双谐波励磁的混合励磁永磁电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电机技术领域，设及一种永磁电机。
【背景技术】
[0002] 与电励磁电机相比，永磁电机具有高效率、高功率密度W及无刷等优点，因此，永 磁电机在社会发展的各个领域应用均非常广泛。但由于永磁电机的励磁磁场是由永磁体产 生，无法像电励磁电机一样通过调节励磁电流实现对气隙磁场的调节。为了克服永磁电机 的该一缺点，国内外一些专家和学者提出了混合励磁永磁电机，该电机存在两种励磁磁动 势；永磁励磁磁动势和电励磁磁动势，其中电励磁磁动势是用来调节电机的气隙磁场。目 前，提出的混合励磁永磁电机均实现了永磁电机气隙磁场的调节，但有些混合励磁永磁电 机的效率较低、或者存在附加气隙和轴向磁路、或者失去了永磁电机无刷的优点。此外，现 有大部分混合励磁永磁电机方案都需要电压调节器。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无刷无励磁机W及无电压 调节器的采用双谐波励磁的混合励磁永磁电机，该里的双谐波励磁是指利用两种不同产生 机理的谐波电动势进行励磁。
[0004] 本实用新型的技术方案是该样实现的。
[0005] 本实用新型包括一机壳（1)，机壳（1)内装有由定子铁巧（2)、定子绕组（3)组成 的定子和由永磁磁极（4)、永磁体（41)，铁磁磁极巧）、转轴化）、转子铁巧（7)、转子绕组 做组成的转子淀子绕组做分布于定子铁巧似上沿圆周方向开设的槽（9)中，转子铁 巧（7)上布置有永磁磁极（4)和铁磁磁极巧），永磁磁极（4)和铁磁磁极（5)表面均开有槽 (14)，转子绕组巧）由转子谐波绕组a(l〇)、转子谐波绕组b(ll)和转子励磁绕组（12)组 成，转子谐波绕组a(10)分布于永磁磁极（4)上沿圆周方向开设的槽（14)中，转子谐波绕 组b(ll)分布于铁磁磁极（5)上沿圆周方向开设的槽（14)中，转子励磁绕组（12)套在铁 磁磁极巧）的极身上，转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(ll)通过二极管整流电路与 转子励磁绕组（12)相连。
[0006] 本实用新型可W为转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(ll)串联后通过二极管 整流电路与转子励磁绕组（12)相连，也可W为转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(ll) 分别通过二极管整流电路串联后与转子励磁绕组（12)相连。
[0007] 本实用新型所述的永磁磁极（4)与铁磁磁极巧）的数量可W任意设置，两者的比 例可W根据电压调节范围确定。
[000引本实用新型所述的永磁体（41)可W采用径向结构、切向结构，化及混合结构。
[0009] 本实用新型所述的电机可W为内转子电机或者外转子电机；也可W为旋转磁极式 电机或者旋转电枢式电机。
[0010] 本实用新型的双谐波励磁的混合励磁永磁电机定子铁巧（2)上布置一套定子绕 组（3)，用于机电能量转换，转子上不仅有永磁体（41)和转子励磁绕组（12)，而且还有转子 谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(ll)。永磁体（41)和转子励磁绕组（12)用于建立电机 的气隙磁场，它们的极距均与定子绕组（3)极距相同。转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕 组b(ll)用于获取气隙中的谐波磁场的能量，为转子励磁绕组（12)提供励磁电流，它们的 极距分别与其对应的谐波磁场极距相同。转子的极对数与定子绕组（3)的极对数相同，定 子绕组（3)与永磁体（41)和转子励磁绕组（12)相对应，产生电磁感应作用，相当于一台旋 转磁极的同步发电机。转子谐波绕组a(10)的谐波感应电动势是由转子永磁磁动势中的基 波分量，作用在定子齿谐波磁导上产生的谐波磁场感应得到，转子谐波绕组b(11)的谐波 感应电动势是由定子电枢磁动势中的谐波分量，作用在平均气隙磁导上产生的谐波磁场感 应得到。发电机空载运行时，永磁体（41)产生的磁动势和转子励磁绕组（12)产生的磁动 势共同建立气隙磁场，其中转子励磁绕组（12)的励磁电流由转子谐波绕组a(10)经过二极 管整流后提供。发电机负载运行时，永磁体（41)产生的磁动势、转子励磁绕组（12)产生的 磁动势W及定子绕组产生的电枢磁动势共同建立气隙磁场，转子励磁绕组（12)的励磁电 流由转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组b(ll)经过二极管整流后共同提供，且转子谐波 绕组b(ll)感应的谐波电动势能够随着负载电流的增加而增大，用于补偿电枢反应的去磁 作用，从而实现对气隙磁场的自动调节，W保证定子绕组（3)输出的电压恒定。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型的混合励磁永磁电机具有如下特点：
[0012] 1、电机不需要电刷和集电环，W及交流励磁电机，结构简单、可靠性高。
[0013] 2、在无电压调节器的情况下，充分利用谐波磁场良好的复励特性，实现了发电机 的担压输出。
[0014] 3、与普通永磁同步电机结构相近，不存在轴向磁路和附加气隙，保持了永磁电机 的高功率密度和高效率。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型双谐波励磁的混合励磁永磁电机结构示意图，也是图2的A-A 截面图。其中1为机壳，2为定子铁巧，3为定子绕组，4为永磁磁极，5为铁磁磁极，6为转 轴，7为转子铁巧，8为转子绕组，13为轴承。
[0016] 图2是本实用新型图1所示电机的截面图，W6极为例。其中2为定子铁巧，3为 定子绕组，4为永磁磁极，41为永磁体，5为铁磁磁极，6为转轴，7为转子铁巧，9为定子铁巧 上布置绕组的槽，10为永磁磁极4上布置的转子谐波绕组a, 11为转子铁磁磁极5上布置的 转子谐波绕组b，12为转子励磁绕组，14为转子铁巧上布置绕组的槽。
[0017]图3是本实用新型转子谐波绕组a和转子谐波绕组b串联后经二极管整流电路与 转子励磁绕组12相连的电路原理图。
[0018] 图4是本实用新型转子谐波绕组a和转子谐波绕组b分别经二极管整流电路串联 后与转子励磁绕组12相连的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020] 由图1、2可知，本实用新型的双谐波励磁的混合励磁永磁电机，包括机壳1，机壳 1内配置有定子铁巧2,定子铁巧2上沿圆周方向开槽9,槽9内布置有定子绕组3。机壳1 与定子铁巧2固定不动。机壳1内配置有转轴6,转轴6通过轴承13与机壳1连接。转轴 6上配置转子铁巧7,转子铁巧7上布置有永磁磁极4和铁磁磁极5,永磁磁极4和铁磁磁 极5表面均开有槽14,永磁磁极4上布置有永磁体41和转子谐波绕组alO,铁磁磁极5上 布置有转子谐波绕组bl1，转子励磁绕组12套在铁磁磁极5的极身，转子绕组8由转子谐波 绕组alO、转子谐波绕组bll和转子励磁绕组12组成。转子绕组8与转子铁巧7可一起随 着转轴6在定子铁巧2内旋转。
[0021] 本实用新型的转子谐波绕组alO感应谐波电动势的原理是：
[0022] 对于普通的交流电机，定子铁巧表面均开有槽，发电机空载运行时，转子励磁磁动 势作用在定子开槽引起的谐波磁导上，产生的谐波磁场可W表示为
[0023]
【主权项】
1. 双谐波励磁的混合励磁永磁电机，包括一机壳（I)，其特征在于：机壳（1)内装有由 定子铁芯（2)、定子绕组（3)组成的定子和由永磁磁极（4)、永磁体（41)，铁磁磁极（5)、转 轴（6)、转子铁芯（7)、转子绕组（8)组成的转子，定子绕组（3)分布于定子铁芯（2)上沿 圆周方向开设的槽（9)中，转子铁芯（7)上布置有永磁磁极（4)和铁磁磁极（5)，永磁磁极 (4)和铁磁磁极（5)表面均开有槽（14)，转子绕组（8)由转子谐波绕组a(10)、转子谐波绕 组b(ll)和转子励磁绕组（12)组成，转子谐波绕组a(10)分布于永磁磁极（4)上沿圆周方 向开设的槽（14)中，转子谐波绕组b(ll)分布于铁磁磁极（5)上沿圆周方向开设的槽（14) 中，转子励磁绕组（12)套在铁磁磁极（5)的极身上，转子谐波绕组a(10)和转子谐波绕组 b(11)通过二极管整流电路与转子励磁绕组（12)相连。
2. 根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述的转子谐波绕组a(10)和转子谐波 绕组b(11)串联后通过二极管整流电路与转子励磁绕组（12)相连，或者为转子谐波绕组 a(10)和转子谐波绕组b(ll)分别通过二极管整流电路串联后与转子励磁绕组（12)相连。
3. 根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述的永磁磁极（4)与铁磁磁极（5)的 数量任意设置，两者的比例根据电压调节范围确定。
4. 根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述的永磁体（41)采用径向结构、切向 结构或者混合结构。
5. 根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述的电机为内转子电机、外转子电机、 旋转磁极式电机或者旋转电枢式电机。
【专利摘要】一种双谐波励磁的混合励磁永磁电机，包括机壳、定子铁芯、定子绕组、永磁体、转轴、转子铁芯、转子绕组。定子绕组分布于定子槽中，转子铁芯布置有永磁磁极和铁磁磁极，转子绕组由谐波绕组a、谐波绕组b和励磁绕组组成，谐波绕组a分布于永磁磁极的槽中，谐波绕组b分布于铁磁磁极的槽中，励磁绕组套在铁磁磁极的极身上，谐波绕组a和谐波绕组b通过二极管整流电路与励磁绕组相连。发电机运行时，谐波绕组感应电动势能够实现对气隙磁场的自动调节。本实用新型与现有技术相比，无需电刷和滑环、交流励磁机以及电压调节器，无附加气隙和轴向磁路，具有结构简单，以及良好的气隙磁场调节能力和复励特性。
【IPC分类】H02K1-27, H02K21-14, H02K1-26, H02K1-16
【公开号】CN204538925
【申请号】CN201520069899
【发明人】夏永洪, 吴虹剑, 刘俊波, 龚文军, 黄劭刚
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年2月2日