一种混合励磁反凸极永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地说，涉及一种混合励磁反凸极永磁同步电机。

背景技术

反凸极永磁同步电机是一种永磁同步电机的变种，其磁极布置方式与传统的凸极永磁同步电机相反，传统的凸极永磁同步电机中，永磁体的磁极朝向由转子外径向转子内径逐渐增长，而在反凸极永磁同步电机中，永磁体的磁极朝向则由转子内径向转子外径逐渐增长，这样的设计使得电机的磁场分布更加均匀，并且减小了磁漏磁的损耗，它在电动车、医疗设备、工业自动化等领域得到广泛应用，然而该电机存在气隙磁场难以调节，同时转矩低的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种混合励磁反凸极永磁同步电机，该电机在低速工况下通过磁场增强效应产生正磁阻转矩，提高带载能力；在高速工况下，较小的d轴电流能够削弱主磁场而拓宽调速范围且直流励磁电流可以改善输出转矩性能。

本为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种混合励磁反凸极永磁同步电机，所述电机由定子、永磁体和转子组成，所述定子同轴嵌套紧固在转子外部；

电机采用永磁励磁和电励磁两种励磁源，电枢绕组和励磁绕组均缠绕在定子上，两种励磁源均采用交替式定子齿绕线分数槽集中绕组，通过引入非均匀气隙，在q轴磁路构造外部磁障，以降低q轴的电感，为了进一步增强反凸极特性，在q轴磁路构造多层弧形磁障，多层磁障的增加沿q轴的有效气隙，因此q轴磁导率降低，阻断q轴磁通；永磁体呈“一”字型分布，充磁方向沿转子径向充磁。

作为优选方案，所述定子采用了交替式定子齿绕线分数槽集中绕组。

作为优选方案，所述转子采用多层磁障式永磁转子。

作为优选方案，所述转子采用串联式磁路结构的反凸极转子结构。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机，采用了交替式定子齿绕线分数槽集中绕组，电机具有比较正弦的反电动势，提高了永磁体工作点，低空载反电势降低了短路电流。

2、本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机，电机转子采用多层磁障式永磁转子可以扩宽调速范围；此外多层磁障式永磁转子可以增加电机的d轴电感，有效抑制电机短路电流。

3、本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机，采用串联式磁路结构的反凸极转子结构，在转子q轴气隙上构造磁障，形成非均匀气隙，增加q轴磁路的磁阻，使q轴电感减小，从而获得反凸极特性。

4、本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机，通过直流励磁激励调节气隙磁场，有利于提高调速范围；此外在保证电机铜耗不变的基础上，电机的转矩和功率密度可以得到进一步提高。

5、本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机，设置较薄的永磁体厚度，降低永磁体不可逆退磁风险，输入正向的d轴电流产生磁阻转矩，提升电机低速运行时的带载能力。

附图说明

图1是本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机的结构示意图；

图2是本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机增磁状态下和弱磁状态下的磁力线分布；

图3是本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的转矩波形；

图4是本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的空载反电动势；

图5是本发明一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的转矩-电流角特性曲线。

实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，一种混合励磁反凸极永磁同步电机，电机由定子1、永磁体4和转子2组成，定子1同轴嵌套紧固在转子2外部；

电机采用永磁励磁和电励磁两种励磁源，电枢绕组和励磁绕组5均缠绕在定子1上，两种励磁源均采用交替式定子1齿绕线分数槽集中绕组，通过引入非均匀气隙，在q轴磁路构造外部磁障6，以降低q轴的电感，为了进一步增强反凸极特性，在q轴磁路构造多层弧形磁障3，多层磁障的增加沿q轴的有效气隙，因此q轴磁导率降低，阻断q轴磁通；永磁体4呈“一”字型分布，充磁方向沿转子2径向充磁，在q轴设置气隙磁障和转子2内部磁障，对q轴磁通起阻碍作用，改变磁障的张角可以改变磁障在永磁体之间的位置，转子2内部磁障可以设置为三层或者两层，该电机在低速工况下通过磁场增强效应产生正磁阻转矩，提高带载能力；在高速工况下，较小的d轴电流能够削弱主磁场而拓宽调速范围且直流励磁电流可以改善输出转矩性能。

实施例2

图2给出了一种混合励磁反凸极永磁同步电机，在增磁状态下和弱磁状态下的磁力线分布，可以看出，在励磁电流等于12A时，有更多的磁力线通过气隙经过转子回到定子侧；在励磁电流等于4A时，磁力线通过气隙相对稀疏，所以该电机具有调节气隙磁通特性。

图3给出了一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的转矩波形，对于在弱磁状态下输入直流电流4A，电机产生相对较低的转矩，转矩波动也相对较低；但直流电可以控制电机转矩，在输入较大的直流电流可以获得更高的转矩，也具有增磁效果。

图4给出了一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的空载反电动势，对空载反电动势在不同直流电流下进行比较，随着直流电流的增加，直流励磁激励可以增加空载反电动势波形的基波幅值，由于谐波的存在，可以观察到在直流电流为16A时，电机的磁路饱和，空载反电动势波形不是一个正弦波，当直流电流为24A时，空载反电动势波形是一个相对正常的正弦波，说明电机在励磁激励下可以实现磁场的调节，有利于转矩输出。

实施例3

图5给出了一种混合励磁反凸极永磁同步电机不同励磁电流下的转矩-电流角特性曲线，具有反凸极的永磁同步电机d轴电感大于q轴电感，即Ld>Lq，其电磁转矩分量，即磁阻转矩，在0°~90°范围内将大于0，最大值将出现在功角0°~90°内，电机生成正磁阻转矩，从而提高转矩输出能力，从图中可以观察到直流电流可以控制电机的转矩特性，随着直流电流的增加，转矩波形的最大值也增加，然而，在直流电流等于0A时，转矩最大值在0°出现，在直流电流等于12A时，转矩最大值在-10°出现，说明在直流励磁的激励下，改变励磁绕组中的电流大小和方向可以实现电机的反凸极特性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，例如转子上设置的弧形磁障可以有n条，n等于1，2，3，…，本发明专利以转子永磁型混合励磁电机进行了说明，本发明专利可以拓展到并联磁路混合励磁电机、串联磁路混合励磁电机、永磁体与励磁绕组均在转子、永磁体在转子，励磁绕组在定子的混合励磁电机，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。