互換，則成為一種磁極固定的電樞旋轉的同步電機。圖5給出了外轉子結構和旋轉電樞結構示意圖。
【主權項】
1.一種三極組合磁極混合勵磁同步電機，包括在機殼(1)，內裝有定子鐵心(2)、電樞繞組(3)組成的定子和裝有轉子鐵心(4)、永磁磁極(5)、鐵磁磁極￠)、勵磁繞組(7)、轉軸(8)組成的轉子，其特征在于:電樞繞組分布于定子鐵心槽中，極數與轉子極數相同?’轉子的三極組合磁極中間為永磁磁極，兩邊為鐵磁磁極；勵磁繞組安放在組合磁極兩邊的槽中，極距為電樞繞組極距的3倍。
2.根據權利要求1所述的三極組合磁極混合勵磁同步電機，其特征在于:當轉子磁極全部采用三極組合磁極時，永磁磁極的極數為轉子極數的1/3，鐵磁磁極的極數為轉子極數的2/3 ;勵磁繞組的極數為轉子極數的1/3，可以做成極對數P=3，6，9，12……，的各種電機。
3.根據權利要求1所述的三極組合磁極混合勵磁同步電機，其特征在于:當轉子磁極不全部采用三極組合磁路時，其余的轉子磁極采用電勵磁磁極。
4.根據權利要求1所述的三極組合磁極混合勵磁同步電機，其特征在于:所述的永磁磁極的永磁體可以是內置式，也可以是表貼式。
5.根據權利要求1所述的三極組合磁極混合勵磁同步電機，其特征在于:所述的轉子可在定子內，也可放置于定子外，成為一種外轉子式的三極組合磁極混合勵磁同步電機。
6.根據權利要求1所述的三極組合磁極混合勵磁同步電機，其特征在于:所述的轉子和定子的運動關系可以互換，成為一種磁極固定的電樞旋轉的三極組合磁極混合勵磁同步電機。
【專利摘要】一種三極組合磁極混合勵磁同步電機，屬于電機技術領域。包括機殼(1)、定子鐵心(2)、電樞繞組(3)、轉子鐵心(4)、永磁磁極(5)、鐵磁磁極（6）、勵磁繞組(7)、轉軸(8)。電樞繞組分布于定子鐵心槽中，極數與轉子極數相同。轉子鐵心的三極組合磁極中間為永磁磁極，兩邊為鐵磁磁極。勵磁繞組安放在組合磁極兩邊的槽中，極數為轉子極數的1/3。電機運行時，勵磁繞組可以采用有刷勵磁系統供電，也可以采用無刷勵磁系統供電；只需要普通同步電機的大約三分之一的勵磁容量，就可以實現電機磁場的寬范圍調節。本三極組合磁極混合勵磁同步電機與現有技術相比，結構簡單，永磁材料用量少，電機效率高，具有很強的調節磁場能力，能適應寬范圍的運行速度要求。
【IPC分類】H02K21-26, H02K21-22, H02K21-14, H02K1-27
【公開號】CN104638862
【申請號】CN201310569459
【發明人】黃劭剛, 黃博文
【申請人】黃劭剛
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月15日