CN111969822B - 混合励磁多相磁阻电机及发电系统 - Google Patents

Abstract

混合励磁多相磁阻电机及发电系统，属于电机领域。本发明解决了现有的混合励磁磁阻电机磁场调节范围窄的问题。通过采用电流与永磁体共同励磁的混合励磁电磁结构，既实现了气隙磁场可调，又降低了励磁损耗；励磁绕组和电枢绕组均在定子上，转子上没有电刷和滑环，系统的可靠性高，维护方便，并通过改变励磁绕组和电枢绕组的缠绕方式及永磁分布方式对电机结构进行变化。本发明适用于飞机、舰船、机车电源以及风能、太阳能、海洋波浪能等新能源发电、飞轮储能、电动车驱动等领域。

Description

混合励磁多相磁阻电机及发电系统

技术领域

本发明涉及一种混合励磁多相磁阻电机系统，属于电机领域。

背景技术

混合励磁电机的气隙磁密由永磁体和电励磁绕组共同产生，而转速(或电压)调节所需的磁场变化部分靠辅助的电励磁绕组来实现。当电励磁磁场方向与永磁磁场方向相同时，气隙磁场增强；当电励磁磁场与永磁磁场方向相反，气隙磁场减弱。所以，通过调节电励磁绕组电流的大小和方向，不仅能实现电机磁场弱磁控制，还可以进行增磁控制。混合励磁电机不仅继承了永磁电机效率高、转矩/质量比大等诸多特点，而且电机气隙磁场平滑可调，电动运行时，具有起动转矩大、调速范围广的优点；发电运行时，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。混合励磁电机的磁场调节手段简单、直接，实现了对电机气隙磁场独立调节与控制。因此，具有广阔的应用前景。

图11为一台三相12/8极混合励磁双凸极磁阻电机的截面图，定、转子呈双凸极结构，转子上无绕组、无永磁体，定子采用集中式绕组，空间相对齿上的线圈两两相连，两组线圈串连或并联形成三相电枢绕组。定子轭部嵌入四块采用高性能永磁材料切向冲磁的永磁体，形成电机气隙主磁场；与永磁体相邻的定子槽内放置电励磁绕组。为提高电励磁的效率，实现较小的电励磁获得较大的磁场调节能力，电机结构中在永磁体与电励磁绕组之间留有一定尺寸的铁心导磁桥。利用永磁体漏磁，使导磁桥工作在相对饱和状态，通过饱和导磁桥尺寸的合理选择，为电励磁绕组提供额外的并联磁分路，达到用较小的直流励磁磁势获得较大气隙磁通调节范围的目的。

但该电机存在如下缺点：永磁体提供的磁通量少，串联磁路混合励磁的磁路磁导小，励磁电流大，磁场调节范围窄；定子铁心沿圆周分瓣，定子结构强度差。

发明内容

本发明是为了解决现有的混合励磁磁阻电机磁场调节范围窄的问题，本发明提供了如混合励磁多相磁阻电机及发电系统。以下为本发明提供的9种混合励磁多相磁阻电机的具体结构和一套发电系统的具体结构来解决以上问题。

第一种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；定子铁心的气隙侧共形成4Pmk个齿，且4Pmk个齿由2Pmk个长齿和2Pmk个短齿构成，长齿和短齿交替分布；其中，P为电机的极对数，k为正整数；

每个长齿的齿根处都绕有一个励磁线圈，相邻的mk个长齿上的励磁线圈的绕向相同，且该相邻的mk个长齿上的励磁线圈依次首尾串联在一起，构成1个励磁线圈组，相邻的两个励磁线圈组中励磁线圈的绕向相反，所有的励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈组的个数为2P；

长齿与短齿之间的槽内嵌有永磁体，永磁体切向充磁，每个长齿左、右两侧的永磁体的充磁方向相反；

每个励磁线圈组所绕长齿两侧槽口处永磁体的充磁方式相同；

相邻两个励磁线圈组所绕长齿两侧槽口处永磁体的充磁方式相反；

m相对称的电枢绕组嵌放在所有相邻的两个长齿之间的槽内。

优选的是，永磁体为长条形。

第二种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子铁心的气隙侧共形成2Pmk个齿，每个齿上都绕有一个励磁线圈，每相邻的mk个齿上励磁线圈的绕向相同，且该相邻的mk个齿上的励磁线圈依次首尾串联在一起，构成一个励磁线圈组，相邻两个励磁线圈组中励磁线圈的绕向相反，所有的励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈组的个数为2P，P为电机定子磁场的极对数，k为正整数；

m相对称的电枢绕组嵌放在定子铁心气隙侧所形成的槽内；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同；

每1个励磁线圈组所绕的mk个齿上永磁体的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈组所绕齿上永磁体的充磁方向相反。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

第三种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

其特征在于，转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子铁心的气隙侧共形成2Pmk个齿，在每相邻的mk个齿上绕有一个励磁线圈，相邻的两个励磁线圈的绕向相反，所有的励磁线圈串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈的个数为2P，P为电机定子磁场的极对数，k为正整数；

m相对称的电枢绕组嵌放在定子铁心气隙侧所形成的槽内；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同；

每一个励磁线圈所绕的mk个齿上的永磁体的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈所绕齿上的永磁体的充磁方向相反。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

第四种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心的气隙侧共形成2mk个齿，其中k为正整数；

在定子铁心上形成的2mk个齿中，沿圆周方向，依次每相邻的两个齿划分为一组，共形成mk组齿，每组齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；

在定子铁心的每个齿上还绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组；

在定子铁心的每个齿气隙面沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同；

同一个电枢线圈所包围的两个齿上的永磁体充磁方向相反，

相邻电枢线圈所包围的相邻齿上的永磁体充磁方向相同。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

优选的是，与粘固有永磁体的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。

第五种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心的气隙侧共形成2mk个齿，其中k为正整数；

以相邻的四个齿为一组，将2mk个齿划分成mk/2组，每组中：前两个齿共同绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组，后两个齿各绕有一个励磁线圈，且两个励磁线圈的绕向相反，所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组；

同一电枢线圈所包围的两个齿的气隙面均沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，且每个绕有电枢线圈的齿上粘固的j个永磁体充磁方向相同，均为径向充磁或平行充磁，j为正整数；

同一个电枢线圈所包围的两个齿上的永磁体充磁方向相反；

相邻电枢线圈所包围的相邻齿上的永磁体充磁方向相同。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

优选的是，与粘固有永磁体的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。

第六种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；定子铁心的气隙侧共形成3km个齿，其中，k为正整数；

在定子铁心上所形成的3km个齿中，沿圆周方向，依次每相邻的三个齿划分为一组，共形成mk组齿，其中，每组齿中前两个齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；

同一电枢线圈所包围的两个齿的气隙面均沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，且每个绕有电枢线圈的齿上粘固的j个永磁体充磁方向相同，均为径向充磁或平行充磁，j为正整数；

同一个电枢线圈所包围的两个齿上永磁体的充磁方向相反；

相邻电枢线圈所包围的相邻齿上永磁体的充磁方向相同；

没有永磁体的每个齿上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕向相反，所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

优选的是，与粘固有永磁体的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。

第七种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心的气隙侧共形成2km个齿，沿圆周方向，每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；其中，k为正整数；

每个绕有电枢线圈的齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个绕有电枢线圈的齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同，相邻绕有电枢线圈的齿上永磁体的充磁方向相同；

没有永磁体的每个齿上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕向相反，所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

第八种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

其特征在于，转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心的气隙侧共形成2km个齿，沿圆周方向，每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；其中，k为正整数；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同，相邻齿上永磁体的充磁方向相反；

没有绕电枢线圈的每个齿上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕向相反，所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

第九种结构：

混合励磁多相磁阻电机，包括定子和转子，二者同轴、且存在气隙，转子位于定子内；

其特征在于，转子由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子由定子铁心、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心的气隙侧共形成2km个齿，其中，k为正整数；

在定子铁心的每个齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；

在定子铁心的每个齿上还绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体，永磁体径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个齿上粘固的j块永磁体充磁方向相同，相邻齿上永磁体的充磁方向相反。

优选的是，永磁体为瓦片形或平板形。

采用任意一种所述混合励磁多相磁阻电机实现的发电系统，该系统还包括功率变换器和直流励磁电源；

通过原动机惯性飞轮带动磁阻电机的转子转动；

直流励磁电源用于给磁阻电机的励磁绕组供电，从而调节磁阻电机的定子与转子间的气隙磁场，磁阻电机的转子转动时，气隙磁场的磁力线与磁阻电机的电枢绕组交链的磁通量发生改变，电枢绕组上产生反电动势，电枢绕组产生的反电动势通过功率变换器进行功率转化，转化后电能给脉冲负载供电。

本发明带来的有益效果是，本发明涉及一种混合励磁多相磁阻电机系统，通过采用电流与永磁体共同励磁的混合励磁电磁结构，既实现了气隙磁场可调，又降低了励磁损耗；转子结构简单、强度高，适合高速运行，电机的体积小、重量轻；励磁绕组和电枢绕组均在定子上，转子上没有电刷和滑环，系统的可靠性高，成本低，维护方便；电励磁磁通路径中无附加气隙，励磁功率小、系统效率高；气隙磁场调节简单、调节范围大。

本发明所述的混合励磁多相磁阻电机既可以作为电动机，又可以作为发电机，当作为电动机运行，具有起动转矩大、恒功率调速范围广的优点；当作为发电机运行，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。

由于本发明的混合励磁多相磁阻电机系统具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、气隙磁场可调等特点，在飞机、舰船、机车电源以及风能、太阳能、海洋波浪能等新能源发电、飞轮储能、电动车驱动等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图2为实施例2所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图3和图4均为实施例3所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图5为实施例4所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图6为实施例5所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图7为实施例6所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图8为实施例7所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图9为实施例8所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图10为实施例9所述的混合励磁多相磁阻电机的截面图；

图11为现有技术中一台三相12/8极混合励磁双凸极磁阻电机的截面图；附图标记3为磁桥；

图12为实施例11所述的采用所述混合励磁多相磁阻电机实现的发电机系统的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

针对本发明提供了混合励磁多相磁阻电机的九种不同的结构，具体参见实施例1至9。

实施例1：

参见图1说明本实施例1，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组1-2、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；定子铁心1-1的气隙侧共形成4Pmk个齿，且4Pmk个齿由2Pmk个长齿1-1-1和2Pmk个短齿1-1-2构成，长齿1-1-1和短齿1-1-2交替分布；其中，P为电机的极对数，k为正整数；

每个长齿1-1-1的齿根处都绕有一个励磁线圈1-3，相邻的mk个长齿1-1-1上的励磁线圈1-3的绕向相同，且该相邻的mk个长齿1-1-1上的励磁线圈1-3依次首尾串联在一起，构成1个励磁线圈组，相邻的两个励磁线圈组中励磁线圈1-3的绕向相反，所有的励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈组的个数为2P；

长齿1-1-1与短齿1-1-2之间的槽内嵌有永磁体1-4，永磁体1-4切向充磁，每个长齿1-1-1左、右两侧的永磁体1-4的充磁方向相反；每个励磁线圈组所绕长齿1-1-1两侧槽口处永磁体1-4的充磁方式相同；相邻两个励磁线圈组所绕长齿1-1-1两侧槽口处永磁体1-4的充磁方式相反；

m相对称的电枢绕组1-2嵌放在所有相邻的两个长齿1-1-1之间的槽内。

本实施例1的永磁体1-4嵌放在长齿1-1-1与短齿1-1-2之间的槽内，且每个长齿1-1-1单独励磁，这种结构是并联磁路，励磁效率高，永磁体不会出现退磁的风险。

本实施例1的这种结构可以有效对气隙磁场进行调节，具有很好的弱磁能力，且是分布绕组的结构，可以实现高速运行。

图1中，以m的取值为3，P取值为4，k的取值为1，进行说明，长齿1-1-1总个数为24个，每相邻的6个长齿1-1-1上的励磁线圈依次首尾串联在一起，构成1个励磁线圈组，相邻两个励磁线圈组的励磁线圈的绕向相反，整个定子的4个励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组。三相对称电枢绕组嵌放长齿1-1-1之间在深槽中。在长齿1-1-1和短齿1-1-2之间的槽口处嵌放有永磁体1-4，永磁体1-4切向充磁，每个长齿1-1-1相邻两槽口处永磁体的充磁方向相反，6个长齿1-1-1对应槽口处永磁体1-4的充磁方向相同；相邻两极励磁线圈组所绕长齿1-1-1对应槽口处永磁体的充磁方向相反。

参见图1说明本优选实施方式，实施例1的优选方式为，永磁体1-4为长条形。

实施例2：

参见图1说明本实施例2，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组1-2、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子铁心1-1的气隙侧共形成2Pmk个齿，每个齿上都绕有一个励磁线圈1-3，每相邻的mk个齿上励磁线圈1-3的绕向相同，且该相邻的mk个齿上的励磁线圈1-3依次首尾串联在一起，构成一个励磁线圈组，相邻两个励磁线圈组中励磁线圈1-3的绕向相反，所有的励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈组的个数为2P，P为电机定子磁场的极对数，k为正整数；

m相对称的电枢绕组1-2嵌放在定子铁心1-1气隙侧所形成的槽内；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同；

每1个励磁线圈组所绕的mk个齿上永磁体1-4的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈组所绕齿上永磁体1-4的充磁方向相反。

本实施例2的永磁体1-4设置在齿顶，每个齿进行单独励磁，m相对称的电枢绕组可集中式或分布式排布在定子铁心1-1气隙侧所形成的槽内，这种结构与传统的永磁体嵌在定子齿上的结构相比，电机的机械强度提高，且永磁体的设计上更加灵活多样，定子齿上可以留有磁桥的结构，保证电励磁磁路的磁阻较小，其中每个齿上相邻的永磁体之间的部位为磁桥。

本实施例2的这种结构通过改变励磁电流的大小就可以实现磁场调节，且磁场的范围由励磁电流密度决定，并且由于有磁桥的结构，所以电励磁的效率高，在相同调磁范围的情况下，这种结构所需要的电流密度更小。

图2中，定子铁心1-1上共形成24个齿，m的取值为3，P取值为4，k的取值为1，在每个定子铁心1-1齿上都绕有一个励磁线圈，每相邻6个齿上励磁线圈的绕向相同，该6个齿上的励磁线圈依次首尾串联在一起，构成1个励磁线圈组，相邻两极励磁线圈组励磁线圈的绕向相反，整个定子的4个励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组。三相对称电枢绕组嵌放在电枢铁心槽中。每一个齿表面上粘固有充磁方向相同的2块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁，每1个励磁线圈组所绕的6个齿上永磁体1-4的充磁方向相同，相邻两极励磁线圈组所绕齿上永磁体1-4的充磁方向相反。

参见图2说明本优选实施方式，实施例2的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

实施例3：

参见图3和图4说明本实施例3，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组1-2、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子铁心1-1的气隙侧共形成2Pmk个齿，在每相邻的mk个齿上绕有一个励磁线圈1-3，相邻的两个励磁线圈1-3的绕向相反，所有的励磁线圈1-3串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈1-3的个数为2P，P为电机定子磁场的极对数，k为正整数；

m相对称的电枢绕组1-2嵌放在定子铁心1-1气隙侧所形成的槽内；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同；

每一个励磁线圈1-3所绕的mk个齿上的永磁体1-4的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈1-3所绕齿上的永磁体1-4的充磁方向相反。

本实施例3的永磁体1-4设置在齿顶，每一个励磁线圈所绕的mk个齿进行集中励磁，m相对称的电枢绕组可集中式或分布式排布在定子铁心1-1气隙侧所形成的槽内，图3和4中每一个励磁线圈所绕的三个齿上的磁场方向相同，可以设计磁桥的结构，减小电励磁回路磁阻。

图3和4中这种结构通过调节一个电励磁电流的大小，可以调节每一个励磁线圈所绕的三个齿上的磁场，从而改变气隙礠密。

图3中，定子铁心1-1上共形成12个齿，m的取值为3，P取值为2，k的取值为1，在每相邻3个齿上绕有一个励磁线圈，构成1个励磁线圈，相邻两个励磁线圈的绕向相反，整个定子的4个励磁线圈串联在一起构成励磁绕组。三相对称电枢绕组嵌放在电枢铁心槽中，电枢绕组为非重叠绕组。每一个齿表面上粘固有充磁方向相同的2块永磁体1-4；每1个励磁线圈所绕的3个齿上永磁体1-4的充磁方向相同，相邻两极励磁线圈所绕齿上永磁体1-4的充磁方向相反。

图4中，定子铁心1-1上共形成24个齿，m的取值为3，P取值为4，k的取值为1，在每相邻3个齿上绕有一个励磁线圈，构成1个励磁线圈，相邻两个励磁线圈的绕向相反，整个定子的8个励磁线圈串联在一起构成励磁绕组。三相对称电枢绕组嵌放在电枢铁心槽中。每一个齿表面上粘固有充磁方向相同的2块永磁体1-4永磁体1-4径向充磁，每1个励磁线圈所绕的3个齿上永磁体1-4的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈所绕齿上永磁体1-4的充磁方向相反。

参见图3和4说明本优选实施方式，实施例3的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

实施例4：

参见图5说明本实施例4，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心1-1的气隙侧共形成2mk个齿，其中k为正整数；

在定子铁心1-1上形成的2mk个齿中，沿圆周方向，依次每相邻的两个齿划分为一组，共形成mk组齿，每组齿上绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组；

在定子铁心1-1的每个齿上还绕有一个励磁线圈1-3，相邻齿上励磁线圈1-3的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组；

在定子铁心1-1的每个齿气隙面沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同；

同一个电枢线圈1-2所包围的两个齿上的永磁体1-4充磁方向相反，

相邻电枢线圈1-2所包围的相邻齿上的永磁体1-4充磁方向相同。

本实施例4的永磁体1-4设置在齿顶，每一个齿进行单独励磁，这种结构是磁通反向电机。

本实施例4的这种结构是磁通反向电机结构，可以对每个齿上的磁场进行调节，从而改变气隙磁场强度。

图5中，定子铁心1-1上共形成24个齿，m的取值为3，k的取值为4，在定子铁心1-1的第1个和第2个齿上绕有一个电枢线圈，第3个和第4个齿上绕有一个电枢线圈，以此类推，所有电枢线圈联结成三相对称的电枢绕组。每一个齿表面上粘固有充磁方向相同的2块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁；同一个线圈所包围的两个齿上永磁体1-4的充磁方向相反，相邻线圈所包围的相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相同。在定子铁心1-11-1每个齿上还绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图5说明本优选实施方式，实施例4的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

参见图5说明本优选实施方式，实施例4的优选方式为，粘固有永磁体1-4的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。隔磁板由高电导率材料构成，如铜、铝等。放置隔磁板可以减小槽间漏磁，提高气隙礠密。

实施例5：

参见图6说明本实施例5，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心1-1的气隙侧共形成2mk个齿，其中k为正整数；

以相邻的四个齿为一组，将2mk个齿划分成mk/2组，每组中：前两个齿共同绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组，后两个齿各绕有一个励磁线圈1-3，且两个励磁线圈1-3的绕向相反，所有励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组；

同一电枢线圈1-2所包围的两个齿的气隙面均沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，且每个绕有电枢线圈1-2的齿上粘固的j个永磁体1-4充磁方向相同，均为径向充磁或平行充磁，j为正整数；

同一个电枢线圈1-2所包围的两个齿上的永磁体1-4充磁方向相反；

相邻电枢线圈1-2所包围的相邻齿上的永磁体1-4充磁方向相同。

本实施例5的永磁体1-4设置在电枢线圈所包围的齿顶，没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈，这种结构可以减少永磁体用量，且电励磁磁阻小。

本实施例5的这种结构由于励磁绕组所在的齿上没有永磁体，在励磁时磁阻小，效率很高。

图6中，定子铁心1-1上共形成40个齿，m的取值为5，k的取值为4，在定子铁心1-1的第1个和第2个齿上绕有一个电枢线圈，第5个和第6个齿上绕有一个电枢线圈，以此类推，所有电枢线圈联结成五相对称电枢绕组。永磁体1-4粘贴在电枢线圈所包围的齿表面上的浅槽中，每一个齿表面上粘贴固定有充磁方向相同的2块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁，同一个电枢线圈所包围的两个齿上永磁体1-4的充磁方向相反。在定子铁心1-1没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，把所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图6说明本优选实施方式，实施例5的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

参见图6说明本优选实施方式，实施例5的优选方式为，粘固有永磁体1-4的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。隔磁板由高电导率材料构成，如铜、铝等。放置隔磁板可以减小槽间漏磁，提高气隙礠密。

实施例6：

参见图7说明本实施例6，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；定子铁心1-1的气隙侧共形成3km个齿，其中，k为正整数；

在定子铁心1-1上所形成的3km个齿中，沿圆周方向，依次每相邻的三个齿划分为一组，共形成mk组齿，其中，每组齿中前两个齿上绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组；

同一电枢线圈1-2所包围的两个齿的气隙面均沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，且每个绕有电枢线圈1-2的齿上粘固的j个永磁体1-4充磁方向相同，均为径向充磁或平行充磁，j为正整数；

同一个电枢线圈1-2所包围的两个齿上永磁体1-4的充磁方向相反；

相邻电枢线圈1-2所包围的相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相同；

没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈1-3，相邻励磁线圈1-3的绕向相反，所有励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组。

本实施例6的永磁体1-4设置在电枢线圈所包围的齿顶，没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈，改变励磁电流的大小就可以实现磁场调节，且磁场的范围由励磁电流密度决定，其中每个齿上相邻的永磁体之间的部位为磁桥并且由于有磁桥的结构，所以电励磁的效率高，在相同调磁范围的情况下，这种结构所需要的电流密度更小。

图7中，定子铁心1-1上共形成18齿，m的取值为3，k的取值为2；沿圆周方向，在定子铁心1-1的第1个和第2个齿上绕有一个电枢线圈，第4个和第5个齿上绕有一个电枢线圈，以此类推，所有电枢线圈联结成三相对称绕组。永磁体1-4粘贴在电枢线圈所包围的齿表面上的浅槽中，每一个齿表面上粘贴固定有充磁方向相同的2块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，同一个电枢线圈所包围的两个齿上永磁体1-4的充磁方向相反，两个相邻线圈所包围的相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相同。在定子铁心1-1没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图7说明本优选实施方式，实施例6的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

参见图7说明本优选实施方式，实施例6的优选方式为，粘固有永磁体1-4的齿邻近的每个槽内均嵌放一块隔磁板。隔磁板由高电导率材料构成，如铜、铝等。放置隔磁板可以减小槽间漏磁，提高气隙礠密。

实施例7：

参见图8说明本实施例7，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心1-1的气隙侧共形成2km个齿，沿圆周方向，每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组；其中，k为正整数；

每个绕有电枢线圈1-2的齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个绕有电枢线圈1-2的齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同，相邻绕有电枢线圈1-2的齿上永磁体1-4的充磁方向相同；

没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈1-3，相邻励磁线圈1-3的绕向相反，所有励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组。

本实施例7的永磁体1-4设置在电枢线圈所包围的齿顶，没有永磁体1-4的每个齿上绕有一个励磁线圈，改变励磁电流的大小就可以实现磁场调节，且磁场的范围由励磁电流密度决定，其中每个齿上相邻的永磁体之间的部位为磁桥并且由于有磁桥的结构，所以电励磁的效率高，在相同调磁范围的情况下，这种结构所需要的电流密度更小。

图8中，定子铁心1-1上共形成12齿，m的取值为3，k的取值为2；在定子铁心1-1的每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成三相对称绕组。永磁体1-4粘贴固定在定子铁心1-1每个绕有电枢线圈的齿表面上的浅槽中，每一个齿表面上粘贴固定有充磁方向相同的2块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁；相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相同。在定子铁心1-1每个没有永磁体1-4的齿上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕向相反，把所有励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图8说明本优选实施方式，实施例7的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

实施例8：

参见图9说明本实施例8，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心1-1的气隙侧共形成2km个齿，沿圆周方向，每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组；其中，k为正整数；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同，相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相反；

没有绕电枢线圈1-2的每个齿上绕有一个励磁线圈1-3，相邻励磁线圈1-3的绕向相反，所有励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组。

本实施例8的所有齿顶均设有永磁体1-4，每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈，没有绕电枢线圈的每个齿上绕有一个励磁线圈，改变励磁电流的大小就可以实现磁场调节，且磁场的范围由励磁电流密度决定，其中每个齿上相邻的永磁体之间的部位为磁桥并且由于有磁桥的结构，所以电励磁的效率高，在相同调磁范围的情况下，这种结构所需要的电流密度更小。

图9中，定子铁心1-1上共形成12齿，m的取值为3，k的取值为2；在定子铁心1-1的每个奇数或偶数齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成三相对称电枢绕组。永磁体1-4粘贴固定在每个定子铁心齿表面上的浅槽中，每一个齿表面上粘贴固定有充磁方向相同的2块永磁体1-4；永磁体1-4径向充磁，相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相反。在定子铁心没有绕电枢线圈的齿上绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图9说明本优选实施方式，实施例8的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

实施例9：

参见图10说明本实施例9，本实施例所述的混合励磁多相磁阻电机，包括定子1和转子2，二者同轴、且存在气隙，转子2位于定子1内；

转子2由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子1由定子铁心1-1、m相对称的电枢绕组、励磁绕组和永磁体1-4构成；其中，m为电机的相数，m≥3；

定子铁心1-1为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列，定子铁心1-1的气隙侧共形成2km个齿，其中，k为正整数；

在定子铁心1-1的每个齿上绕有一个电枢线圈1-2，所有电枢线圈1-2联结成m相对称的电枢绕组；

在定子铁心1-1的每个齿上还绕有一个励磁线圈1-3，相邻齿上励磁线圈1-3的绕向相反，所有齿上的励磁线圈1-3串联在一起，构成励磁绕组；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体1-4，永磁体1-4径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每个齿上粘固的j块永磁体1-4充磁方向相同，相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相反。

本实施例9的所有齿顶均设有永磁体1-4，在定子铁心1-1的每个齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成m相对称的电枢绕组；在定子铁心1-1的每个齿上还绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组；

改变励磁电流的大小就可以实现磁场调节，且磁场的范围由励磁电流密度决定，其中每个齿上相邻的永磁体之间的部位为磁桥并且由于有磁桥的结构，所以电励磁的效率高，在相同调磁范围的情况下，这种结构所需要的电流密度更小。

图10中，定子铁心1-1上共形成12齿，m的取值为3，k的取值为2；沿圆周方向，在定子铁心1-1的每个齿上绕有一个电枢线圈，所有电枢线圈联结成三相对称电枢绕组。永磁体1-4粘贴固定在每个定子铁心齿表面上的浅槽中，每一个齿表面上粘贴固定有充磁方向相同的2块永磁体1-4；永磁体1-4径向充磁相邻齿上永磁体1-4的充磁方向相反。在定子铁心1-1的每个齿上还绕有一个励磁线圈，相邻齿上励磁线圈的绕向相反，把所有齿上的励磁线圈串联在一起，构成励磁绕组。

参见图10说明本优选实施方式，实施例9的优选方式为，永磁体1-4为瓦片形或平板形。

实施例10：

参见图10说明本实施例9，采用实施例1至9之一所述混合励磁多相磁阻电机实现的发电系统，该系统还包括功率变换器和直流励磁电源；

通过原动机惯性飞轮带动磁阻电机的转子2转动；

直流励磁电源用于给磁阻电机的励磁绕组供电，从而调节磁阻电机的定子1与转子2间的气隙磁场，磁阻电机的转子2转动时，气隙磁场的磁力线与磁阻电机的电枢绕组交链的磁通量发生改变，电枢绕组1-2上产生反电动势，电枢绕组1-2产生的反电动势通过功率变换器进行功率转化，转化后电能给脉冲负载供电。

本实施例10中，通过励磁绕组可以调节永磁体在定子1与转子2之间的气隙处产生的气隙磁场，根据磁路走磁阻最小路径的原理，惯性飞轮带动转子转动时磁阻电机的磁路结构发生变化，磁阻发生变化，与电枢绕组相交链的磁通量发生变化，从而在电枢绕组上产生反电动势。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (3)

1.混合励磁多相磁阻电机，包括定子(1)和转子(2)，二者同轴、且存在气隙，转子(2)位于定子(1)内；

其特征在于，转子(2)由转子铁心构成，在转子铁心的气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子(1)由定子铁心(1-1)、m相对称的电枢绕组(1-2)、励磁绕组和永磁体(1-4)构成；其中，m为电机的相数；

定子铁心(1-1)为圆筒形结构，在其气隙侧沿轴向开槽，形成的齿、槽沿圆周方向依次交替排列；

定子铁心(1-1)的气隙侧共形成2Pmk个齿，每个齿上都绕有一个励磁线圈(1-3)，每相邻的mk个齿上励磁线圈(1-3)的绕向相同，且该相邻的mk个齿上的励磁线圈(1-3)依次首尾串联在一起，构成一个励磁线圈组，相邻两个励磁线圈组中励磁线圈(1-3)的绕向相反，所有的励磁线圈组串联在一起构成励磁绕组，其中，励磁线圈组的个数为2P，P为电机定子磁场的极对数，k为正整数；

m相对称的电枢绕组(1-2)嵌放在定子铁心(1-1)气隙侧所形成的槽内；

每个齿的气隙面上沿轴向开有j个浅槽，每个浅槽中粘固一块永磁体(1-4)，永磁体(1-4)径向充磁或平行充磁，j为正整数；

每一个齿上粘固的j块永磁体(1-4)充磁方向相同；

每1个励磁线圈组所绕的mk个齿上永磁体(1-4)的充磁方向相同，相邻两个励磁线圈组所绕齿上永磁体(1-4)的充磁方向相反。

2.根据权利要求1所述的混合励磁多相磁阻电机，其特征在于，永磁体(1-4)为瓦片形或平板形。

3.采用权利要求1所述混合励磁多相磁阻电机实现的发电系统，其特征在于，该系统还包括功率变换器和直流励磁电源；

通过原动机惯性飞轮带动磁阻电机的转子(2)转动；

直流励磁电源用于给磁阻电机的励磁绕组供电，从而调节磁阻电机的定子(1)与转子(2)间的气隙磁场，磁阻电机的转子(2)转动时，气隙磁场的磁力线与磁阻电机的电枢绕组交链的磁通量发生改变，电枢绕组(1-2)上产生反电动势，电枢绕组(1-2)产生的反电动势通过功率变换器进行功率转化，转化后电能给脉冲负载供电。

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