一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動的製造方法
2023-08-11 05:10:56 1
一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動的製造方法
【專利摘要】一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，屬於電勵磁同步電機領域。解決了現有永磁發電機要依賴於昂貴的永磁材料、氣隙磁場難以調節導致難以實現弱磁擴速和現有電勵磁發電機需要獨立勵磁機的問題。本發明所述電機的轉子鐵芯為4極結構，每一極為一個轉子主齒，每個轉子主齒上均套有勵磁繞組，每個轉子主齒的極靴的一端設有釹鐵硼材料的永磁體，且每個轉子主齒的極靴的一端與其相鄰的轉子主齒的極靴的另一端相對設置，相鄰的兩個轉子主齒上的釹鐵硼材料的永磁體的勵磁方向相反，每個轉子主齒的極靴中間位置均開有繞組槽，四個繞組槽將4個極靴分為8個轉子分齒，每個轉子分齒上均嵌套有諧波繞組。本發明主要適合於混合動力汽車。
【專利說明】—種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機
【技術領域】
[0001]本發明屬於電勵磁同步電機領域。
【背景技術】
[0002]永磁同步電機由於具有高效節能、功率密度高及無刷控制等特點，在工業界逐漸得到了廣泛的應用。特別是在一些中小功率應用場合，如電動汽車領域等。然而，永磁電機的這些優點都是建立在高性能的稀土永磁材料的基礎之上的。隨著工業和社會的發展，對稀土資源需求量會不斷增大。近十年來，稀土永磁材料的價格上漲了數倍之多，這會使稀土資源逐漸成為影響高性能永磁電機發展的瓶頸。並且，永磁同步電機本身還存在一些技術上的問題，如:(1)在作為電動機時，由於永磁體的氣隙磁場不能調節，不能進行弱磁控制，會限制電機的轉速調節範圍。(2)永磁同步電機存在固有的定位轉矩，消除定位轉矩也是比較複雜的問題。
[0003]對於大型電勵磁同步電機，主要採用同軸聯接的旋轉電樞式勵磁機及旋轉整流器構成無刷勵磁系統。而對於中小功率電機，受限於體積重量與成本等因素，往往不適合增加額外勵磁機。
[0004]此外，耦合變壓器勵磁在中小型電機無刷勵磁中也有所採用。但是，與普通變壓器高效傳遞能量不同，在耦合變壓器中，磁通路徑不全是鐵心，在定、轉子鐵心部分之間必然存在一段氣隙，這就需要很大的變壓器激磁電流來克服氣隙磁壓降，從而使功率傳遞效率及功率因數等指標降低。採用諧波勵磁最大的問題是，由於諧波電動勢依然屬於運動電動勢，因此與採用獨立勵磁機情況相同，適合於發電機運行，而作為電動機運行時存在起動問題需要解決。而各種混合勵磁方式中電機的都較複雜，而且也同樣依賴於永磁材料。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有永磁發電機要依賴於昂貴的永磁材料、氣隙磁場難以調節導致難以實現弱磁擴速和現有電勵磁發電機需要獨立勵磁機的問題。本發明提供了一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機。
[0006]一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，所述電機的轉子鐵芯為4極結構，每一極為一個轉子主齒，
[0007]每個轉子主齒上均套有勵磁繞組，每個轉子主齒的極靴的一端設有釹鐵硼材料的永磁體，且每個轉子主齒的極靴的一端與其相鄰的轉子主齒的極靴的另一端相對設置，相鄰的兩個轉子主齒上的釹鐵硼材料的永磁體的勵磁方向相反，
[0008]每個轉子主齒的極靴中間位置均開有繞組槽，四個繞組槽將4個極靴分為8個轉子分齒，每個轉子分齒上均嵌套有諧波繞組。
[0009]所述電機的定子鐵芯為12槽結構，定子三相繞組為單層結構，且為開放式繞組，節距為3。
[0010]所述電機的定子鐵芯為12槽結構，定子三相繞組為雙層結構，且為開放式繞組，節距為3。
[0011]所述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子三相繞組為雙層結構，且為開放式繞組，節距為2。
[0012]所述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子三相繞組為雙層結構，且為開放式繞組，節距為4。
[0013]所述電機的定子三相繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流的混合電流，所述的N為正數。
[0014]所述電機的定子三相繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流的混合電流，所述的N為正數。
[0015]所述電機的定子三相繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流的混合電流，所述的N為正數。
[0016]用雙逆變器控制定子中的電流，使定子電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波或高次諧波電流或直流分量的混合電流。啟動時，由於轉子上安裝有釹鐵硼材料的永磁體，會有較弱的初始磁極，電機可以通過位置傳感器啟動。穩態工作時，諧波繞組能在所產生的諧波脈振磁場中產生感應電流，經過旋轉整流器整流後給勵磁繞組提供勵磁電流。正常工作時，勵磁電流主要來源於諧波勵磁電流。這樣，電動機可以實現自啟動並且能持續工作。
[0017]本發明所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機只需要少量的永磁材料，只相當於普通永磁電機所用永磁材料的?%，基本上不依賴於永磁材料，也不需要獨立勵磁機勵磁，並且勵磁磁場可調節，結構簡單、製造方便、性能良好，適合於風力發電和混合動力汽車的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為【具體實施方式】一所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的轉子部分的結構示意圖；
[0019]圖2為【具體實施方式】二所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的結構不意圖；
[0020]圖3為【具體實施方式】六中定子三相繞組中的通入的是基波電流和三次諧波電流時，定子電樞磁場與轉子繞組結構變化曲線圖，其中附圖標記10表示基波磁場旋轉方向，附圖標記11表示三次諧波脈振磁場方向，附圖標記12表示轉子同步旋轉方向；附圖標記13表示基波電流波形曲線，附圖標記14表示三次諧波電流波形曲線；折線15表示定子齒槽結構，折線16表示轉子齒結構'K、B和C分別表示定子三相繞組的每一相繞組；
[0021]圖4為本發明所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的電氣原理圖。
【具體實施方式】
[0022] 【具體實施方式】一:參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，所述電機的轉子鐵芯I為4極結構，每一極為一個轉子主齒，[0023]每個轉子主齒上均套有勵磁繞組F，每個轉子主齒的極靴2的一端設有釹鐵硼材料的永磁體5，且每個轉子主齒的極靴2的一端與其相鄰的轉子主齒的極靴2的另一端相對設置，相鄰的兩個轉子主齒上的釹鐵硼材料的永磁體5的勵磁方向相反，
[0024]每個轉子主齒的極靴2中間位置均開有繞組槽6，四個繞組槽6將4個極靴2分為8個轉子分齒3，每個轉子分齒3上均嵌套有諧波繞組H。
[0025]本發明所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機與普通電勵磁同步電機相比是在轉子上增加了一套諧波繞組H，該諧波繞組H能利用定子電流產生的諧波磁場感應諧波電勢，諧波電勢通過旋轉整流器給勵磁繞組F提供勵磁電流，實現無刷勵磁。
[0026]啟動時，由於轉子上安裝有釹鐵硼材料的永磁體5，會有較弱的初始磁極，電機可以通過位置傳感器啟動；
[0027]穩態條件下，定子三相繞組電流中含有基波分量和三次諧波分量或高次諧波或直流分量，基波分量在氣隙中形成同步旋轉的磁場，轉子也作同步旋轉，轉子上的勵磁繞組F和諧波繞組H與基波磁場的相對位置不變，不會產生感應電勢，因此基波電流分量對勵磁繞組F和諧波繞組H中的電勢均無影響。
[0028]【具體實施方式】二:參見圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子鐵芯7為12槽結構，定子三相繞組8為單層結構，且為開放式繞組，節距為3。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子鐵芯7為12槽結構，定子三相繞組8為雙層結構，且為開放式繞組，節距為3。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子鐵芯7為18槽結構，定子三相繞組8為雙層結構，且為開放式繞組，節距為2。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子鐵芯7為18槽結構，定子三相繞組8為雙層結構，且為開放式繞組，節距為4。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一、二、三、四或五所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子三相繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流的混合電流，所述的N為正數。
[0033]當定子三相繞組8中的通入的是基波電流和三次諧波電流時，三次諧波電流在氣隙中形成周期為基波1/3的脈振磁場，空間位置不變，只是幅值在改變。如圖3所示，任一時刻轉子勵磁繞組F同一極線圈的兩個有效邊在脈振磁場中所感應的電動勢是相互抵消的。因此勵磁繞組F不會在三次諧波脈振磁場中產生感應電流，即三次諧波脈振磁場對勵磁繞組無影響，而諧波繞組H每一個線圈的兩個有效邊在三次諧波脈振磁場中感應的電動勢是同向的，可以產生感應電流，該電流經過旋轉整流器整流後給勵磁繞組提供勵磁電流，實現諧波無刷勵磁。
[0034]在正常工作狀態下，雙逆變器給電機定子提供含基波和諧波的電流，諧波磁場可以在轉子中產生勵磁電流，勵磁電流在氣隙中產生的勵磁磁場與定子繞組基波電流產生中的基波磁場相互作用，實現電機的同步旋轉。[0035]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一、二、三、四或五所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子三相繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流的混合電流。
[0036]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一、二、三、四或五所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機的區別在於，所述電機的定子三相繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流的混合電流。
[0037]【具體實施方式】六至八中，利用雙逆變器控制定子中的電流，使電機的定子三相繞組8中通入幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波或高次諧波電流或直流分量的混合電流；
[0038]啟動時，由於轉子上安裝有釹鐵硼材料的永磁體5，會有較弱的初始磁極，電機可以通過位置傳感器啟動；
[0039]穩態工作時，諧波繞組H能在所產生的諧波脈振磁場中產生感應電流，經過旋轉整流器整流後給勵磁繞組F提供勵磁電流；
[0040]正常工作時，勵磁電流主要來源於諧波勵磁電流。這樣，電動機可以實現自啟動並且能持續工作；具體參見圖4，其中，定子開放式繞組中的電流由圖4中的雙逆變器控制，圖4中，豎直虛線左側為轉子的電氣原理部分，豎直虛線右側為定子的電氣原理部分，附圖標記17表示雙逆變器，圓形虛線內表示定子三相繞組。
【權利要求】
1.一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的轉子鐵芯(I)為4極結構,每一極為一個轉子主齒， 每個轉子主齒上均套有勵磁繞組(F)，每個轉子主齒的極靴(2)的一端設有釹鐵硼材料的永磁體(5)，且每個轉子主齒的極靴(2)的一端與其相鄰的轉子主齒的極靴(2)的另一端相對設置，相鄰的兩個轉子主齒上的釹鐵硼材料的永磁體(5)的勵磁方向相反， 每個轉子主齒的極靴(2)中間位置均開有繞組槽(6)，四個繞組槽(6)將4個極靴(2)分為8個轉子分齒(3)，每個轉子分齒(3)上均嵌套有諧波繞組(H)。
2.根據權利要求1所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為12槽結構，定子三相繞組(8)為單層結構，且為開放式繞組，節距為3。
3.根據權利要求1所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為12槽結構，定子三相繞組(8)為雙層結構，且為開放式繞組，節距為3。
4.根據權利要求1所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為18槽結構，定子三相繞組(8)為雙層結構，且為開放式繞組，節距為2。
5.根據權利要求1所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為18槽結構，定子三相繞組(8)為雙層結構，且為開放式繞組，節距為4。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子三相繞組⑶中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流的混合電流，所述的N為正數。
7.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子三相繞組⑶中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流的混合電流，所述的N為正數。
8.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種具有初始自啟動能力的無刷諧波勵磁電動機，其特徵在於，所述電機的定子三相繞組(8)中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流的混合電流，所述的N為正數。
【文檔編號】H02K3/16GK103904855SQ201410162895
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】孫立志, 安群濤, 姚飛, 高小龍 申請人:哈爾濱工業大學