专利名称：切向/径向并联混合励磁同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种切向/径向并联混合励磁同步电机，属于混合励磁同步 电机的领域。
技术背景混合励磁同步电机是上个世纪80年代由俄罗斯学者最早提出的一种新型电 机结构形式。与传统的电励磁同步电机以及永磁同步电机结构不同。混合励磁同 步电机中既有永磁体又有励磁绕组，两个磁势源同时存在。它集成了电励磁同步 电机调磁方便且调磁容量小和永磁同步电机效率高、转矩/质量比大等优点，同 时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺陷，有较大的推广应用价值。目前，混合励磁同步电机大约有10种方案，从拓扑结构上可归纳为6种拓扑, 分别为爪极电励磁永磁同步电机、顺极式混合励磁同步电机、混合励磁爪极电机、 组合转子混合励磁电机、同步/永磁混合电机、环形定子横向磁通电机等。混合 励磁同步电机工作可靠稳定，气隙磁密调节方便，能够提供比电励磁同步电机 大的转矩密度和功率密度，因而特别适合输出电压要求稳定、调速范围大、转矩 大及功率大的场合，目前混合励磁同步电机不同程度上存在着结构复杂，磁路附 加气隙多、主磁场难以全调节等问题。 发明内容本发明目的提出一种切向/径向并联混合励磁同步电机，该混合励磁同步 电机具有结构简单、气隙磁场调节方便、功率密度高等优点。技术方案切向/径向并联磁路的混合励磁同步电机包括定子和转子，定子 结构有定子铁心和电枢绕组构成，和一般电磁式同步电机定子结构相同，定子铁 心可以是凸极结构，也可以是隐极结构，电枢绕组可以是分布绕组，也可以是集 中绕组，嵌在定子铁心槽中。本方案的特征在转子结构上，转子由转子铁心、永磁块、励磁绕组及转轴等 构成，转子铁心结构包括磁极、转子轭、极靴，每个磁极上绕有励磁线圈，通过 串联或者并联联接方式形成励磁绕组，不同齿极上的磁极交替变化，形成径向磁 场结构；永磁块分别嵌入相邻两个极靴间，相邻两块永磁块是并联的，永磁块磁 场形成切向磁场结构，而且与励磁线圈产生的径向磁场极性是相同的，永磁磁场 和电励磁磁场也是并联的。本方案的励磁绕组需要通过直流励磁，可实现的励磁 形式很多，励磁绕组通过滑环和电刷与直流励磁电源相联，也可通过旋转整流器 等技术手段来实现无刷化。发明优点本发明切向/径向并联混合励磁同步电机的永磁和电励磁磁势源 为并联方式，具备普通混合励磁同步电机方案中不具备的优点 1，励磁绕组产生的磁通不会通过永磁体，附加气隙少，磁路短，励磁效率高；永磁磁势取决于电励磁磁势，气隙磁场调节方便，可以通过励磁绕组电流单 极性调节实现气隙磁场完全可调。2，本方案的电机磁路是一种聚磁结构,气隙磁密大，电机可以实现高功率密度。 3,本方案电机容错性能好，永磁磁场和电励磁磁场独立性好，在永磁磁源故障 下励磁线圈可以正常励磁，在电枢绕组短路故障时不需要做永磁灭磁处理。本切向/径向并联混合励磁同步电机结构简单,现实方便，结构与传统的电励 磁同步电机相似，能克服现有混合励磁同步电机的一些缺点，本发明的方案具有 效率高、功率密度大、控制方便等优点，产品生产和维护简单，可以替代电磁式 同步发电机做飞机、舰艇、车辆等装置的主发电机，也可以做水轮、汽轮和风力 发电机等；本方案也可以作为磁场调节方便的混合励磁电动机运行。
(以6对极旋转磁极有刷同步电机为例说明) 图1为切向/径向并联混合励磁同步电机结构图； 图2为切向/径向并联混合励磁同步电机铁心截面图； 图3为切向/径向并联混合励磁同步电机转子磁极性分布图。 附图中1.电枢绕组、2.定子铁心、3.转子铁心、4.励磁绕组、5.机壳、6.端盖、7.轴承、8.滑环、9.转轴，10永磁块、21.定子槽、22.定子齿23.定子轭、31.转子极靴、32.转子磁极、33.转子轭、34.转子槽具体实施方式
本发明切向/径向并联混合励磁同步电机可具体实现的方法有多种通过励 磁绕组供电电源的不同，可分为他励式和自励式；按有无电刷可分为有刷式、旋 转整流器式无刷励磁等，按旋转部件不同，可以是旋转磁极式和旋转电枢式；定 子铁心可以是凸极结构，也可以是隐极结构；绕组可以是分布绕组，也可以是集 中绕组；等等。为简化起见以六对极旋转磁极式有刷同步电机为例说明具体实施 方式。附图l为本方案电机结构图，包括定子和转子，定子由定子铁心2、电枢绕 组l、端盖6、机壳5及电刷等部件构成，定子铁心2压装机壳5里，电枢绕组 1嵌在定子铁心2中，两个端盖6分别安装在机壳5两端；转子包括转子铁心3、 励磁绕组4、转轴9、滑环8等部件，励磁绕组4集中绕在转子铁心3上，滑环 安装在转轴上，转轴通过轴承7固定在电机两端端盖上。励磁绕组4接线分别联 接在两个滑环(8)上，再通过和安装在定子端盖(6)上的电刷接触引出。附图2为本方案同步电机铁心截面图，电机铁心一般采用一定厚度的硅钢片 组成，定子和一般交流电机定子结构一样，定子铁心2是隐极结构，也可以是凸极结构，电枢绕组1是分布绕组，也可以是集中绕组，电枢绕组1嵌在铁心的中槽21中；励磁线圈集中绕在凸极转子铁心的磁极32上，各个磁极上的线圈通过 串联或者并联联接起来，构成励磁绕组4。永磁块10分别嵌入相邻两个极靴31 间，转子磁极的极靴31表面也可以嵌入阻尼绕组。附图3为转子铁心的磁极性分布图，励磁绕组4通上直流电，转子铁心3 不同齿极上的磁极交替变化，形成径向磁场结构；相邻的两块永磁块10是并联 的，永磁磁场形成切向磁场结构，而且与励磁线圈产生的磁场极性是相同的，永 磁块和励磁线圈形成的励磁磁场也是并联的。具体工作过程1,当励磁绕组不通电流时，永磁块产生的磁通路径为:永磁块10的N极一转子 极靴31—转子齿32—转子轭33—转子磁极32—转子极靴31—永磁块10的S极，永 磁磁通在转子铁心形成磁短路环，不向气隙提供主磁通。2，当励磁绕组通电流时，励磁绕组产生磁势，相对于电机工作气隙，永磁和电 励磁磁路为并联结构电励磁磁通路径为转子齿32—转子极靴31—气隙一定子齿22—定子轭23—定子 齿22—气隙一转子极靴31—转子齿32—转子轭33—转子齿32，电励磁磁通为径向 路径。永磁磁通路径为:永磁体10的N极一转子极靴31—气隙一定子齿22—定子轭23 —定子齿22—气隙—转子极靴31 —永磁体10的S极，永磁磁通为切向路径。这两个磁势源的磁路相对独立,两者并联提供工作磁通，共同作用形成气隙 主磁场，而且永磁块产生的磁势取决励磁线圈的磁势，主磁通大小取决于励磁绕 组的磁势，可控性好。
权利要求
1，一种切向/径向并联混合励磁同步电机，包括定子和转子，所述定子包括定子铁心(2)、电枢绕组(1)、端盖(6)、机壳(5)，电枢绕组(1)嵌在定子铁心的定子槽(21)中，两个端盖(6)分别安装在机壳(5)两端；所述转子包括转子铁心(3)、励磁绕组(4)、转轴(9)、永磁体(10)，励磁绕组(4)集中绕在转子铁心(3)上，转轴通过轴承(7)固定在电机两端端盖(6)上，其特征在于所述励磁绕组(4)的组成是，励磁线圈集中绕在转子铁心(3)的磁极齿(32)上，各个磁极齿(32)上的励磁线圈通过串联或者并联方式联接起来构成励磁绕组(4)，不同磁极齿(32)上的磁极交替变化，形成径向磁场结构；所述的永磁块(10)分别嵌入相邻两个转子极靴(31)间，相邻的两块永磁块(10)极性是并联的，产生的永磁磁场形成切向磁场结构，而且与励磁线圈产生的励磁磁场极性相同，永磁块(10)产生的永磁磁场和励磁线圈形成的励磁磁场并联。
2，根据权利要求1切向/径向并联混合励磁同步电机，具体实现的方法有 多种可以是他励式和自励式、有刷和无刷、旋转磁极式和旋转电枢式的不同结 构类型。
全文摘要
一种切向/径向并联混合励磁同步电机，属混合励磁同步电机。该电机由定子铁芯和电枢绕组等构成定子，由转子铁芯(3)、永磁块(10)、励磁绕组(4)、转轴(9)等构成转子；转子铁芯的齿极上绕有励磁线圈，通过联接形成励磁绕组(4)，不同齿极上的磁极交替变化，电励磁磁场形成径向结构，永磁块(10)嵌入转子铁芯(3)相邻极靴(31)间，永磁磁场形成切向结构，相邻两块永磁块是并联的，而且与该磁极上励磁线圈产生的磁场极性是相同的，共同作用形成主磁场。永磁和励磁绕组的磁场也是并联的，主磁场调节方便，具有励磁效率高、功率密度大、控制方便等优点，电机的结构简单，可做飞机、舰艇、车辆等装置的主发电机，也可以做水轮、汽轮和风力发电机等，也可做电动机。
文档编号H02K21/00GK101242126SQ200810019738
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者闯 刘, 波 周 申请人:南京航空航天大学