电枢分离型交流混合励磁电机的制作方法

本发明涉及一种电枢分离型交流混合励磁电机结构，属于电机设计相关技术领域。

背景技术：

在电动汽车、风力发电、航空航天以及国防军事等应用领域，对电机高可靠性和容错运行能力都有苛刻要求。目前的电机结构大多采用一套电枢绕组，当电枢绕组产生故障时，有可能导致电机运行失效，引发事故。另一方面，当产生气隙主磁场的电励磁线圈发生故障或者永磁体发生不可逆退磁时，均可能使电机无法正常运行。

而从电机低速大转矩和高速恒功率运行这两个重要性能需求而言，往往采用永磁无刷电机，但往往难以同时兼顾这两方面性能均满足要求，因此通常只能采取折衷优化方案。目前一般采用的永磁无刷电机磁场调节方式主要包括：通过矢量控制产生直轴电枢反应磁场间接调磁和通过直流励磁线圈直接进行调磁。南京航空航天大学蔡晨等的发明“一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法”（专利号CN201610004364.6）、中国航天工业第六一八研究所赵小鹏等的发明“一种宽调速伺服永磁同步电机弱磁控制系统”（专利号CN201520998708.0）均采用产生直轴电枢反应磁场实现间接调磁的方案。该方案尽管可以实现磁场间接调节，但是在电枢绕组发生硬件故障或者电流控制算法软件故障时，均可能导致调磁失败，甚至引发系统崩溃。南京航空航天大学朱姝姝等的发明“感应励磁式混合励磁无刷同步电机”（专利号CN201310084876.4）和山东大学朱常青等的发明“一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机”（专利号CN201620668936.6）分别采用定子单相直流和单相交流励磁绕组的混合励磁方案，虽然有独立控制的励磁绕组，但是无法实现冗余电枢绕组的功能，即上述方案中的励磁绕组只能起到励磁功能，而无法实现电枢绕组功能。综上，现有公开的磁场调节方案在实现混合励磁功能的同时，都不具备电枢绕组冗余功能，存在局限性。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提出一种电枢分离型交流混合励磁电机结构，使得从电枢分离出的多相交流励磁绕组在无需调磁时做为冗余电枢绕组，与主电枢绕组正常运行，而在需要增磁和弱磁时作为交流励磁绕组使用。当产生气隙主磁场的电励磁线圈发生故障或永磁体发生不可逆退磁时，该多相绕组可以作为励磁绕组，提供维持电机运行的励磁磁场；而在主电枢绕组故障时，该套绕组作为热备份电枢绕组运行，实现故障下容错运行。可见，该多相绕组最起码存在四种功能，可根据工况灵活使用。

技术方案：

电枢分离型交流混合励磁电机，包括定子和转子，在所述定子上设置有两套相数相同的多相绕组，分别为电枢绕组和励磁绕组；所述电枢绕组和励磁绕组均为交流绕组，分别通过交流电独立控制；所述电枢绕组和所述励磁绕组分别沿周向排布于整个定子的圆周上，同相的所述电枢绕组线圈和励磁绕组线圈在所述定子的定子槽内间隔排布。

所述定子和转子根据不同的应用场合设置为外定子/内转子或者外转子/内定子。

所述转子采用永磁励磁、绕线式绕组或者既无永磁体又无绕组的凸极结构。

所述电机主磁场为径向、轴向、横向或上述三种方向的任意组合磁场。

所述主磁场来源的永磁、电励磁线圈位于所述定子或所述转子上。

所述电机使用的永磁体材料为铁氧体、钐钴、钕铁硼或上述三种永磁材料的组合。

所述电枢绕组和所述励磁绕组的每相线圈数、线圈匝数及并联支路数设置为相同或不同。

所述电枢绕组和所述励磁绕组使用同一电源或不同电源。

所述电枢绕组和所述励磁绕组采用集中式绕组或分布式绕组。

所述电机用于纯发电、纯电动或发电-电动组合运行。

有益效果：由于本发明通过分离电枢绕组的方式，将一套绕组兼做交流励磁绕组和冗余电枢绕组之用。通过励磁电流调节电机的气隙磁场，既可以增磁以产生较大的起动转矩，又可弱磁来实现宽调速范围。另一方面提高了电机的容错能力，在电机电励磁线圈故障或永磁发生不可逆退磁时，提供一定磁场使电机持续运行或减轻故障的影响；而在电枢绕组故障时或需要增大功率时，作热备份电枢绕组运行。该设计可以应用在纯电励磁电机、纯永磁电机以及混合励磁电机上，在设计时具有通用性。将励磁和电枢线圈分开控制，降低了控制的难度。

附图说明

图1为电枢分离型交流混合励磁电机结构图（以外定子/内转子为例）；其中有：定子1，电枢绕组1.1，励磁绕组1.2，转子2，气隙3。电枢绕组1.1线圈和励磁绕组1.2线圈在定子1上间隔排布。

图2为一具体的电枢分离型交流混合励磁电机本体组成图；其中有：定子1，电枢绕组1.1，励磁绕组1.2，定子铁心1.3，转子2，转子齿2.1，永磁体2.2，转子轴2.3，气隙3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明的电枢分离型交流混合励磁电机结构从拓扑结构上分为定子和转子，根据不同的应用场合可灵活设置为外定子/内转子或者外转子/内定子。

本具体实施例以外定子/内转子为例：

定子1上设置两套相数相同的多相绕组，分别为电枢绕组1.1和励磁绕组1.2。电枢绕组1.1和励磁绕组1.2分别沿周向排布于整个定子1圆周，同相的电枢绕组线圈和励磁绕组线圈在定子槽内间隔排布。电枢绕组1.1和励磁绕组1.2都为交流绕组，分别通过交流电独立控制。励磁绕组1.2可根据需要作交流励磁使用，亦可作交流电枢使用。

转子2结构灵活多变，可采用永磁励磁、绕线式绕组或者既无永磁体又无绕组的凸极结构。

电机主磁场可为径向、轴向、横向或上述三种方向的任意组合磁场。主磁场来源的永磁、电励磁线圈可位于定子1或转子2上。电机使用的永磁体材料可为铁氧体、钐钴、钕铁硼或上述三种永磁材料的组合。

电枢绕组1.1和励磁绕组1.2的每相线圈数、线圈匝数、并联支路数可分别相同或不同。电枢绕组1.1和励磁绕组1.2可使用同一电源或不同电源，可以采用集中式绕组或分布式绕组。该电机可作纯发电、纯电动或发电-电动组合运行。

如图2所示，本发明的电枢分离型交流混合励磁电机结构电机本体包括定子1，转子2两个部分。定子1和转子2都采用凸极结构。定子1采用集中式交流励磁绕组1.2和电枢绕组1.1，转子2上每两个转子齿2.1设置有永磁体2.2，定子1和转子2中间有气隙3。

定子1采用24槽，三相电枢绕组1.1和三相交流励磁绕组1.2间隔绕在定子齿上，每相分别由4个线圈组成。

转子2为8对极（16极）结构，每对极由两个转子齿2.1和中间切向充磁的永磁体2.2构成。每对极上的永磁体2.2的充磁方向相同，即同为顺时针方向或逆时针方向。

永磁体2.2可用铁氧体、钐钴或钕铁硼材料制成，定子铁心1.3和转子尺2.1由硅钢片冲片叠压制成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。