一種漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)，屬于電機(jī)制造的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源與可再生能源綜合利用和開發(fā)程度的不斷提高，能否提供穩(wěn)定的電能質(zhì)量或較寬的電機(jī)調(diào)速范圍逐漸成為決定能源轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)關(guān)鍵因素，而靈活調(diào)節(jié)的電機(jī)磁場(chǎng)是保證能源高效轉(zhuǎn)換的重要技術(shù)手段之一。
[0003]磁通切換電機(jī)隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，其磁通會(huì)自動(dòng)切換路徑，使穿過線圈的磁通極性與大小發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此類電機(jī)具有體積小、重量輕、工作可靠、冷卻方便、高功率密度以及較高效率等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、電梯驅(qū)動(dòng)以及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但此類電機(jī)的磁場(chǎng)基本恒定，在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，很難對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行弱磁控制，制約其進(jìn)一步發(fā)展。
[0004]機(jī)械調(diào)磁電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)靈活調(diào)節(jié)的一類新型永磁電機(jī)，其特征為利用機(jī)械傳動(dòng)部件有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)弱，改變繞組合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、磁三者耦合的新型磁場(chǎng)調(diào)節(jié)方式。近年來(lái)，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的不斷努力，相繼提出了氣隙調(diào)整式、轉(zhuǎn)子調(diào)整式、離心式、漏磁式等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的機(jī)械調(diào)磁永磁同步電機(jī)。研宄結(jié)果表明，現(xiàn)有的機(jī)械調(diào)磁永磁同步電機(jī)多數(shù)存在永磁體用量大，轉(zhuǎn)子鐵心利用率低及機(jī)械調(diào)整裝置控制難度大等缺點(diǎn)。
[0005]設(shè)置漏磁磁路是變磁通永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)的一種常見方式。然而，在現(xiàn)有的漏磁式機(jī)械調(diào)磁永磁電機(jī)中，均采用傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)，調(diào)磁裝置均安裝于轉(zhuǎn)子鐵心上，轉(zhuǎn)子鐵心利用率和機(jī)械強(qiáng)度較低?；诖?，本發(fā)明創(chuàng)新性地融合磁通切換電機(jī)與機(jī)械調(diào)磁電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，使其在保證電機(jī)效率較高的前提下，利用機(jī)械調(diào)磁的原理實(shí)現(xiàn)寬范圍恒壓發(fā)電或恒功率調(diào)速驅(qū)動(dòng)，提出一種基于磁通切換原理的漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適合于利用機(jī)械傳動(dòng)方式調(diào)磁的永磁同步電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。確定該電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最佳調(diào)磁方式，并分析機(jī)械調(diào)磁方式下的增磁和弱磁機(jī)理，提供一種融合電機(jī)本體并能有效調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)磁通的機(jī)械傳動(dòng)部件。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)由電機(jī)本體和機(jī)械調(diào)磁裝置所構(gòu)成。電機(jī)定子由凸極定子鐵心和電樞繞組組成，定子鐵心采用導(dǎo)磁材料制成，定子齒周向均勾分布；轉(zhuǎn)子由若干個(gè)U型單元鐵心拼裝組成，永磁體鑲嵌于相鄰轉(zhuǎn)子單元鐵心中間，交替切向充磁，永磁體選用釹鐵硼永磁材料；轉(zhuǎn)子外側(cè)安裝機(jī)械調(diào)磁裝置，其主要包括調(diào)磁塊、轉(zhuǎn)盤、輪轂、凸輪、凸輪軸、踏桿和彈簧等構(gòu)成；輪轂同軸安裝于電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，可隨電機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)；踏桿與轉(zhuǎn)盤、調(diào)磁塊與轉(zhuǎn)盤以及凸輪軸與輪轂之間均為剛性連接；凸輪可繞凸輪軸任意旋轉(zhuǎn)；彈簧一端固定于輪轂上，另一端與凸輪連接；轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝，可相對(duì)于轉(zhuǎn)軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)磁塊采用導(dǎo)磁材料，而轉(zhuǎn)盤、輪轂和凸輪等采用非導(dǎo)磁材料制成，電機(jī)軸采用非導(dǎo)磁鋼；電機(jī)無(wú)勵(lì)磁繞組，可在完全無(wú)勵(lì)磁功率損耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電機(jī)高效率和高功率密度。
[0008]電機(jī)具體工作原理如下:
[0009]當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在基速以下時(shí)，機(jī)械調(diào)磁裝置的凸輪達(dá)到受力平衡情況下，尚未推動(dòng)踏桿發(fā)生相對(duì)位移，即調(diào)磁塊位于原始位置。電機(jī)由單元轉(zhuǎn)子鐵心中散嵌著的永磁體提供磁動(dòng)勢(shì)，根據(jù)電機(jī)磁路磁阻最小的原則，電機(jī)工作于磁通切換狀態(tài)，絕大部分磁通由永磁體N極出發(fā)，經(jīng)U型單元轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙、定子齒、定子鐵心、相鄰的定子齒、氣隙、相鄰的U型單元轉(zhuǎn)子鐵心，再回到永磁體S極。定子齒與其中一個(gè)單元轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，通過電樞線圈的磁通最大；隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，定子齒與永磁體或者轉(zhuǎn)子槽對(duì)齊時(shí)，通過電樞線圈的磁通為零。由此可見，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)極距時(shí)，電機(jī)經(jīng)歷了一個(gè)電周期，通過電樞繞組的磁鏈會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置的變化呈周期性變化，如圖5所示。
[0010]當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于基速以上時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，凸輪離心力也相對(duì)較大，為達(dá)到新的平衡點(diǎn)，機(jī)械調(diào)磁裝置的凸輪則會(huì)推動(dòng)踏桿沿預(yù)設(shè)軌道偏移，此時(shí)調(diào)磁裝置轉(zhuǎn)盤相對(duì)于轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即調(diào)磁塊相對(duì)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，為電機(jī)提供了漏磁回路。電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)仍由永磁體產(chǎn)生，但是一部分磁通通過調(diào)磁塊形成漏磁路，另一部分磁通依舊通過上述磁路成為主磁通。因此，電樞繞組匝鏈的有效磁鏈減少，繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)降低，此時(shí)機(jī)械調(diào)磁裝置對(duì)電機(jī)起弱磁作用，如圖6所示。由于調(diào)磁塊的弧形瓦片結(jié)構(gòu)，其與轉(zhuǎn)子間的氣隙長(zhǎng)度不均勻，電機(jī)漏磁路磁阻可調(diào)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，調(diào)磁塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不斷變大，漏磁磁阻則不斷減小，永磁體提供的有效磁通將隨著轉(zhuǎn)速的上升而減小，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)恒壓輸出。
[0011]有益效果:由于機(jī)械調(diào)磁電機(jī)借助合適的機(jī)械調(diào)整裝置即可方便地調(diào)節(jié)磁通，完全打破了采用電勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)磁的思維模式。同時(shí)，還可克服混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附加氣隙多、勵(lì)磁損耗較大以及功率密度較低等缺點(diǎn)。
[0012]電機(jī)轉(zhuǎn)子采用U型單元轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)，可大大簡(jiǎn)化制造工藝。定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電樞繞組位于定子上，省去電刷和滑環(huán)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行靠性高；基于磁通切換原理，電機(jī)采用雙凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0013]電機(jī)無(wú)需調(diào)磁繞組，省略了相對(duì)復(fù)雜的勵(lì)磁控制算法，降低了控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度，在完全無(wú)勵(lì)磁功率損耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電機(jī)高效率和高功率密度。本發(fā)明采用在電機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)安裝機(jī)械調(diào)磁部件，基于離心原理，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化對(duì)電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)同步調(diào)節(jié)，具有良好的調(diào)磁效果，且可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)雙向調(diào)節(jié)。機(jī)械調(diào)磁裝置不需外部能源驅(qū)動(dòng)，無(wú)附加損耗，不影響電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
[0014]本發(fā)明通過采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，并將永磁體設(shè)計(jì)在外轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)成為一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。相對(duì)于現(xiàn)有轉(zhuǎn)子永磁型機(jī)械調(diào)磁電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械調(diào)磁裝置與電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械隔離，一定程度上可減小電機(jī)運(yùn)動(dòng)部件間的相互影響，能夠有效地保證轉(zhuǎn)子鐵心的利用率。
[0015]綜上所述，本發(fā)明將機(jī)械傳動(dòng)理論、磁通切換原理與永磁電機(jī)相融合，在保證電機(jī)功率密度一定的情況下，利用機(jī)械傳動(dòng)的方式能夠有效地改變電機(jī)內(nèi)工作磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，克服現(xiàn)有轉(zhuǎn)子永磁型機(jī)械調(diào)磁電機(jī)的缺點(diǎn)，有效解決磁通切換型永磁電機(jī)氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難的缺陷，是一類可應(yīng)用于穩(wěn)壓發(fā)電及變速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的新型變磁通永磁同步電機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)剖面圖；
[0018]圖3是漏磁式機(jī)械變磁通永磁同步電機(jī)本體結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4是機(jī)械調(diào)磁裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5是單元電機(jī)磁路平面展開示意圖(基速以下)；
[0021]圖6是單元電機(jī)磁路平面展開示意圖(基速以上)
[0022]圖1、2中有:定子1，轉(zhuǎn)子2，定子鐵心3