一種環(huán)形軛部雙繞組混合勵(lì)磁永磁電動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)形軛部雙繞組混合勵(lì)磁永磁電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,隨著永磁材料耐高溫性能的提高和價(jià)格的降低,永磁電機(jī)在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面得到更為廣泛的應(yīng)用,正向大功率化、高性能化和微型化方向發(fā)展。目前永磁電機(jī)的功率從幾毫瓦到幾千千瓦,應(yīng)用范圍從玩具電機(jī)、工業(yè)應(yīng)用到艦船牽引用的大型永磁電機(jī),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、日常生活、軍事工業(yè)、航空航天的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]常規(guī)交流永磁電機(jī)通常分為以下幾類:異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)。
[0004]無刷直流電機(jī)和調(diào)速永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)上基本相同,定子上為多相繞組,轉(zhuǎn)子上有永磁體,它們的主要區(qū)別在于無刷直流電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息實(shí)現(xiàn)自同步。它們的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)取消了電刷換向器,可靠性提高;(2)損耗主要由定子產(chǎn)生,散熱條件好;(3)體積小、重量輕。
[0005]異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)與調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是:前者轉(zhuǎn)子上有起動(dòng)繞組或具有起動(dòng)作用的整體鐵心,能實(shí)現(xiàn)自起動(dòng),無需控制系統(tǒng)即可并網(wǎng)運(yùn)行。
[0006]除此之外,還有單相永磁電機(jī),單相永磁電機(jī)需要配套電容起動(dòng)和運(yùn)行,體積笨重,成本高,而且整體運(yùn)行的效率和功率因數(shù)都較低。
[0007]現(xiàn)有永磁電機(jī)由于永磁體磁動(dòng)勢(shì)固定,電機(jī)主磁通不可調(diào),導(dǎo)致恒功率運(yùn)行范圍窄,調(diào)速范圍不夠?qū)挿?,而且電機(jī)繞組一般為3相,定子槽數(shù)目多,繞組下線工藝復(fù)雜;現(xiàn)有大多數(shù)永磁電機(jī)永磁體位于轉(zhuǎn)子上,運(yùn)行時(shí)隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng),永磁體需采用特殊工序固定,制造成本高,尤其電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí),永磁體固定更加困難,由于永磁體位于轉(zhuǎn)子上,運(yùn)行時(shí)散熱困難,溫升和由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致永磁體機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞和發(fā)生不可逆退磁;現(xiàn)有永磁電機(jī)一般為三相,要求電機(jī)的功率逆變電路至少需要6個(gè)功率開關(guān)器件,如IGBT或者M(jìn)OSFET等,以及與之相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)該功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路,使得電機(jī)功率逆變電路成本相當(dāng)高,甚至達(dá)到電機(jī)本體成本的兩到三倍,功率開關(guān)器件數(shù)量增多增加了控制電路復(fù)雜程度,器件發(fā)生故障的可能性增加,運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的可靠性降低。
[0008]針對(duì)現(xiàn)有永磁電機(jī)勵(lì)磁磁勢(shì)不可調(diào)的缺點(diǎn),相關(guān)學(xué)者提出了一些混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)電機(jī),這類混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)電機(jī)從勵(lì)磁方式上可以分為兩類,一類是永磁體磁勢(shì)與勵(lì)磁繞組磁勢(shì)串聯(lián)式結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)由于勵(lì)磁磁通需要穿過永磁體,勵(lì)磁電流大,勵(lì)磁損耗高,而且會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)用不廣泛;另一類是永磁體磁勢(shì)和勵(lì)磁繞組磁勢(shì)并聯(lián)的結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)一般采用定子永磁式,永磁體位于定子上,通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組電流調(diào)節(jié)磁場(chǎng),這類電機(jī)調(diào)磁性能好,但增加勵(lì)磁繞組后,電機(jī)繞組套數(shù)更多,使得電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)槽內(nèi)有多套繞組的情況或者既有相繞組又有勵(lì)磁繞組的情況,槽內(nèi)需增加相間絕緣,繞組下線工藝復(fù)雜,槽利用率低,而且,需要加開勵(lì)磁槽,電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)零散化嚴(yán)重,組裝固定困難,加工工藝復(fù)雜,電機(jī)成本高。更為重要的是,增加勵(lì)磁繞組后,需要至少再增加一個(gè)功率開關(guān)器件控制勵(lì)磁繞組的電流,這更進(jìn)一步增加了功率電路的成本,而且,勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通和主磁通共用主磁路和主氣隙,勵(lì)磁效果受到電機(jī)其他設(shè)計(jì)參數(shù)的限制,一旦電機(jī)制成,只能通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流控制勵(lì)磁效果,無法通過單獨(dú)設(shè)計(jì)勵(lì)磁磁路來控制勵(lì)磁磁通,因此,尋求一種本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,調(diào)磁功能靈活但功率開關(guān)器件個(gè)數(shù)少,控制器和功率電路成本低的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)至關(guān)重要,因此,尋求一種本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,有調(diào)磁功能但功率開關(guān)器件個(gè)數(shù)少,控制器和功率電路成本低的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)至關(guān)重要。
[0009]除此之外,現(xiàn)有永磁電機(jī)多采用分布繞組或者橫跨多個(gè)極距的集中繞組,普遍存在繞組端部長(zhǎng),用銅量大,制造成本高,電機(jī)運(yùn)行時(shí)銅耗大,效率低等缺點(diǎn),尤其是對(duì)于外徑較大,軸向長(zhǎng)度較小,也就是徑長(zhǎng)比值較大的電機(jī),這種缺點(diǎn)尤為突出,需要采用特殊的繞組線圈連接方式來減小繞組端部,減小用銅,提高電機(jī)運(yùn)行效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明為了解決上述問題,提出了一種環(huán)形軛部雙繞組混合勵(lì)磁永磁電動(dòng)機(jī),本永磁電動(dòng)機(jī)的定子上有一套定子電樞繞組和一套勵(lì)磁繞組,而且電機(jī)每個(gè)槽內(nèi)只安放有一套繞組,槽內(nèi)不需要相間絕緣,槽滿率高,且電機(jī)繞組下線工序簡(jiǎn)單,整個(gè)成本低于現(xiàn)有的各類三相感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī);同時(shí),本發(fā)明電樞繞組通交流電流,另一組勵(lì)磁繞組通直流電流,因此電機(jī)的控制電路只需兩個(gè)電力電子功率開關(guān)器件,改變了現(xiàn)有的各類感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以及永磁電機(jī)定子上均有三相及以上的電樞繞組,需要至少6個(gè)電力電子功率開關(guān)器件的現(xiàn)狀,有效地減少功率開關(guān)器件個(gè)數(shù),降低了電機(jī)控制電路中功率開關(guān)器件發(fā)生故障的可能性,可靠性提高。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種環(huán)形軛部雙繞組混合勵(lì)磁永磁電動(dòng)機(jī),包括定子、轉(zhuǎn)子、附加氣隙和主氣隙,定子呈環(huán)形,轉(zhuǎn)子設(shè)置于定子的內(nèi)部,其中:
[0013]所述定子上均勻設(shè)置有偶數(shù)個(gè)定子齒,相鄰兩個(gè)定子齒中設(shè)有定子槽,定子槽軛和定子背軛之間設(shè)有永磁體,所述永磁體不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),同一個(gè)定子槽軛上的永磁體的充磁方向相同,相鄰兩個(gè)定子槽軛部上的永磁體的充磁方向相反;
[0014]所述定子槽包括電樞槽和勵(lì)磁槽,所述電樞槽和勵(lì)磁槽沿圓周交替間隔排列,所述電樞槽內(nèi)設(shè)置有一套電樞繞組,所述電樞繞組通交流電,所述勵(lì)磁槽內(nèi)設(shè)置有一套勵(lì)磁繞組,所述勵(lì)磁繞組通方向不變的直流電流;
[0015]所述定子齒和轉(zhuǎn)子齒之間設(shè)有主氣隙,所述勵(lì)磁繞組所在槽內(nèi)上方的定子槽軛部沿徑向斷開,設(shè)有附加氣隙,通過電樞電流磁場(chǎng)、勵(lì)磁電流磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用使得定子齒上的磁通改變,利用定子和轉(zhuǎn)子間磁阻變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
[0016]永磁體不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置,使得安裝方便,有利于散熱,消除了普通單相永磁電機(jī)由于永磁體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力損壞和永磁體散熱不良等缺點(diǎn)。
[0017]進(jìn)一步的,所述永磁體為平行充磁或者徑向充磁,每塊永磁體由一整塊永磁體充磁而成或者由多塊永磁體拼接而成,所述永磁體的極弧寬度可以相同,也可以不同。
[0018]所述定子齒的個(gè)數(shù)為大于等于4的偶數(shù)。
[0019]所述轉(zhuǎn)子齒的個(gè)數(shù)為定子齒個(gè)數(shù)的1/2。
[0020]所述永磁體的塊數(shù)個(gè)數(shù)為轉(zhuǎn)子齒的m倍,m為大于等于I的自然數(shù)。
[0021]所述勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通經(jīng)過附加氣隙、定子齒、主氣隙和轉(zhuǎn)子齒形成閉合回路,勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通不經(jīng)過永磁體,與永磁體產(chǎn)生的磁通形成并聯(lián)關(guān)系,減小了勵(lì)磁磁通對(duì)應(yīng)回路的磁阻,同樣勵(lì)磁電流可產(chǎn)生較大的勵(lì)磁磁通,不僅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁體由于勵(lì)磁磁通穿過永磁體引起永磁體反向磁化而產(chǎn)生的磁性能下降等不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn),增強(qiáng)了電機(jī)的可靠性。
[0022]所述永磁體與定子背軛鐵芯和定子槽軛鐵芯均緊密接觸。
[0023]所述附加氣隙可以為各處寬度相同的均勻氣隙,也可以為各處寬度不同的非均勻氣隙,可以改變附加氣隙的寬度或者采用上下不等寬氣隙結(jié)構(gòu)得到不同的增磁和弱磁特性,以此滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。
[0024]所述勵(lì)磁繞組從一個(gè)勵(lì)磁槽穿入,然后向外徑方向沿定子背軛外側(cè)穿出,形成一個(gè)線