具有獨立磁迴路的混合磁路電機的製作方法
2023-04-30 03:54:46
專利名稱：具有獨立磁迴路的混合磁路電機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種混合磁路電機技術領域，特別涉及對混合磁路電機磁路結構的改進。
現有的混合磁路電機，其導磁體體積過大，磁路的磁阻大。具有獨立磁迴路的混合磁路電機前所未有。現有的具有串聯迴路的混合磁路電機，由於勵磁電流產生的電勵磁磁通需經過永磁鋼閉合，永磁鋼對外磁場產生的磁通具有很大的磁阻，單位勵磁電流產生的電勵磁磁通量甚低；現有的具有並聯迴路的混合磁路電機，由於勵磁電流產生的電勵磁磁通與永磁鋼產生的永磁磁通流經部分共有磁路，使共有磁路部分導磁體體積過大，導磁材料用量過多。
本實用新型設計出一種具有獨立磁迴路的混合磁路電機，包括定子、無刷轉子、端蓋、勵磁線圈，其特徵在於所述的無刷轉子將無刷爪極轉子與永磁鋼轉子貼近並安裝在同一轉軸上，使定子鐵心有效長度與永磁鋼轉子及無刷爪極轉子有效長度相對應，勵磁線圈置於端蓋上形成無刷勵磁結構，所述的混合磁路電機中其永磁磁路與電勵磁磁路分別具有自己獨立的磁迴路。
就其勵磁結構而言，本實用新型是將勵磁線圈置於端蓋上形成無刷勵磁結構。由轉子上永磁鋼北極出發的永磁磁通，徑向穿過定、轉子之間的空氣隙，進入與北極永磁鋼相對應的定子鐵心齒中，經過定子鐵心軛部，流向與南極永磁鋼相對應的定子鐵心齒中，徑向穿過空氣隙流回南極永磁鋼，磁通再經過磁軛及轉軸流入北極永磁鋼而形成閉合的永磁磁迴路；因為磁通總是流經最短的磁路，永磁磁通不會流經爪極轉子磁路，永磁磁迴路是一個獨立的磁迴路。永磁鋼磁化後永磁磁通的極性不會改變。當勵磁線圈中有電流流過時，按照右手定則產生了電勵磁磁通，此磁通從轉軸出發，流經爪極，徑向穿過定、轉子之間的空氣隙，進入與爪極相對應的定子鐵心齒中，經過定子鐵心軛部，流向與懸臂爪極相對應的定子鐵心齒中，徑向穿過空氣隙流回懸臂爪極，磁通再經過懸臂爪極與勵磁線圈骨架之間的第二外氣隙流入勵磁線圈骨架，再穿過勵磁線圈骨架與轉軸之間的第二內氣隙流迴轉軸而形成另一閉合電勵磁磁迴路；因為磁通總是流經最短的磁路而閉合，電勵磁磁通也不會流經永磁磁路，電勵磁磁迴路也是一個獨立的磁迴路。永磁鋼一經磁化，其極性不會改變，電勵磁磁通的方向可以隨著勵磁電流的方向改變而改變，電勵磁磁通的大小可以隨著勵磁電流的變化而變化。本實用新型混合磁路電機的電勵磁磁通不穿過永磁鋼，因而電勵磁磁迴路的磁阻小，單位勵磁電流產生的磁通量大；導磁磁路沒有永磁磁路與電勵磁磁路共有的部分，每個磁迴路的導磁材料均可利用充分，節省導磁材料、因而重量輕。
本實用新型只需改變勵磁線圈中勵磁電流的大小及方向，使電勵磁迴路的磁通量的大小及方向發生變化，從而改變電機合成磁通的大小。本實用新型混合磁路電機用作電動機時，用改變電樞電壓及調節合成磁通的大小兩種方法調節電動機的速度，可作成寬調速電動機，與只能用調節電樞電壓方法調速的永磁電機調速性能相比，混合磁路電機的調速範圍及特性要寬廣得多。混合磁路電機用作發電機時，當發電機的負載或原動機的轉速變化時，調節合成磁通的大小可以穩定發電機的電壓，作成恆壓發電機。混合磁路發電機與永磁發電機相比，混合磁路恆壓發電機的成本要比永磁恆壓發電機低50％以上，混合磁路發電機可以用調節勵磁線圈中的勵磁電流以調節磁場的方法，使發電機工作時發出的端電壓穩定，儘管由於原動機的速度變化或負荷發生變化；永磁發電機也可以作成恆壓發電機，因其磁場不可調節，原動機的速度變化或負荷發生變化時，永磁發電機的端電壓必然變化，欲使永磁發電機電壓穩定需使發出的電壓經過整流、逆變而成穩定電壓。前者用調節勵磁電流，後者用整流、逆變的方法穩定電壓。眾所周知，勵磁功率不超過發電機功率的3％，是小功率的勵磁調節器控制發電機的電壓穩定，因而成本低。所說的勵磁電流來自獨立直流電源，也可以來自混合磁路電機自身定子繞組端電壓，經過整流後形成的直流電源。
圖2是本實用新型的實施例的永磁部分剖面圖。
圖3是本實用新型的實施例的電勵磁部分剖面圖。
其中(1)轉子(2)端蓋(3)勵磁線圈骨架(4)懸臂爪極(5)勵磁線圈(6)爪極(7)無刷轉子(8)永磁(北極)磁鋼(9)永磁(南極)磁鋼(10)磁軛(11)定子鐵心(12)定子(13)定子線圈永磁磁迴路如附圖2所示，北極永磁鋼8產生的磁通，穿過定轉子之間氣隙，進入與北極永磁鋼8所對應定子鐵心11的齒中，經過定子鐵心11的軛部再流向與南極永磁鋼9所對應定子鐵心11的齒中，再穿過氣隙流向南極永磁鋼9，經過磁軛10及轉軸1流回北極永磁鋼8，形成永磁磁迴路。
電勵磁磁迴路如附
圖1及附圖3所示，當勵磁線圈中有直流電流流過，如果勵磁電流的方向為從軸伸端看以順時針方向流過勵磁線圈5，按照右手定則，勵磁電流產生的電勵磁磁通從轉軸1向右，流經爪極6，穿過定轉子之間氣隙，進入與爪極6所對應的定子鐵心11的齒中，經過定子鐵心11的軛部再流向與懸臂爪極4所對應的定子鐵心11的齒中，穿過氣隙流向懸臂爪極4，電勵磁磁通再經過懸臂爪極4與勵磁線圈骨架3之間的第二外氣隙，進入勵磁線圈骨架3，最後穿過勵磁線圈骨架3與轉軸1之間的第二內氣隙，進入轉軸1形成電勵磁磁迴路。
由於磁通總是流經最短的磁路而閉合，永磁鋼產生的永磁磁通與勵磁電流產生的電勵磁磁通分別構成各自獨立的磁迴路。
本實施例的工作過程及效果簡述如下本實用新型具有獨立磁迴路的混合磁路電機用作電動機時，能方便的調節電動機的速度。如需提高電動機的轉速，可以升高電動機的端電壓，減弱電機磁場的方法予以實施；如需降低電動機的轉速，可以降低電動機的端電壓，增強電機合成磁場的方法予以實施。在勵磁線圈中流過的勵磁電流的大小決定了電勵磁磁通的大小；在勵磁線圈中流過的勵磁電流的方向決定了電勵磁磁通的方向。當負載要求降低電動機轉速時，用增強電機合成磁場的方法使電機減速，其具體調節過程如下從軸伸端看按順時針方向在勵磁線圈5中通過直流電流，按照右手定則，勵磁磁通方向自左向右從轉軸1中流過，經過轉軸1---爪極6---氣隙---定子鐵心11---氣隙---懸臂爪極4---第二外氣隙---勵磁線圈骨架3---第二內氣隙---轉軸1而閉合。在結構上爪極6與永磁鋼北極8的中心線一致，故在此條件下，電勵磁磁通與永磁磁通有同樣的極性，增加勵磁電流，電勵磁磁場加強，電機合成磁通增加，電機的速度降低。反之，如欲升高電機轉速，從軸伸端看按反時針方向在勵磁線圈5中通過直流電流，此時電勵磁磁通方向改變，電勵磁磁通方向自右向左從轉軸1中流過，經過第二內氣隙---勵磁線圈骨架3---第二外氣隙---懸臂爪極4---氣隙---定子鐵心11---氣隙---爪極6---轉軸1而閉合。此時電勵磁磁通極性與永磁磁通極性相反，增大勵磁電流，電機合成磁通減少，電機的速度升高。
本實用新型具有獨立磁迴路的混合磁路電機用作發電機時，能作成低成本的恆壓發電機。穩定發電機電壓的具體調節過程如下如果發電機運行時，由於原動機速度降低或者發電機的負荷加大，發電機的端電壓必定下降，在勵磁線圈5中通過直流勵磁電流，勵磁電流的方向從軸伸端看為順時針方向，此時電勵磁磁通與永磁磁通方向相同，電機合成磁通增加，發電機的端電壓升高。控制勵磁線圈中流過的電流量，使發電機合成磁通增加，發電機端電壓升高部份恰好能補償原動機速度降低或者發電機的負荷加大而使端電壓降低部份，從而使發電機發出的電壓得以穩定。當發電機運行時，由於原動機速度升高或者發電機的負荷減小，發電機的端電壓必定升高，在勵磁線圈5中通過勵磁電流，勵磁電流的方向從軸伸端看為逆時針方向，使電勵磁磁通與永磁磁通方向相反，此時電機合成磁通減少，發電機發出的端電壓降低，當電機合成磁通減少，發電機端電壓降低的部份恰好能補償原動機速度升高或者發電機的負荷減小而使端電壓升高部份，從而使發電機發出的電壓得以穩定。
權利要求1.一種具有獨立磁迴路的混合磁路電機，包括定子、無刷轉子、端蓋、勵磁線圈，其特徵在於所述的無刷轉子將無刷爪極轉子與永磁鋼轉子貼近並安裝在同一轉軸上，使定子鐵心有效長度與永磁鋼轉子及無刷爪極轉子有效長度相對應，勵磁線圈置於端蓋上形成無刷勵磁結構，所述的混合磁路電機中其永磁磁路與電勵磁磁路分別具有自己獨立的磁迴路。
專利摘要本實用新型屬於混合磁路電機技術領域,是一種具有獨立磁迴路的混合磁路電機,由定子、無刷轉子、端蓋、勵磁線圈所組成,無刷轉子將無刷爪極轉子與永磁鋼轉子貼近並安裝在同一轉軸上,使定子鐵心有效長度與永磁鋼轉子及無刷爪極轉子有效長度相對應,勵磁線圈置於端蓋上形成無刷勵磁結構,永磁磁路與電勵磁磁路分別具有自己獨立的磁迴路。調節勵磁線圈的勵磁電流,可以改變混合磁路電機的合成磁通。當混合磁路電機作電動機運行時,改變合成磁通可以調節電動機的轉速;當混合磁路電機作發電機運行時,改變合成磁通可以調節發電機的電壓。本實用新型提供了一種效率高、體積小、重量輕、功率密度大的混合磁路電機。
文檔編號H02K21/14GK2506017SQ01201118
公開日2002年8月14日 申請日期2001年1月15日 優先權日2001年1月15日
發明者胡元德 申請人:胡元德