專利名稱：內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機，尤其涉及一種內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，屬于雙凸 極結構電機領域
背景技術：
莫斯科航空學院巴拉古諾夫教授在1988年提出并聯(lián)磁勢混合勵磁同步發(fā)電機的 結構。定子和普通同步電機相同，轉子分為兩部分，一部分為永磁勵磁，另一部分為電勵磁。 該電機的電勵磁部分為爪極結構，附加氣隙多，軸向磁路，漏磁大，電勵磁功能受制約。日本T. Mizuno博士等提出了軸向/徑向磁路混合勵磁同步發(fā)電機。該電機的定 子電樞繞組為通常的三相對稱繞組，定子鐵心被定子環(huán)形直流勵磁繞組分成兩段，這兩段 鐵心由其外的背軛(用于軸向導磁的機殼)在機械上和磁上連接；轉子也分成兩部分N極 端和S極端，每極端由同極性永磁極和鐵心形成的中間極交錯排列，且兩端的N、S永磁極及 中間極也交錯排列。轉子鐵心及轉軸間有一實心導磁套(轉子背軛)，用于轉子的軸向導 磁。該電機附加氣隙多，但為固定氣隙；存在軸向/徑向磁路，電機結構優(yōu)化受約束。香港大學陳清泉、上海工業(yè)大學江建中教授等提出了一種爪極式混合勵磁同步電 機。該電機的外定子與普通電機的定子類似，槽中嵌有多相對稱繞組，轉子采用爪極結構， 在相鄰的兩個爪極之間設置永磁體，在內(nèi)定子上設有環(huán)形直流勵磁繞組。由于直流勵磁繞 組置于由爪極的內(nèi)、外單元所形成的區(qū)域內(nèi)，空間利用率高，結構緊湊。但由于存在軸向磁 路，電勵磁效率低。美國威斯康星_麥迪遜大學的Lipo教授等提出了永磁雙凸極電機，其結構是在開 關磁阻電機的基礎上增加了永磁勵磁，由于其勵磁磁場不易調(diào)節(jié)，故不能作為發(fā)電機使用。南京航空航天大學的嚴仰光教授等提出了電勵磁雙凸極電機(“雙凸極無刷直流 電機”，授權公告號CN1099155C)，其將雙凸極電機的勵磁源從永磁體變成電勵磁繞組。作發(fā) 電機工作時，不需要轉子位置傳感器，且勵磁繞組僅需要單管變換器進行供電，調(diào)節(jié)勵磁繞 組電流可調(diào)節(jié)輸出電壓，故障時可滅磁，具有可靠性高的特點。近年來，把永磁勵磁和電勵磁結合起來的混合勵磁雙凸極電機日益受到關注。Lipo教授等提出一種雙凸極混合勵磁電機，它是在雙凸極永磁電機的基礎上演變 出來的，保留了雙凸極永磁電機的全部優(yōu)點。該電機可以通過控制勵磁電流的方向和大小， 調(diào)節(jié)氣隙磁場。但電勵磁回路穿越永磁體，電勵磁效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種內(nèi)外雙轉子的無軸向勵磁磁路且無附加氣隙的混合 勵磁雙凸極電機，實現(xiàn)電機在勵磁元件數(shù)目與永磁體數(shù)目相同時，從0至額定氣隙磁場的 全范圍內(nèi)調(diào)節(jié)磁場，且勵磁電流為單向控制。本發(fā)明內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，其結構包括凸極外轉子鐵心、內(nèi)外凸極 定子鐵心、凸極內(nèi)轉子鐵心、永磁體、電樞繞組和勵磁繞組，其中電樞繞組繞制于內(nèi)外凸極定子鐵心的定子齒上，內(nèi)外凸極定子鐵心每隔 ※/ 個定子齒在其軛部嵌入一個永磁體或 繞制一個勵磁繞組，與勵磁繞組相鄰的是永磁體，與永磁體相鄰的為勵磁繞組或永磁體，電 機每間隔 ※/ 個定子齒勵磁極性變化一次， 為電機相數(shù)，《為任意正整數(shù)。
所述永磁體切向磁化或具有切向磁化分量；所述勵磁繞組的磁勢方向為切向或具 有切向分量；與勵磁繞組相鄰的兩個永磁體磁化方向或切向磁化分量相同，兩個相鄰的永 磁體磁化方向或切向磁化分量相反。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明電機具有如下技術效果
1、由于永磁體和勵磁繞組共同作為勵磁源，勵磁效率高，且勵磁磁場易于調(diào)節(jié)；
2、可以通過各單體斜槽或單體之間錯開角度減小轉矩脈動；
3、勵磁繞組繞在定子軛部，繞組端部短，減小了勵磁損耗；
4、勵磁繞組的電流為單方向控制，控制電路簡單；
5、可以沿半徑方向采用多個重復結構，形成多定子、多轉子的混合勵磁雙凸極電機，從 而提高電機單位體積的輸出功率。


圖1為本發(fā)明電機的截面結構示意圖。圖2為定子和轉子均錯開一定角度的12/8極內(nèi)外雙轉子的混合勵磁雙凸極電機 截面結構示意圖。圖3為定子和轉子均錯開一定角度的18/12極內(nèi)外雙轉子的混合勵磁雙凸極電機 截面結構示意圖。圖1、圖2、圖3中標號名稱1、凸極外轉子鐵心；2、內(nèi)外凸極定子鐵心；3、凸極內(nèi) 轉子鐵心；4、永磁體；5、電樞繞組；6、勵磁繞組。圖4為圖1、圖2所示電機的等效磁路示意圖。圖5為圖3所示電機的等效磁路示意圖。圖4、圖5中符號名稱為永磁體磁勢為永磁體磁阻；&為勵磁繞組提供的 磁勢； 辟為位于永磁體和勵磁繞 組之間的外定子氣隙磁通為位于永磁體和勵磁繞組之間的內(nèi)定子氣隙磁通；為位 于永磁體和勵磁繞組之間的外定子氣隙磁阻；^為位于永磁體和勵磁繞組之間的內(nèi)定子 氣隙磁阻；1C為位于兩個相鄰永磁體之間的外定子氣隙磁通；略為位于兩個相鄰永磁體
之間的內(nèi)定子氣隙磁通；K·為位于兩個相鄰永磁體之間的外定子氣隙磁阻；A^為位于兩 個相鄰永磁體之間的內(nèi)定子氣隙磁阻。
具體實施例方式根據(jù)圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明電機的結構包括凸極外轉子鐵心1、內(nèi)外凸極定 子鐵心2、凸極內(nèi)轉子鐵心3、永磁體4、電樞繞組5和勵磁繞組6，其中電樞繞組5繞制于 內(nèi)外凸極定子鐵心2的定子齒上，內(nèi)外凸極定子鐵心2每隔 X/7個定子齒在其軛部嵌入一 個永磁體4或繞制一個勵磁繞組6， 為電機相數(shù)，η為任意正整數(shù)。
內(nèi)外凸極定子鐵心2由硅鋼片疊壓而成，轉子分為內(nèi)外結構，即凸極外轉子鐵心1 和凸極內(nèi)轉子鐵心3。與勵磁繞組6相鄰(間隔 X/ 個定子齒)的是永磁體4 (永磁磁鋼)，與永磁體4相 鄰(間隔個定子齒)的可以是勵磁繞組6，也可以是永磁體4。勵磁繞組的電流正方向 設置和永磁體的極性設置使得每間隔 ※/ 個定子齒勵磁極性變化一次。此外，內(nèi)、外定子 齒可以錯開角度或采用斜槽，內(nèi)、外轉子齒也可以錯開角度或采用斜槽以降低齒槽轉矩或 得到優(yōu)化的電勢波形。 設置的永磁體4切向磁化或具有切向磁化分量，設置的勵磁繞組6的磁勢方向為 切向或具有切向分量。與勵磁繞組相鄰的兩個永磁體的磁化方向相同(切向分量均為順時 針或逆時針方向)，兩個相鄰的永磁體的磁化方向(切向分量)相反。內(nèi)外兩個電機結構可以 具有相同或不同的定、轉子極數(shù)。當內(nèi)外兩個電機結構的定、轉子極數(shù)相同時，內(nèi)外兩個電 機結構的對應定子極上的繞組可以串聯(lián)連接。內(nèi)外兩個電機結構的定子鐵心可以錯開角度 或采用斜槽結構，轉子鐵心也可以錯開角度或采用斜槽結構。本發(fā)明電機的工作原理如下
本發(fā)明電機既可作為發(fā)電機，也可以作為電動機。下面通過圖1、圖2、圖3勵磁磁路的 等效磁路進行分析。圖4為圖1、圖2所示電機的等效磁路。當沒有通入勵磁電流時，& = 0，永磁體磁 勢被定子軛部短路，氣隙磁通#,、各接近0 ；隨著正向勵磁電流的增大，進入氣隙的磁
通、各也隨之增大，,^EmIM^。相比相同極數(shù)的純電勵磁電機，由于
勵磁繞組元件個數(shù)減小了一半，在額定狀態(tài)下，本發(fā)明圖1、圖2所示電機的勵磁功率為電 勵磁電機的1/2。圖5為圖3所示電機的等效磁路。由于永磁體的磁阻較大，且為達到額定氣隙磁 通，永磁磁勢比電勵磁磁勢大數(shù)倍，所以相鄰永磁體之間的氣隙磁通隨勵磁電流的變化減 小，可以近似認為不變，為額定氣隙磁通。當沒有通入勵磁電流時，^= 0，永磁體磁勢
部分被定子軛部短路，此時由于在整個氣隙圓周上，僅相鄰永磁體之間有氣隙磁通，總的氣 隙磁通是額定勵磁電流下的1/3。在額定狀態(tài)下，本發(fā)明圖3所示電機的勵磁功率為相同結 構的純電勵磁電機的1/3。在本發(fā)明電機中，當永磁體數(shù)量與勵磁繞組元件的數(shù)量比為Ll時，每 議+1) X QnXn)個定子齒的定子軛部安裝有A個永磁體和1個勵磁繞組元件，該結構的勵磁
調(diào)節(jié)范圍從Iz^的額定氣隙磁通至額定氣隙磁通，額定勵磁功率為相同結構的純電勵磁 t+1
電機的A。 fc + 1本發(fā)明電機沿半徑方向可采用多個重復結構，形成/7個定子、/7 + 1個轉子結構的 電機。本發(fā)明可作為發(fā)電機，或與整流器、變換器等配合作為發(fā)電機用，亦可作為電動機。
權利要求
一種內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，其特征在于包括凸極外轉子鐵心(1)、內(nèi)外凸極定子鐵心(2)、凸極內(nèi)轉子鐵心(3)、永磁體(4)、電樞繞組(5)和勵磁繞組(6)，其中電樞繞組(5)繞制于內(nèi)外凸極定子鐵心(2)的定子齒上，內(nèi)外凸極定子鐵心(2)每隔m×n個定子齒在其軛部嵌入一個永磁體(4)或繞制一個勵磁繞組(6)，與勵磁繞組(6)相鄰的為永磁體(4)，與永磁體(4)相鄰的為勵磁繞組(6)或永磁體(4)，電機每間隔m×n個定子齒勵磁極性變化一次，m為電機相數(shù)，n為任意正整數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，其特征在于所述永磁體 (4)切向磁化或具有切向磁化分量。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，其特征在于所述勵磁繞 組(6)的磁勢方向為切向或具有切向分量。
4.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，其特征在于與勵磁繞組 (6)相鄰的兩個永磁體磁化方向或切向磁化分量相同，兩個相鄰的永磁體磁化方向或切向 磁化分量相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)外雙轉子混合勵磁雙凸極電機，該電機的結構包括凸極外轉子鐵心(1)、內(nèi)外凸極定子鐵心(2)、凸極內(nèi)轉子鐵心(3)、永磁體(4)、電樞繞組(5)和勵磁繞組(6)，電樞繞組(5)繞制于內(nèi)外凸極定子鐵心(2)的定子齒上，內(nèi)外凸極定子鐵心(2)每隔m×n個定子齒在其軛部嵌入一個永磁體(4)或繞制一個勵磁繞組(6)，m為電機相數(shù)，n為任意正整數(shù)，電機每間隔m×n個定子齒勵磁極性變化一次。本發(fā)明電機沿半徑方向可以設置多個重復結構，形成n個定子、n+1個轉子的混合勵磁電機，本發(fā)明勵磁效率高，繞組端部短，勵磁損耗小，控制電路簡單。
文檔編號H02K1/17GK101964571SQ20101052028
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)明者嚴仰光, 王嬌艷, 陳志輝 申請人:南京航空航天大學