专利名称：一种多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定子混合励磁电机结构的设计技术，属于电机设计的技术领 域，具体是一种多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机。
背景技术：
永磁同步电机利用永磁材料代替励磁绕组，不存在励磁铜耗，电机体积和重量大 为减小，具有功率密度大、效率高、结构简单，维护方便，运行可靠等优点。但由于将永磁体 放置在转子上，需要在转子上安装相应的固定装置，引起冷却困难，而温升可能会最终导致 永磁体发生不可逆退磁，限制了电机出力，降低了功率密度。开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等方面具有 优势，但作为发电机运行时，由于其功率因素低，当工作在高速状态时，变换器的负担加剧， 而且控制策略比较复杂。1992年Lipo提出的双凸极永磁电机、1996年I. Boldea提出的磁通反向电机和 1997年E. Hoang提出的磁通切换型永磁电机都属于定子永磁型双凸极结构电机，转子上 既无永磁体又无绕组，目前的研究成果表明这三种电机都具有高功率密度、高效率等优点。 永磁双凸极电机的每相磁链为双极性，而且转子直槽型双凸极电机的反电动势谐波含量较 高；磁通反向电机的磁链特性为双极性，但电枢磁通和永磁磁通是串联的，存在着永磁体发 生不可逆退磁的危险。所谓磁通切换电机，是指随着转子位置的变化，激磁磁通切换其路 径，使得定子绕组内磁链的大小和方向均发生变化，从而产生交变的电势。磁通切换型永磁 电机的每相永磁磁链为双极性，且磁链和反电势波形都接近正弦分布，转矩密度和功率密 度相对更高。永磁式磁通切换型电机采用永磁体励磁方式无法直接改变磁场强度，作为发电机 时存在电压调整率较大和故障灭磁困难，作为电动机时难以实现弱磁升速，恒功率运行范围窄。
实用新型内容本实用新型提供了一种结构简单、坚固，具有较高的转矩输出能力和功率密度，适 于直接改变磁场强度并适用于低速直趋应用场合的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机。为解决上述技术问题，本实用新型的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机包括定 子1、永磁体2、电枢绕组3、单相励磁绕组4和凸极式的转子5 ；转子5上既无永磁体也无 绕组；定子1包括均布于一圆周上的多个U型的定子极7、以及与各定子极7构成一体且 连接于各定子极7外周的铁心连接磁桥6 ；各定子极7具有两个端部，各端部上设有两个定 子齿8，且各定子极7上的定子齿8同圆周分布；永磁体2设于相邻的两个定子极7的相邻 U型臂之间，电枢绕组3设于相邻的两个定子极7的相邻U型臂上；所述的各U型的定子极 7的弧形底部经连接部与铁心连接磁桥6相连成一体，各连接部上设有励磁线圈，各励磁线 圈依序首尾串联构成单相励磁绕组4。[0008]进一步，所述电枢绕组3包括多对对称设置的集中电枢线圈，一对集中电枢线圈 串联并构成一相电枢绕组。进一步，所述永磁体2是沿圆周切向交替充磁的铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。进一步，所述永磁体2与铁心连接磁桥6的内壁之间、相邻两个所述连接部之间为 一空槽，各空槽中的两个励磁线圈的通电极性一致。进一步，所述单相励磁绕组4和各永磁体2在空间上是并联结构，即单相励磁绕 组4所产生的电励磁主磁通不经过永磁体2。本实用新型中，定子齿数为永磁体块数的4倍，气隙磁场由励磁绕组产生的电励 磁磁场和永磁体产生的磁场共同构成。各定子极具有四个定子齿，转子极数是4*NS士k， NS为定子极数，K为自然数；图1为三相电机，NS = 6 ;k = -5 ；图2为四相电机，NS = 8 ；k =-6。若电机为三相电机，则相应的定子极数为6*p，p为自然数；在图1、2中，ρ = 1。若 为四相电机，则定子极数为8*p，如此类推定子极数=2*m*p ；m为相数。转子旋转时，转子极与不同的定子齿对齐，穿过各个集中电枢线圈的磁通方向就 会发生改变，从而产生磁通切换效应，由此每相电枢绕组所匝链的磁链为双极性。气隙磁场由单相励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的磁场共同构成，通过 改变励磁电流大小和方向来调节气隙磁场，从而提高电机的转速运行范围和弱磁能力。电 励磁磁力线经由永磁体顶部的铁心连接磁桥闭合，可减小电励磁安匝数。本实用新型的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机具有的积极技术效果(1)本实 用新型的电机中，由于硅钢片的磁导率大于空气和永磁体，因此电励磁磁力线经由永磁体 顶部的铁心连接磁桥闭合，相应电励磁绕组所产生的主磁通不经过永磁体，降低了永磁体 发生不可逆去磁的危险性。另外，采用较少的电励磁安匝数就能达到较好的调磁效果，相应 的电励磁铜损耗也较小。(2)每个定子极的端部有四个定子齿8，为多齿结构；本实用新型的电机采用多齿 结构，相应转子极数高于同定子极数的普通混合励磁磁通切换电机；若实用新型的电机应 用于风力发电场合，相同风速下输出交流电频率更高(交流电频率fph = Nr*n/60，Nr为 转子极数，η为每分钟电机转速)，整流滤波环节所需的电容也更小。(3)本实用新型电机中的转子为凸极结构，没有永磁体和绕组，结构简单、坚固，电 机冷却方便。(4)本实用新型的电机保留了永磁磁通切换电机每相磁链双极性，转矩大、功率密 度高、磁链和反电动势谐波含量低的优点。(5)本实用新型的电机增加了一套励磁绕组，通过改变励磁电流大小和方向来调 节气隙磁场。(6)本实用新型电机中的定子冲片通过铁心连接磁桥成为一个整体，便于加工。
图1是实施例1中的三相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机的结构示意图。图2是实施例2中的四相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机的结构示意图。图3是实施例1中的三相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机永磁体单独工作的磁力线分布图。图4是实施例1中的三相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机电励磁单独工作的磁 力线分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述实施例1 如图1所示，本实用新型的 三相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机包括定子1和转子5，具有十九个凸极的转子5位于 定子1的内部，转子5由齿槽式铁心叠片构成，无绕组和永磁体；在定子1上设置有三相集 中电枢绕组3、单相励磁绕组4和六块永磁体2。定子1包括同圆周均勻分布的六个U型的定子极7、以及与各定子极7构成一体 且连接于各定子极7外周的铁心连接磁桥6，各定子极7的端部设有四个定子齿8，各定子 极7上的定子齿8同圆周分布；相邻的两个定子极7的相邻U型臂之间设有永磁体2，相邻 的两个定子极7的相邻U型臂上设有电枢绕组3 ；所述的各U型的定子极7的弧形底部经 连接部与铁心连接磁桥6相连成一体，各连接部上设有励磁线圈，各励磁线圈依序首尾串 联构成单相励磁绕组4。永磁体2是沿圆周切向交替充磁的铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。集中电枢绕组3的A相电枢绕组由第一集中电枢线圈311和第二集中电枢线圈 312构成，且第一集中电枢线圈311与第二集中电枢线圈312在圆周上径向相对；集中电枢 绕组3的B相电枢绕组由第三集中电枢线圈321和第四集中电枢线圈322构成，且第三集 中电枢线圈321与第四集中电枢线圈322在圆周上径向相对；集中电枢绕组3的C相电枢 绕组由第五集中电枢线圈331和第六集中电枢线圈332构成，且第五集中电枢线圈331与 第六集中电枢线圈332在圆周上径向相对；各电枢绕组套于相应的定子极7上，且每相电枢 绕组中的两个集中电枢线圈依次首尾串联。单相励磁绕组4由第一励磁线圈401、第二励磁线圈402、第三励磁线圈403、第四 励磁线圈404、第五励磁线圈405、第六励磁线圈406依次顺序首尾串联而成。所述永磁体 2与铁心连接磁桥6的内壁之间、相邻两个所述连接部之间为一空槽，各空槽中的两个励磁 线圈的通电极性一致。当电机转子在图1所示位置时，A相电枢绕组中的第一集中电枢线圈311和第二集 中电枢线圈312中的永磁磁通数值最大，图3给出了该位置永磁体单独工作的有限元仿真 磁力线分布图；图4给出了该位置电励磁单独工作的有限元仿真磁力线分布图，仿真实验 表明电励磁绕组所产生的主磁通不经过永磁体，降低了永磁体发生不可逆去磁的危险性。此时若通过单相励磁绕组4施加与永磁磁势方向相同的电励磁磁势，第一集中电 枢线圈311和第二集中电枢线圈312中匝链的磁通增加，进而提高感应电动势；如果改变励 磁电流方向，第一集中电枢线圈311和第二集中电枢线圈312中匝链的磁通减少，进而降低 感应电动势。实施例2 如图2所示，本实用新型的四相多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机包括 定子1和转子5，具有二十六个凸极的转子5位于定子1的内部，转子5由齿槽式铁心叠片 构成，无绕组和永磁体；在定子1上设置有四相集中电枢绕组3、单相励磁绕组4和八块永 磁体2。虽然定子1增加了一组励磁线圈和集中电枢线圈，但其绕制原理与实施例1相似，不再赘述。
权利要求一种多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，其特征在于该电机包括定子(1)、永磁体(2)、电枢绕组(3)、单相励磁绕组(4)和凸极式的转子(5)；转子(5)上既无永磁体也无绕组；定子(1)包括均布于一圆周上的多个U型的定子极(7)、以及与各定子极(7)构成一体且连接于各定子极(7)外周的铁心连接磁桥(6)；各定子极(7)具有两个端部，各端部上设有两个定子齿(8)，且各定子极(7)上的定子齿(8)同圆周分布；所述永磁体(2)设于相邻的两个定子极(7)的相邻U型臂之间，所述电枢绕组(3)设于相邻的两个定子极(7)的相邻U型臂上；所述的各U型的定子极(7)的弧形底部经连接部与铁心连接磁桥(6)相连成一体，各连接部上设有励磁线圈，各励磁线圈依序首尾串联构成单相励磁绕组(4)。
2.根据权利要求1所述的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，其特征在于所述电枢 绕组(3)包括多对对称设置的集中电枢线圈，一对集中电枢线圈串联并构成一相电枢绕 组。
3.根据权利要求1或2所述的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，其特征在于所述 永磁体(2)是沿圆周切向交替充磁的铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
4.根据权利要求1或2所述的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，其特征在于所述 永磁体(2)与铁心连接磁桥(6)的内壁之间、相邻两个所述连接部之间为一空槽，各空槽中 的两个励磁线圈的通电极性一致。
5.根据权利要求1或2所述的多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，其特征在于所述 单相励磁绕组(4)和各永磁体(2)在空间上是并联结构，即单相励磁绕组(4)所产生的电 励磁主磁通不经过永磁体(2)。
专利摘要本实用新型公开了一种多齿磁桥式混合励磁磁通切换电机，永磁体、电枢绕组、单相励磁绕组安置在定子上，定子齿数为永磁体块数的4倍，转子部分为凸极，转子上既无绕组也无永磁体，结构简单、坚固。气隙磁场由励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的磁场共同构成，通过改变励磁电流大小和方向来调节气隙磁场，从而提高电机的转速运行范围和弱磁能力。电励磁磁力线经由永磁体顶部的铁心连接磁桥闭合，有利于减小电励磁安匝数。本实用新型励磁绕组和永磁体在空间上是并联结构，相磁通呈双极性，磁链变化幅值大，具有较高的转矩输出能力和功率密度，适合于低速直趋应用场合。
文档编号H02K1/14GK201656585SQ20102013309
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者许泽刚, 谢少军 申请人:常州工学院