环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机的制作方法_3

文档序号:10171194阅读:来源:国知局
[0043]本实用新型电机具体是这样来工作的,本实用新型电机的定子铁芯和动子铁心动子采用硅钢片叠压而成或者高导磁率的铁芯材料一次制成,当电枢绕组和励磁绕组均不通电时,所述永磁体产生的磁通的一部分经过定子槽轭,定子齿和主气隙流入动子齿,再经过相邻的动子齿流出到主气隙到达另一个极下的永磁体,再经过定子背轭闭合,这形成了电机的主磁通;永磁体产生的另一部分磁通不经过主气隙,而是经过定子槽轭穿过附加气隙,进入到相邻另一个定子槽轭下的永磁体,在通过定子背轭闭合,这部分磁通没有进入主气隙和动子,只在定子内部闭合,这部分磁通为漏磁通。辅助气隙下方靠近圆心处设有励磁槽,励磁槽内安放有励磁绕组,励磁绕组通电流时,根据电流方向的不同,励磁绕组产生的磁场将增强或削弱主磁通,励磁绕组电流越大,对主磁通的增强或者削弱作用越强,由于励磁绕组磁势和永磁体磁势并联,永磁体产生的总磁通量是一定的,因此,通过调节励磁绕组内电流的方向和大小可以调节该漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到动子中的主磁通的大小,以此实现调节励磁的作用。当电枢绕组通电时,电枢绕组电流产生的磁场使得电枢绕组所在电枢槽两侧的定子齿分别呈现不同的极性,与永磁体产生的磁场作用叠加,使得一个定子齿显示极性,有主磁通磁通经过,相邻的另一个定子齿没有极性,无磁通流过,由于电枢绕组每隔一个槽设置,因此,电机内有一半的定子齿具有极性,一半的定子齿没有极性,根据磁阻最小原理,将使动子运动到使动子齿与具有极性的定子齿重合的位置,由于动子齿数为定子齿数的一半,此时正好每个动子齿均与定子齿正对,这个位置为动子齿和定子齿的对齐位置,这个位置对应的电感最大而磁阻最小。此时,动子继续运动,保持电枢绕组内电流的方向不变,动子将受到阻碍其运动的力,并发电运行,继续在电感下降区间通电,发电过程将一直持续,当定子和动子再度对齐后,改变电枢电流的方向,使得刚才不具有极性的定子齿显示极性,而原先有极性的定子齿不显示极性,动子继续受力并发电,这个过程将一直重复,发电过程一直持续。由于经过主气隙进入到动子齿的主磁通可以通过上述励磁电流调节,因此,本实用新型电机可以根据实际工况需要实现增磁运行和弱磁运行,拓宽电机的输出电压范围,降低制造成本,提高电机效率。
[0044]本实用新型的有益效果:
[0045]1、本实用新型电机励磁绕组通方向不变的直流电流,只需要控制一套电枢绕组的电流大小和方向,因此只需要两个功率开关器件,而普通三相电机需要至少6个功率开关器件,电机控制器所需功率开关器件个数少,成本低。
[0046]2、本实用新型电机运行时电枢绕组和励磁绕组产生的磁场在定子齿上相互增强或者抵消,电机运行时电枢绕组和励磁绕组全周期同时通电,因此,本实用新型电机的功率密度高,材料利用率高,同样设计功率的电机,本实用新型电机节省材料用量,降低成本。
[0047]3、本实用新型电机永磁体固定于定子上,不随动子运动,安装方便,有利于散热,消除了普通永磁发电机由于永磁体随动子运动而产生的机械应力损坏,永磁体散热不良等缺点。
[0048]4、本实用新型电机每个定子槽内只安放有一套绕组,电机绕组下线工艺简单,槽内不需要放置相间绝缘,有利于提高槽满率和槽利用率;本实用新型电机电枢绕组为简单的集中绕组,围绕定子槽轭,永磁体和定子轭部缠绕,当电机定子长度较大时,可以显著减少绕组端部用铜量,降低制造成本,减小铜耗,提高电机运行效率。
[0049]5、除主气隙外,本实用新型电机还设有附加气隙,附加气隙不会增加电机的尺寸;相邻两块永磁体产生的一部分磁通经过主气隙进入动子形成主磁通,另一部分不经过主气隙进入动子而经过该附加气隙闭合形成漏磁通,由于永磁体产生的总磁通量是一定的,通过调节励磁绕组内电流的大小可以方便调节该漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到动子中的主磁通的大小,既可以起到增磁作用,又可以起到弱磁作用,有效拓宽电机的转速输出范围和功率输出范围,显著提高电机的性能。
[0050]6、附加气隙的形状尺寸可以根据不同的弱磁需要灵活改变,可采用等宽气隙,上宽下窄气隙或者上窄下宽气隙,以此达到不同的弱磁效果;励磁绕组产生的磁通经过附加气隙,定子齿,主气隙和动子齿形成闭合回路,励磁绕组产生的磁通不经过永磁体,与永磁体产生的磁通形成并联关系,减小了励磁磁通对应回路的磁阻,同样励磁电流可产生较大的励磁磁通,不仅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁体由于励磁磁通穿过永磁体引起永磁体反向磁化而产生的磁性能下降等不可逆退磁的风险,增强了电机的可靠性。
[0051]7、由于宽度较宽的永磁体的成本较高,机械受力时易发生破裂,安装时较为困难,机械强度不及多块极弧宽度较小的永磁体拼接而成的情况,而本实用新型电机中的永磁体可以为一块整体充磁的永磁体,也可以由多块永磁体拼接而成,因此本实用新型电机制造工艺简单,成本低。
[0052]8、因为本实用新型电机的永磁体的极弧宽度可以根据永磁体的设计磁能积或者设计剩磁密度灵活确定,所以本实用新型电机既可以采用高磁能积的永磁体也可以采用低磁能积的永磁体,还可以采用高磁能积永磁体和低磁能积永磁体混合搭配,实际设计中可以根据电机的设计气隙磁密确定永磁体的剩磁密度,再通过永磁体的极弧系数来确定所需要永磁体的磁能积,而现有永磁电机由于极弧系数受到极数的限制,通常只有采用高性能永磁体才能满足高性能电机的需要。
【附图说明】
[0053]图1本实用新型电机的功率变换器电路图;
[0054]图2现有无刷直流永磁和永磁同步电机功率变换器电路图;
[0055]图3为本实用新型电机实施方式1结构示意图;
[0056]图4为本实用新型电机实施方式2结构示意图;
[0057]其中,1.定子齿,2.定子背轭,3.定子槽轭,4.电枢槽,5.励磁槽,6.电枢绕组,
7.励磁绕组,8.永磁体,9.动子齿,10.动子槽,11.主气隙,12附加气隙。
【具体实施方式】
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[0058]下面结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0059]实施例1如图3所示,本实施方式电机定子齿数为8,动子齿数为4,永磁体块数为4,本实施方式包括定子,动子,主气隙和附加气隙,定子包括定子铁芯,永磁体和定子槽,定子铁芯包括定子齿1,定子背轭2和定子槽轭3,定子铁芯由高导磁率铁磁材料制成,定子铁芯上设有定子槽,定子槽包括电枢槽5和励磁槽6,电枢槽5和励磁槽6交替间隔排列,电枢槽4内安放有电枢绕组6,电枢绕组6从一个电枢槽4穿入,然后向外侧方向沿定子背轭2外表面穿出,形成一个线圈,电枢绕组6围绕定子槽轭3,永磁体8和定子背轭2缠绕,每个电枢槽内的电枢绕组为一套线圈,共形成4套线圈,4套线圈可以相互串联或者并联,励磁
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