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CN104638792B - 一种混合励磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种混合励磁电机，包括定子和设置于所述定子内的转子，所述转子包括构成该转子主支撑部的转子架、以及设置于所述转子架上的磁钢和励磁绕组，所述转子架沿横截面圆周均匀设置有若干电机极，相邻所述电机极之间设置有由永磁体构成的第一磁钢，所述电机极内设置有由永磁体构成的第二磁钢和所述励磁绕组；所述第一磁钢和所述第二磁钢靠近所述转子圆周的一端的磁极相同，所述第一磁钢的体积大于所述第二磁钢。本发明具备较大的调速范围和较少的稀土使用量，成本低。

Description

一种混合励磁电机
技术领域
本发明涉及一种励磁电机，尤其涉及一种由磁钢和励磁绕组构成的混合的励磁电机。
背景技术
合动力车辆的发动机系统，要求电机能够提供较大的输出扭矩同时能够在较高的转速工作，恒功率调速范围最好超过6倍，而目前广泛采用的永磁同步电机恒功率调速范围往往不大于3倍，采用其他方案则效果更差。因此急需要提出一种能够兼顾大扭矩和宽转速范围工作的方案。
公开号CN101621235的专利公开了一种电机，可以克服现有电机永磁体价格昂贵、铜损高的问题，但该电机仍无法获得较大的调速范围。
发明内容
本发明为解决现有技术问题，提供一种调速范围大，同时成本更低、使用稀土更少的电机。
本发明的技术方案是：一种混合励磁电机，包括定子和设置于所述定子内的转子，所述转子包括构成该转子主支撑部的转子架、以及设置于所述转子架上的磁钢和励磁绕组，所述转子架沿横截面圆周均匀设置有若干电机极，相邻所述电机极之间设置有由永磁体构成的第一磁钢，所述电机极内设置有由永磁体构成的第二磁钢和所述励磁绕组；所述第一磁钢和所述第二磁钢靠近所述转子圆周的一端的磁极相同，所述第一磁钢的体积大于所述第二磁钢。
作为优选，所述转子架上靠近边缘处位于相邻所述电机极之间设置有第一磁槽，所述第一磁槽长度大致沿所述转子架截面圆周分布，所述第一磁钢设置于所述第一磁槽内；所述第一磁槽包括两个半部，该两个半部相互连通且相对于相邻所述电机极中间的半径镜向分布，该两个半部均包含用于承载所述第一磁钢的承载腔，两个半部的两个所述承载腔外侧表面均向内偏转，以使得位于两个所述承载腔内的两块所述第一磁钢的磁线呈汇聚形式。
作为优选，所述励磁绕组设置于位于所述第二磁钢两侧且相对所述第二磁钢镜向设置的励磁腔内；所述励磁绕组的轴线与所述第二磁钢的磁力线相平行。
作为优选，所述转子架的边缘位于相邻所述电机极之间沿长度方向设置有第一磁槽，所述第一磁钢设置于所述第一磁槽内。
作为优选，所述第一磁钢设置于相邻所述第二磁钢的中间。
作为优选，所述第一磁钢的横截面为梯形，所述第一磁槽横截面为燕尾形。
作为优选，所述励磁绕组设置于位于所述第二磁钢两侧且相对所述第二磁钢镜向设置的励磁腔内；所述励磁绕组的轴线与所述第二磁钢的磁力线相平行。
作为优选，所述励磁绕组设置于位于所述第二磁钢两侧且相对所述第二磁钢镜向设置的励磁腔内；所述励磁绕组的轴线与所述第二磁钢的磁力线相平行。
作为优选，所述励磁腔为设置于所述第二磁钢两侧且垂直于所述第二磁钢所在弦的开于所述转子外表面的槽状腔体，所述励磁腔开口位于所述转子外表面。
作为优选，所述励磁腔的开口两侧开有阻挡槽，所述阻挡槽内设置有用于防止所述励磁绕组脱离所述转子的由绝缘材料制成的阻挡件。
本电机的结构中，第一磁钢和第二磁钢、励磁绕组采用磁场并联方式，具备较强的电混合励磁能力，相比于串联方式，不受极片限制。本电机的磁场一半由第一磁钢产生，另一半由励磁绕组和第二磁钢产生。
本电机的磁钢和励磁绕组仅放置在在N极或S极的单个磁极上，第一磁钢和第二磁钢均径向布置，励磁绕组的数量仅为极对数的一半，结构更简单、制造工艺性更好，同时两组磁钢均承担不同作用，可大大减小稀土永磁体的使用，效率更高、成本更低。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、具备较大的调速范围；
2、较少的稀土使用量，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明电机不通电时转子磁力线示意图；
图3为本发明电机正向通电时转子磁力线示意图；
图4为本发明电机反向通电时转子磁力线示意图；
图5为本发明实施例二结构示意图。
图中，1、定子，11、电枢架，12、电枢绕组，2、转子，21、第一磁钢，22、第二磁钢，23、励磁绕组，24、去重孔，25、转子架。
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
一种混合励磁电机，包括定子1和设置于定子1内的转子2，转子2包括构成该转子2主支撑部的转子架25、以及设置于转子架25上的磁钢和励磁绕组23，转子架25沿横截面圆周均匀设置有若干电机极，相邻电机极之间设置有由永磁体构成的第一磁钢21，电机极内设置有由永磁体构成的第二磁钢22和励磁绕组23；第一磁钢21和第二磁钢22靠近转子2圆周的一端的磁极相同。
转子架25上靠近边缘处位于相邻电机极之间设置有第一磁槽，第一磁槽长度大致沿转子架25截面圆周分布，第一磁钢21设置于第一磁槽内；第一磁槽包括两个半部，该两个半部相互连通且相对于相邻电机极中间的半径镜向分布，该两个半部均包含用于承载第一磁钢21的承载腔，两个半部的两个承载腔外侧表面均向内偏转，以使得位于两个承载腔内的两块第一磁钢21的磁线呈汇聚形式。
励磁绕组23设置于位于第二磁钢22两侧且相对第二磁钢22镜向设置的励磁腔内；励磁绕组23的轴线与第二磁钢22的磁力线相平行。励磁腔为设置于第二磁钢22两侧且垂直于第二磁钢22所在弦的开于转子2外表面的槽状腔体，励磁腔开口位于转子2外表面。励磁腔的开口两侧开有阻挡槽，阻挡槽内设置有用于防止励磁绕组23脱离转子2的由绝缘材料制成的阻挡件。
本电机结构内，第一磁钢21的体积大于第二磁钢22，且第一磁钢21和第二磁钢22的数量相等，均为电机极对数的一半；同时励磁绕组23绕于第二磁钢22外圈，其数量也为电机极对数的一半。转子2的转子架25上开有若干去重孔24，用于在保证转子2结构强度的基础上尽可能降低重量，以减小转子2的自转惯性，增加电机转动扭矩。励磁腔开口处通过阻挡槽和阻挡件来保证励磁绕组23的固定，避免了转子2在高速旋转时绕组从转子2上脱落，阻挡件可为绝缘板，励磁绕组23还可通过绑扎于去重孔24进一步提升固定强度。
本电机的定子1由电枢架11和绕于电枢架11上的电枢绕组12构成，电枢绕组12可以为集中绕组方式，也可以为分布绕组方式。
当励磁绕组23不通电时，电机的激磁由第一磁钢21产生，第一磁钢21直接对气隙产生单极性，即N极或S极，第一磁钢21两侧的转子2的凸齿将第一磁钢21反向极性导入气隙对定子1产生激磁。第二磁钢22的极性和第一磁钢21相同，第二磁钢22所在转子2的凸齿没有将第一磁钢21的反向极导向气隙，此时该第二磁钢22所在转子2的凸齿对定子1的极性和第一磁钢21相同，但第二磁钢22的磁力线主要通过所在磁形成漏磁磁路，激磁磁密很低。因此转子2无励磁电流时，转子2外圆呈N、S极交替分布，但主要磁通有第一磁钢21产生，即：电枢总磁链等于第一磁钢21激磁磁链。
当励磁绕组23内通入正向电流工作时，所谓正向电流即励磁绕组23产生和第二磁钢22相同极性，第一磁钢21直接对气隙产生单极性，即N极或S极，励磁绕组23和第二磁钢22一起对电机定子1产生和第一磁钢21相同极性的激磁，即磁力线同时通过励磁绕组23和第二磁钢22，且第二磁钢22不再在所在转子2的凸齿内形成漏磁。第一磁钢21两侧的转子2凸齿将第一磁钢21和励磁绕组23共同的反向极性导入气隙对定子1激磁，此时，电枢总磁链=第一磁钢21激磁磁链+励磁绕组23极磁链，励磁绕组23对电机起到明显增磁，减少稀土使用量的效果，实现电机低速大扭矩功能，当电机作为发电机运行时可以使电机在相同转速下发出更高电压。
当励磁绕组23内通入反向电流工作时，所谓反向电流即励磁绕组23产生和第二磁钢22相反极性，第一磁钢21直接对气隙产生单极性，即N极或S极，第二磁钢22的磁力线全部通过所在齿内部形成漏磁，励磁绕组23产生的磁力线不通过第二磁钢22，并通过紧贴第二磁钢22两侧的导磁体对气隙产生反极性激磁。第一磁钢21两侧的转子2上的凸齿对气隙的励磁能力相对无励磁电流时下降。此时有：电枢总磁链=第一磁钢21激磁磁链-励磁绕组23极磁链，励磁绕组23对电机起到了弱磁效果，为电机高速小扭矩工作创造条件，当电机作发电机运行时可以实现相同转速下以低电压输出。
实施例二：
一种混合励磁电机，包括定子1和设置于定子1内的转子2，转子2包括构成该转子2主支撑部的转子架25、以及设置于转子架25上的磁钢和励磁绕组23，转子架25沿横截面圆周均匀设置有若干电机极，相邻电机极之间设置有由永磁体构成的第一磁钢21，电机极内设置有由永磁体构成的第二磁钢22和励磁绕组23；第一磁钢21和第二磁钢22靠近转子2圆周的一端的磁极相同。
转子架25的边缘位于相邻电机极之间沿长度方向设置有第一磁槽，第一磁钢21设置于第一磁槽内，且位于相邻第二磁钢22的中间。第一磁钢21的横截面为梯形，第一磁槽横截面为燕尾形。励磁绕组23设置于位于第二磁钢22两侧且相对第二磁钢22镜向设置的励磁腔内；励磁绕组23的轴线与第二磁钢22的磁力线相平行。

Claims (3)

1.一种混合励磁电机，包括定子（1）和设置于所述定子（1）内的转子（2），所述转子（2）包括构成该转子（2）主支撑部的转子架（25）、以及设置于所述转子架（25）上的磁钢和励磁绕组（23），其特征在于：所述磁钢包括第一磁钢（21）和第二磁钢（22），所述转子架（25）沿横截面圆周均匀设置有若干电机极，相邻所述电机极之间设置有由永磁体构成的第一磁钢（21），所述电机极内设置有由永磁体构成的第二磁钢（22）和所述励磁绕组（23）；所述第一磁钢（21）和所述第二磁钢（22）靠近所述转子（2）圆周的一端的磁极相同，所述第一磁钢（21）的体积大于所述第二磁钢（22）；所述转子架（25）上靠近边缘处位于相邻所述电机极之间设置有第一磁槽，所述第一磁槽长度大致沿所述转子架（25）截面圆周分布，所述第一磁钢（21）设置于所述第一磁槽内；所述第一磁槽包括两个半部，该两个半部相互连通且相对于相邻所述电机极中间的半径镜向分布，该两个半部均包含用于承载所述第一磁钢（21）的承载腔，两个半部的两个所述承载腔外侧表面均向内偏转，以使得位于两个所述承载腔内的两块所述第一磁钢（21）的磁线呈汇聚形式；所述第一磁钢（21）设置于相邻所述第二磁钢（22）的中间；所述励磁绕组（23）设置于位于所述第二磁钢（22）两侧且相对所述第二磁钢（22）镜向设置的励磁腔内；所述励磁绕组（23）的轴线与所述第二磁钢（22）的磁力线相平行。
2.根据权利要求1所述混合励磁电机，其特征在于：所述励磁腔为设置于所述第二磁钢（22）两侧且垂直于所述第二磁钢（22）所在弦的开于所述转子（2）外表面的槽状腔体，所述励磁腔开口位于所述转子（2）外表面。
3.根据权利要求2所述混合励磁电机，其特征在于：所述励磁腔的开口两侧开有阻挡槽，所述阻挡槽内设置有用于防止所述励磁绕组（23）脱离所述转子（2）的由绝缘材料制成的阻挡件。
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