專利名稱：五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機技術領域，特別涉及一種永磁電機。
背景技術：
永磁電機具有結構簡單、運行可靠、效率高以及功率密度高等優(yōu)點。因此，永 磁電機在工業(yè)、民用、軍事以及航空航天等領域中應用非常廣泛。不足之處在于永磁電 機氣隙磁場調節(jié)困難，這在一定程度上限制了永磁電機的廣泛應用。然而，電勵磁同步 電機通過調節(jié)勵磁繞組中勵磁電流的大小可以方便地調節(jié)氣隙磁場?；旌蟿畲庞来烹姍C的特點是在一臺電機中同時存在兩種磁勢源永磁磁勢和電 勵磁磁勢。電勵磁磁勢產生的磁場主要是用來對永磁磁勢產生的磁場進行調節(jié)，因而混 合勵磁永磁電機結合了永磁電機高效率和高功率密度以及電勵磁同步電機氣隙磁場調節(jié) 方便的優(yōu)點。目前，混合勵磁永磁電機已經成為電機領域的一個研究熱點，現(xiàn)有的混合 勵磁永磁電機方案有近30種。在這些方案中，有些方案永磁磁勢和電勵磁磁勢在磁路 上是串聯(lián)的，電勵磁磁勢產生的磁通路徑要經過永磁體，導致勵磁損耗增大，電機效率 降低，并且永磁體容易發(fā)生不可逆去磁。有些方案徑向磁場和軸向磁場共存，因而電機 軸向長度不宜太長。有些方案轉子分成兩段或者定轉子都分成兩段，可以看成是一臺永 磁電機和一臺電勵磁同步電機的復合，從而降低了電機的功率密度。有些方案存在附加 氣隙，從而降低了電機的效率，并使電機結構變得復雜。但有一類混合勵磁永磁電機方 案，定子與普通的交流電機相同，轉子上既有永磁體，又有勵磁繞組，兩者產生的磁通 流經相同的電機鐵心，提高了材料的利用率，保持了永磁電機高功率密度的優(yōu)點。此 外，電機中不存在軸向磁場和附加氣隙，保持了永磁電機高效率的優(yōu)點。但由于勵磁繞 組在轉子上，使得勵磁繞組與外部的連接仍需要電刷和滑環(huán)等機械裝置，從而降低了電 機運行的可靠性，同時也增加了電機維護成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種不需要電刷和集電環(huán)的 采用五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的(參見附圖1、附圖2)采用五次諧波勵磁的混 合勵磁永磁電機，包括一機殼[1]，機殼[1]內裝有由定子鐵心[2]、定子繞組[3]組成的定 子和由永磁體[4]、轉軸[6]、轉子鐵心[7]、轉子繞組[8]組成的轉子；定子繞組[3]分布 于定子鐵心[2]上沿圓周方向開設的槽[9]中，轉子鐵心[7]上布置有永磁體[4]和轉子繞 組[8]；轉子繞組[8]由轉子五次諧波繞組[10]和轉子勵磁繞組[11]組成。所述的定子繞組[3]可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組；可以為整數(shù) 槽繞組，也可以為分數(shù)槽繞組。所述的轉子五次諧波繞組[10]可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組。所述的轉子勵磁繞組[11]可以是集中繞組，也可以為分布繞組。
所述的轉子永磁體[4]的數(shù)量可以根據(jù)電機設計要求設置，其極數(shù)與定子繞組 (3)的極數(shù)相同。所述的轉子在定子內或者放置于定子外。所述的轉子永磁體[4]可以采用徑向結構、切向結構，以及混合結構。本發(fā)明的五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的轉子上不僅有永磁體[4]，而且轉 子鐵心[7]上布置了轉子勵磁繞組[11]和轉子五次諧波繞組[10]，定子上布置一套定子繞 組[3]，用于機電能量轉換。轉子的極對數(shù)與定子繞組[3]的極對數(shù)相同。定子繞組[3] 與永磁體[4]相對應，產生電磁感應作用，相當于一臺旋轉磁極的同步發(fā)電機。轉子五次 諧波繞組[10]感應的電動勢經過旋轉整流器整流得到直流電，給轉子鐵心[7]上的轉子勵 磁繞組[11]提供直流電，轉子五次諧波繞組[10]中感應的諧波電勢能夠隨著電機負載的 變化而自動改變，從而達到調節(jié)磁場和定子繞組[3]電壓的目的。本發(fā)明的混合勵磁永磁電機具有如下特點1、電機不需要電刷、集電環(huán)以及電壓調節(jié)器，結構簡單，運行可靠，響應速度 快。2、與普通永磁電機結構相近，具有較高的功率密度。3、不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，保持了永磁電機的高效率。


圖1是圖2的A-A截面圖，為采用五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機結構示意 圖。其中1為機殼，2為定子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，5為軸承，6為轉軸，7 為轉子鐵心，8為轉子繞組。圖2是圖1中電機截面圖，以4極為例。其中2為定子鐵心，3為定子繞組，4 為永磁體，6為轉軸，7為轉子鐵心，9為定子鐵心上布置繞組的槽，10為轉子五次諧波 繞組，11為轉子勵磁繞組。圖3是圖2中B-B部分詳細說明圖，為了方便，展開為直線畫圖。其中2為定 子鐵心，3為定子繞組，4為永磁體，6為轉軸，7為轉子鐵心，9為定子鐵心上沿圓周方 向開設的槽，10為轉子五次諧波繞組，11為轉子勵磁繞組。圖中還畫出了定子繞組合成 磁勢產生的基波磁場和五次諧波磁場分量。圖4是轉子五次諧波繞組經整流橋與轉子勵磁繞組相聯(lián)的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例。由圖1、2可知，本發(fā)明的五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，包括機殼1，機 殼1內配置有定子鐵心2，定子鐵心2上沿圓周方向開槽9，槽9內布置有定子繞組3。 機殼1與定子鐵心2固定不動。機殼1內配置有轉軸6，轉軸6通過軸承5與機殼1連 接。轉軸6上配置轉子鐵心7，轉子鐵心7上布置有永磁體4和轉子繞組8，轉子繞組8 由轉子五次諧波繞組10和轉子勵磁繞組11組成。永磁體4、轉子繞組8與轉子鐵心7可 一起隨著轉軸6在定子鐵心2內旋轉。
本發(fā)明的工作原理是當電機空載運行時，轉軸6以同步速旋轉，轉子永磁體 4建立磁場，在定子繞組3中感應同步頻率的空載電動勢，該電動勢在轉速一定時保持恒 定。當電機帶上電感性負載后，由于電樞反應的去磁作用，使得在定子繞組3中感應的 電動勢下降。為了調節(jié)定子繞組3的電動勢，在轉子鐵心7上布置了轉子五次諧波繞組 10和轉子勵磁繞組11。電機帶上負載后，定子合成磁勢中的五次諧波磁勢分量產生的 諧波磁場會在轉子五次諧波繞組10中感應出諧波電動勢，整流后輸入到轉子勵磁繞組11 中，轉子勵磁繞組11產生的磁場可以彌補由于電樞反應去磁作用使得電機繞組感應電動 勢的降低。當負載增加時，定子合成磁勢中的五次諧波磁勢分量也增加，轉子五次諧波 繞組10的感應電動勢也隨著增大。因此，轉子五次諧波繞組10感應電動勢的大小能夠 隨著負載的變化而自動改變，以達到調節(jié)磁場和繞組感應電動勢的作用，而且實現(xiàn)了無 電刷和集電環(huán)以及無電壓調節(jié)器。下面參照圖3來具體說明轉子五次諧波繞組10感應電動勢的原理。以一對極為 例進行說明，圖3中畫出了定子繞組合成磁勢產生的磁場基波分量和五次諧波分量，當 轉子鐵心7以同步速旋轉時，磁場的基波分量相對轉子鐵心7靜止，不會在轉子的五次諧 波繞組10中感應出電動勢；而磁場的五次諧波分量相對定子以1/5倍的同步速旋轉，其 方向與轉子旋轉方向相反，因此在轉子五次諧波繞組10中感應電動勢的頻率為定子繞組 3基波感應電動勢的六倍，且轉子五次諧波繞組10感應電動勢的大小能夠隨著負載的變 化而自動改變。轉子五次諧波繞組10感應的交流電動勢經過整流得到直流電，直流電通入到轉 子勵磁繞組11中實現(xiàn)勵磁，電路圖如圖4所示。直流勵磁電流流過轉子勵磁繞組11建立相對于轉子鐵心7靜止的磁場，該磁場 相對于定子鐵心2和定子繞組3為同步速旋轉，在定子繞組3中感應同步頻率的電動勢， 定子繞組3與外部電路相聯(lián)就可以向外輸出能量。本發(fā)明用作發(fā)電機時，定子繞組3與負載相連，用作電動機時，定子繞組3與驅 動電源相連。轉子五次諧波繞組10可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組。轉子勵磁繞組11可以是集中繞組，也可以為分布繞組。整流電路可以采用橋式全波整流，也可以是半波整流。
權利要求
1.五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，包括一機殼(1)，其特征是機殼(1)內裝有由 定子鐵心(2)、定子繞組(3)組成的定子和由永磁體(4)、轉軸(6)、轉子鐵心(7)、轉子 繞組(8)組成的轉子，定子繞組(3)分布于定子鐵心(2)上沿圓周方向開設的槽(9)中， 轉子鐵心(7)上布置有永磁體(4)和轉子繞組(8)，轉子繞組(8)由轉子五次諧波繞組 (10)和轉子勵磁繞組(11)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的定子繞組(3)為三相繞組、單相或者 多相繞組。
3.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的定子繞組(3)為整數(shù)槽繞組或者分數(shù)槽繞組。
4.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的轉子五次諧波繞組(10)為三相繞 組、單相或者多相繞組。
5.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的轉子勵磁繞組(11)為集中繞組或者 分布繞組。
6.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的轉子在定子內或者放置于定子外。
7.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的永磁體(4)的數(shù)量根據(jù)電機設計要求 設置，其極數(shù)與定子繞組(3)的極數(shù)相同。
8.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征是所述的永磁體(4)采用徑向結構、切向結構 或者混合結構。
全文摘要
五次諧波勵磁的混合勵磁永磁電機，包括一機殼(1)，其特征是機殼(1)內裝有由定子鐵心(2)、定子繞組(3)組成的定子和由永磁體(4)、轉軸(6)、轉子鐵心(7)、轉子繞組(8)組成的轉子，定子繞組(3)分布于定子鐵心(2)上沿圓周方向開設的槽(9)中，轉子鐵心(7)上布置有永磁體(4)和轉子繞組(8)，轉子繞組(8)由轉子五次諧波繞組(10)和轉子勵磁繞組(11)組成。本發(fā)明電機不需要電刷、集電環(huán)以及電壓調節(jié)器，結構簡單，運行可靠，響應速度快；與普通永磁電機結構相近，具有較高的功率密度；不存在軸向磁路和附加氣隙，磁路短，保持了永磁電機的高效率。
文檔編號H02K1/27GK102013779SQ201010597069
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者夏永洪, 王善銘, 黃劭剛 申請人:南昌大學