一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机的制作方法

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一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机。
【背景技术】
[0002]近年来,随着永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低,永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面得到更为广泛的应用,正向大功率化、高性能化和微型化方向发展。目前永磁电机的功率从几毫瓦到几千千瓦,应用范围从玩具电机、工业应用到舰船牵引用的大型永磁电机,在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛应用。
[0003]常规交流永磁电机通常分为以下几类:异步起动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、调速永磁同步电动机。
[0004]无刷直流电机和调速永磁同步电机结构上基本相同,定子上为多相绕组,动子上有永磁体,它们的主要区别在于无刷直流电机根据动子位置信息实现自同步。它们的优点在于:(1)取消了电刷换向器,可靠性提高;(2)损耗主要由定子产生,散热条件好;(3)体积小、重量轻。
[0005]异步起动永磁同步电动机与调速永磁同步电动机结构上的区别是:前者动子上有起动绕组或具有起动作用的整体铁心,能实现自起动,无需控制系统即可并网运行。
[0006]除此之外,还有单相永磁电机,单相永磁电机需要配套电容起动和运行,体积笨重,成本高,而且整体运行的效率和功率因数都较低。
[0007]现有永磁电机由于永磁体磁动势固定,电机主磁通不可调,导致恒功率运行范围窄,调速范围不够宽泛,而且电机绕组一般为3相,定子槽数目多,绕组下线工艺复杂;现有大多数永磁电机永磁体位于动子上,运行时随动子一起转动,永磁体需采用特殊工序固定,制造成本高,尤其电机转速较高时,永磁体固定更加困难,由于永磁体位于动子上,运行时散热困难,温升和由于动子转动而引起的振动会导致永磁体机械结构损坏和发生不可逆退磁;现有永磁电机一般为三相,要求电机的功率逆变电路至少需要6个功率开关器件,如IGBT或者M0SFET等,以及与之相应的驱动该功率开关器件的驱动电路和保护电路,使得电机功率逆变电路成本相当高,甚至达到电机本体成本的两到三倍,功率开关器件数量增多增加了控制电路复杂程度,器件发生故障的可能性增加,运行时系统的可靠性降低。
[0008]针对现有永磁电机励磁磁势不可调的缺点,相关学者提出了一些混合励磁结构电机,这类混合励磁结构电机从励磁方式上可以分为两类,一类是永磁体磁势与励磁绕组磁势串联式结构,这类结构由于励磁磁通需要穿过永磁体,励磁电流大,励磁损耗高,而且会对永磁体产生不可逆退磁的风险,应用不广泛;另一类是永磁体磁势和励磁绕组磁势并联的结构,这类结构一般采用定子永磁式,永磁体位于定子上,通过调节励磁绕组电流调节磁场,这类电机调磁性能好,但增加励磁绕组后,电机绕组套数更多,使得电机结构复杂,有时会出现一个槽内有多套绕组的情况或者既有相绕组又有励磁绕组的情况,槽内需增加相间绝缘,绕组下线工艺复杂,槽利用率低,而且,需要加开励磁槽,电机机械结构零散化严重,组装固定困难,加工工艺复杂,电机成本高。更为重要的是,增加励磁绕组后,需要至少再增加一个功率开关器件控制励磁绕组的电流,这更进一步增加了功率电路的成本,而且,励磁绕组产生的磁通和主磁通共用主磁路和主气隙,励磁效果受到电机其他设计参数的限制,一旦电机制成,只能通过调节励磁电流控制励磁效果,无法通过单独设计励磁磁路来控制励磁磁通,因此,寻求一种本体结构简单,成本低,调磁功能灵活但功率开关器件个数少,控制器和功率电路成本低的混合励磁永磁电机至关重要,因此,寻求一种本体结构简单,成本低,有调磁功能但功率开关器件个数少,控制器和功率电路成本低的混合励磁永磁电机至关重要。
[0009]除此之外,现有永磁电机多采用分布绕组或者横跨多个极距的集中绕组,普遍存在绕组端部长,用铜量大,制造成本高,电机运行时铜耗大,效率低等缺点,尤其是对于外径较大,轴向长度较小,也就是径长比值较大的电机,这种缺点尤为突出,需要采用特殊的绕组线圈连接方式来减小绕组端部,减小用铜,提高电机运行效率。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型为了解决上述问题,提出了一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机,本永磁电动机的定子上有一套定子电枢绕组和一套励磁绕组,而且电机每个槽内只安放有一套绕组,槽内不需要相间绝缘,槽满率高,且电机绕组下线工序简单,整个成本低于现有的各类三相感应电机和永磁电机;本实用新型电机励磁槽内安放有励磁绕组,励磁绕组从一个励磁槽穿入,然后向外侧方向沿定子背轭外侧穿出,形成一个线圈,励磁绕组围绕定子槽轭,永磁体和定子背轭缠绕,每个励磁槽内的励磁绕组为一套线圈;本实用新型电枢绕组通交流电流,另一组励磁绕组通直流电流,因此电机的控制电路只需两个电力电子功率开关器件,改变了现有的各类感应电动机以及永磁电机定子上均有三相及以上的电枢绕组,需要至少6个电力电子功率开关器件的现状,有效地减少功率开关器件个数,降低了电机控制电路中功率开关器件发生故障的可能性,可靠性提高。
[0011]为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
[0012]一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机,包括定子、动子、附加气隙和主气隙,动子设置于定子的内部,其中:
[0013]所述定子上均匀设置有偶数个定子齿,相邻两个定子齿中设有定子槽,位于定子槽靠近外侧方向的定子槽轭和定子背轭之间设有永磁体,所述永磁体不随动子转动,同一个定子槽轭上的永磁体的充磁方向相同,相邻两个定子槽轭部的永磁体的充磁方向相反;
[0014]所述定子槽包括电枢槽和励磁槽,所述电枢槽和励磁槽交替间隔排列,两个相邻的电枢槽内环绕有一套电枢绕组,所述电枢绕组通交流电,所述励磁槽内设有一套励磁绕组,所述励磁绕组通方向不变的直流电流;
[0015]所述定子齿和动子齿之间设有主气隙,所述励磁绕组所在槽底部的定子槽轭部断开,设有附加气隙,相邻两块永磁体产生的磁通一部分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,通过调节励磁绕组内电流的大小调节漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到动子中的主磁通的大小,实现调节励磁。
[0016]永磁体不随动子运动,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旋转而产生的机械应力损坏和永磁体散热不良等缺点,每块永磁体既可以由一整块永磁体充磁而成,也可以由多块宽度较窄的永磁体拼接而成,所述永磁体的宽度可以相同,也可以不同。
[0017]附加气隙的大小决定漏磁的大小,附加气隙的尺寸应该根据该漏磁通和励磁绕组的匝数和电流确定。
[0018]所述定子齿的个数为大于等于2的偶数。
[0019]所述动子齿的个数大于等于定子齿个数的1/2。
[0020]所述永磁体的块数个数为动子齿的m倍,m为大于等于1的自然数。
[0021]所述定子槽内只安放有一套电枢绕组或者励磁绕组,定子槽内不需要相间绝缘,槽利用率高,绕组下线工艺简单,制造成本低。
[0022]所述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,不仅有效提高了调磁效率,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
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