轭绕组励磁并列调磁电机的制作方法

本发明涉及具有三个转动部件的调磁电机。具体是定子设置电枢绕组轭绕组形成电枢磁场具有电枢极对数，定子设置励磁磁体形成磁体磁场具有磁体极对数，调磁环转子具有调磁块数，可以开展定子调节和励磁调节，电枢极对数、磁体极对数和调磁块数形成调磁匹配关系，三个转动部件是电枢磁场、磁体磁场和调磁环转子，电枢磁场转速、磁体磁场转速和调磁环转子转速形成调磁运动关系。这就是轭绕组励磁并列调磁电机。

背景技术：

1、电机的部件包括定子、转子、支承部件、机壳和控制电路等。电机一般是圆柱状转子位于电机中心内部、圆环状定子位于外部包围转子，这是内转子径向磁通电机。拓扑技术可以实现圆柱状定子位于电机中心内部，圆环状转子位于外部包围定子，这是外转子径向磁通电机。拓扑技术还可以实现盘状定子位于电机一侧，盘状转子位于电机另一侧，定子转子均围绕电机轴转动，这是轴向磁通电机。拓扑技术还可以实现线状排列定子与线状排列转子相对平行运动的直线电机。电机都努力丰富功能，具有三个转动部件的调磁电机，功能比具有两个转动部件的电机丰富。传统电机，只有定子电枢磁场和转子这两个转动部件；低速运转需要增强转矩时只能调节电枢磁场强化磁场即强磁，高速运转需要降低转矩时只能调节定子电枢磁场弱化磁场即弱磁，调节控制手段单一，调节效率低。轭绕组励磁并列调磁电机，电枢磁场、磁体磁场和调磁环转子各是一个转动部件，三个转动部件之间形成调磁运动关系，强磁或弱磁不仅可以通过调节电枢磁场实现，也可以通过调节励磁强度调节磁体磁场实现，调节控制手段丰富，调节效率高；同等功率电机更好地弱磁意味着具有更高的转速。本发明创造性地在电机中运用同心磁齿轮的调磁效应，利用电枢磁场转速来替代同心磁齿轮中具有极对数的一个磁环的转速，改造无动力的同心磁齿轮，形成具有三个转动部件的电机称为调磁电机；本发明的另一个创新是采用凸极转子作为调磁环，并且把调磁环从两个磁环的中间移动到两个磁环的内侧。本发明三个转动部件中只有调磁环转子是有形机械转动，磁体磁场不转动，电枢磁场是无形转动，调磁环转子主要依靠磁体磁场形成转矩，铜损较小效率高。所述调磁是调磁效应，是调磁环把电枢磁场调制成为与磁体磁场匹配的谐波磁场，磁体磁场与这谐波磁场同步；调磁环把磁体磁场调制成为与电枢磁场匹配的谐波磁场，电枢磁场与该谐波磁场同步；像同心磁齿轮三部件一样按调磁运动关系互动。同心磁齿轮是具有极对数的两个磁环被中间具有调磁块的调磁环调制形成调磁效应的磁性齿轮传动结构，参见（atallah and howe,2001）。所述调磁匹配关系是电枢极对数、磁体极对数和调磁块数这三者形成下列等式关系之一：调磁匹配关系一，电枢极对数+磁体极对数=调磁块数；调磁匹配关系二，电枢极对数+调磁块数=磁体极对数。与这二种调磁匹配关系依次对应的二种调磁运动关系是：调磁运动关系一，电枢极对数*电枢磁场转速+磁体极对数*磁体磁场转速=调磁块数*调磁环转子转速；调磁运动关系二，电枢极对数*电枢磁场转速+调磁块数*调磁环转子转速=磁体极对数*磁体磁场转速。*为乘号。所述三相交流电为+a相、-c相、+b相、-a相、+c相和-b相的正弦交变电流，其中+a相、+b相和+c相这三相依次滞后120度电相位。所述二相交流电为+a相、+b相、-a相和-b相的正弦交变电流，这四相依次滞后90度电相位。所述直流电是在一个步长时间中不变的电流，在不同的步长时间中可以是正电流或负电流。

2、本发明提出定子设置电枢绕组轭绕组和励磁磁体，转动电枢磁场和不转动磁体磁场并列在定子上，调磁环作为转子，这样的轭绕组励磁并列调磁电机，就是要创新电机结构、丰富电机性能。电机行业需要轭绕组励磁并列调磁电机。

技术实现思路

1、轭绕组励磁并列调磁电机，由定子、调磁环转子、支承部件、机壳和控制电路组成。与电源等电气部件形成电路连接，与传动轴等机械部件形成机械连接。特征在于：定子设置电枢绕组轭绕组形成电枢磁场具有电枢极对数，定子设置励磁磁体形成磁体磁场具有磁体极对数，调磁环转子具有调磁块数，可以开展定子调节和励磁调节，电枢极对数、磁体极对数和调磁块数形成调磁匹配关系，三个转动部件是电枢磁场、磁体磁场和调磁环转子，电枢磁场转速、磁体磁场转速和调磁环转子转速形成调磁运动关系。

2、定子由定子铁芯、轭绕组、励磁磁体、励磁绕组和通磁块组成。定子铁芯由定子轭部和定子齿部组成，采用软磁材料，如硅钢材料，采用成熟技术；定子铁芯顺时针方向为前方，逆时针方向为后方。定子的电枢绕组由导线绕制而成，绕制形式是围绕定子铁芯轭部绕制，形成轭绕组。轭绕组流通三相交流电、二相交流电或直流电形成电枢磁场，具有电枢极对数，具有电枢磁场转速。轭绕组形成电枢磁场的过程是，各轭绕组流通电枢电流形成轭部磁场，同向轭部磁场叠加、异向轭部磁场汇集，汇集在最近的齿部形成面向转子的齿部磁场就是电枢磁场。轭绕组与控制电路形成电路连接，受控制电路控制。流通正向电流形成顺时针方向轭部磁场的轭绕组是正轭绕组。励磁磁体采用软磁材料和记忆永磁材料两者之一，软磁材料例如硅钢材料，记忆永磁材料例如铝镍钴材料。励磁磁体形成可变磁场，可通过变化励磁绕组的励磁电流来调节可变磁场的强度；每次调节后，各励磁磁体的磁场强度相等。调节软磁材料励磁磁体可变磁场的励磁电流是持续电流，调节记忆永磁材料励磁磁体可变磁场的励磁电流是短时电流。励磁磁体选择二种结构形式之一形成磁体磁场，磁体极对数均等于定子铁芯齿部数；选择结构形式一：在齿部之间均匀地设置1块励磁磁体，励磁磁体外端与定子铁芯轭部密切贴合形成磁场通路，励磁磁体内端与定子铁芯齿部齐平，在励磁磁体周围设置励磁绕组，所有励磁磁体的磁场方向为径向单向，即全为径向向内或全为径向向外。参见图1，结构形式一，励磁磁体使定子铁芯上的每段轭绕组顺时针分为前后两部分，前后两部分仍然是同一段轭绕组。选择结构形式二：在齿部之间均匀地设置1块励磁磁体，励磁磁体内端与定子铁芯齿部齐平、励磁磁体外端与通磁块密切贴合，通磁块设置于励磁磁体与轭绕组之间，通磁块的切向两侧与相邻的两个齿部密切贴合，在励磁磁块与齿部之间形成磁场通路。在励磁磁体周围设置励磁绕组，所有励磁磁体的磁场方向为径向单向，即全为径向向内或全为径向向外。通磁块采用软磁材料，例如硅钢材料。参见图2，结构形式二，每段轭绕组完整。励磁绕组与控制电路形成电路连接，励磁电流受控制电路控制。当电机需要固定不变的磁体磁场时，励磁磁体替换为采用磁场强度不变的永磁体，励磁绕组可省略，这是本发明的简化版本，参见图4。

3、当定子铁芯上的每三段轭绕组依次分别流通+a相、+b相和+c相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的三分之一，实施例5即如此。实施例5有六段轭绕组，电枢极对数为2，是定子铁芯齿部数6的三分之一。当定子铁芯上的每六段轭绕组依次分别流通+a相、+a相、+b相、+b相、c相和+c相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的六分之一，实施例6即如此。当定子铁芯上轭绕组的每九段轭绕组依次分别流通+a相、+a相、+a相、+b相、+b相、+b相、c相、+c相和+c相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的九分之一。当定子铁芯上的每六段轭绕组依次分别流通+a相、-c相、+b相、-a相、+c相和-b相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的六分之一，实施例3即如此。当定子铁芯上的每十二段轭绕组依次分别流通+a相、+a相、-c相、-c相、+b相、+b相、-a相、-a相、+c相、+c相、-b相和-b相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的十二分之一，实施例4即如此。当定子铁芯上的每十八段轭绕组依次分别流通+a相、+a相、+a相、-c相、-c相、-c相、+b相、+b相、+b相、-a相、-a相、-a相、+c相、+c相、+c相、-b相、-b相和-b相的三相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的十八分之一。当定子铁芯上的每四段轭绕组依次分别流通+a相、+b相、-a相和-b相的二相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的四分之一，实施例1即如此。当定子铁芯上的每八段轭绕组依次流通+a相、+a相、+b相、+b相、-a相、-a相、-b相和-b相的二相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的八分之一，实施例2即如此。当定子铁芯上的每三段轭绕组依次分别流通+a相、+a相、+a相、+b相、+b相、+b相、-a相、-a相、-a相、-b相、-b相和-b相的二相交流电时，电枢极对数等于定子铁芯齿部数的十二分之一。对于定子电枢绕组流通直流电形成电枢极对数，参见本人2022年3月申报发明的《轭绕组少极多速直流定子》说明书。

4、调磁环转子采用凸极调磁环转子和单向永磁调磁环转子这两者之一，两者均为成熟技术。采用凸极调磁环转子时，凸极调磁环转子由转子铁芯和转子轴组成，转子铁芯由转子轭部和转子齿部组成，采用软磁材料，例如硅钢材料；转子齿部径向侧面之间是转子槽，转子齿部通过转子轭部相互连接，转子槽中是不导磁材料，转子轴采用成熟技术，调磁块数等于转子齿部数，调磁环转子可以机械转动，具有调磁环转子转速；参见图4中的转子。采用单相永磁调磁环转子时，单向永磁调磁环转子由转子铁芯、永磁体和转子轴组成，转子铁芯由转子轭部和转子齿部组成，采用软磁材料，转子齿部径向侧面之间是转子槽，转子齿部通过转子轭部相互连接，转子槽中设置永磁体，永磁体内端与转子齿部齐平，永磁体外端与转子轭部密切贴合形成磁场通路，永磁体径向侧面与转子齿部绝缘防止漏磁，所有永磁体的磁场方向为径向单向；永磁体采用永磁材料，例如钕铁硼材料；转子轴采用成熟技术，调磁块数等于转子齿部数，调磁环转子可以机械转动，具有调磁环转子转速；参见图1中的转子。采用凸极调磁环转子优点是节约永磁材料，采用单向永磁调磁环转子优点是获得更大的转矩。

5、电枢磁场、磁体磁场和调磁环转子是三个转动部件，相互之间可相对转动。定子没有机械转动，电枢磁场具有无形转动，磁体磁场转速为零，调磁环转子有机械转动。所述转动包括转速为零。电枢极对数、磁体极对数和调磁块数形成成调磁匹配关系，调磁匹配关系即下列等式关系之一：调磁匹配关系一，电枢极对数+磁体极对数=调磁块数；调磁匹配关系二，电枢极对数+调磁块数=磁体极对数。

6、支承部件由轴承和支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

7、控制电路控制轭绕组的电流，改变轭绕组流通交流电的频率、幅值、相位、相序等，或改变轭绕组流通直流电的步长时间、步的顺序、电流的幅值和提前角等，从而改变电枢磁场的转速和转矩，从而按调磁运动关系改变三个转动部件的转速和转矩，这就是定子调节。控制电路控制励磁绕组的励磁电流，控制可变磁场的强度，从而强化或弱化磁体磁场，从而调节电机输出转矩，即励磁调节。电源采用成熟技术。控制电路采用成熟技术。

8、与调磁匹配关系依次对应，电枢磁场转速、磁体磁场转速和调磁环转子转速形成下列调磁运动关系之一：调磁运动关系一，电枢极对数*电枢磁场转速+磁体极对数*磁体磁场转速=调磁块数*调磁环转子转速；调磁运动关系二，电枢极对数*电枢磁场转速+调磁块数*调磁环转子转速=磁体极对数*磁体磁场转速。三个转动部件的力矩也是互动的。

9、各实施例，传动轴输出机械动力。当控制电路控制轭绕组流通的电流和励磁电流，调磁环转子作为输出端与传动轴形成机械连接，形成可变速可变转矩电动机。这种电动机，定子调节中，控制电路可控制整个电机输出的机械动力的转速、转矩。励磁调节中，控制电路可以控制励磁电流，选择强化磁体磁场或弱化磁体磁场，从而配合电枢磁场强度，按力矩互动关系强化或弱化整个电机的输出转矩。所述传动轴是机械动力向动力使用机构输出的外部件。

10、传统电机，只有定子电枢磁场和转子这两个转动部件，调节电机的转速和转矩只能通过调节电枢电流，调节控制手段单一，调节效率低。本发明在电机中创造性运用同心磁齿轮的调磁效应，利用电枢磁场转速替代同心磁齿轮中具有极对数的一个磁环的机械转速，形成的轭绕组励磁并列调磁电机本身具有三个转动部件，调磁环转子获得的转矩主要依靠磁体磁场来形成，电机铜耗较低、转矩大、效率高；调节电机的转速和转矩既可通过定子调节，也可通过励磁调节，调节控制手段丰富，调节效率高；可作为转矩较大的电动机，也可作为拖拽力可调节的阻尼可调的电机。本发明有益之处在于：相比传统电机，本发明转矩大、效率高，转矩调节手段丰富，调节效率高。在此之前没有相同的轭绕组励磁并列调磁电机。

11、所述定子铁芯、转子铁芯、转子轴、电枢绕组、轭绕组、齿部绕组、励磁绕组、铜耗、电枢磁场、磁体磁场、极对数、调磁环、调磁块数、转速、转矩、同心磁齿轮和转动部件均为成熟技术。