一種漏磁式機械變磁通永磁同步電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種漏磁式機械變磁通永磁同步電機，屬于電機制造的技術(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)量或較寬的電機調(diào)速范圍逐漸成為決定能源轉(zhuǎn)換效率的一個關(guān)鍵因素，而靈活調(diào)節(jié)的電機磁場是保證能源高效轉(zhuǎn)換的重要技術(shù)手段之一。
[0003]磁通切換電機隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，其磁通會自動切換路徑，使穿過線圈的磁通極性與大小發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交變的感應電動勢，此類電機具有體積小、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，在電動汽車、風力發(fā)電、電梯驅(qū)動以及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛的應用。但此類電機的磁場基本恒定，在電機高速運行時，很難對磁場進行弱磁控制，制約其進一步發(fā)展。
[0004]機械調(diào)磁電機是實現(xiàn)電機磁場靈活調(diào)節(jié)的一類新型永磁電機，其特征為利用機械傳動部件有規(guī)律的運動，以調(diào)節(jié)電機磁場強弱，改變繞組合成感應電動勢大小，從而實現(xiàn)機、電、磁三者耦合的新型磁場調(diào)節(jié)方式。近年來，經(jīng)過國內(nèi)外專家學者的不斷努力，相繼提出了氣隙調(diào)整式、轉(zhuǎn)子調(diào)整式、離心式、漏磁式等多種拓撲結(jié)構(gòu)的機械調(diào)磁永磁同步電機。研宄結(jié)果表明，現(xiàn)有的機械調(diào)磁永磁同步電機多數(shù)存在永磁體用量大，轉(zhuǎn)子鐵心利用率低及機械調(diào)整裝置控制難度大等缺點。
[0005]設置漏磁磁路是變磁通永磁電機實現(xiàn)磁場調(diào)節(jié)的一種常見方式。然而，在現(xiàn)有的漏磁式機械調(diào)磁永磁電機中，均采用傳統(tǒng)永磁同步電機，調(diào)磁裝置均安裝于轉(zhuǎn)子鐵心上，轉(zhuǎn)子鐵心利用率和機械強度較低?；诖?，本實用新型創(chuàng)新性地融合磁通切換電機與機械調(diào)磁電機的優(yōu)勢，使其在保證電機效率較高的前提下，利用機械調(diào)磁的原理實現(xiàn)寬范圍恒壓發(fā)電或恒功率調(diào)速驅(qū)動，提出一種基于磁通切換原理的漏磁式機械變磁通永磁同步電機。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]技術(shù)問題:本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種適合于利用機械傳動方式調(diào)磁的永磁同步電機拓撲結(jié)構(gòu)。確定該電機拓撲結(jié)構(gòu)最佳調(diào)磁方式，并分析機械調(diào)磁方式下的增磁和弱磁機理，提供一種融合電機本體并能有效調(diào)節(jié)電機內(nèi)磁通的機械傳動部件。
[0007]技術(shù)方案:本實用新型的漏磁式機械變磁通永磁同步電機由電機本體和機械調(diào)磁裝置所構(gòu)成。電機定子由凸極定子鐵心和電樞繞組組成，定子鐵心采用導磁材料制成，定子齒周向均勻分布；轉(zhuǎn)子由若干個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轉(zhuǎn)軸上，可隨電機轉(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，可相對于轉(zhuǎn)軸任意轉(zhuǎn)動；調(diào)磁塊采用導磁材料，而轉(zhuǎn)盤、輪轂和凸輪等采用非導磁材料制成，電機軸采用非導磁鋼；電機無勵磁繞組，可在完全無勵磁功率損耗的基礎上實現(xiàn)電機高效率和高功率密度。
[0008]電機具體工作原理如下:
[0009]當電機運行在基速以下時，機械調(diào)磁裝置的凸輪達到受力平衡情況下，尚未推動踏桿發(fā)生相對位移，即調(diào)磁塊位于原始位置。電機由單元轉(zhuǎn)子鐵心中散嵌著的永磁體提供磁動勢，根據(jù)電機磁路磁阻最小的原則，電機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。定子齒與其中一個單元轉(zhuǎn)子齒對齊時，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)子槽對齊時，通過電樞線圈的磁通為零。由此可見，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個極距時，電機經(jīng)歷了一個電周期，通過電樞繞組的磁鏈會隨著轉(zhuǎn)子位置的變化呈周期性變化，如圖5所示。
[0010]當電機運行于基速以上時，電機轉(zhuǎn)速較大，凸輪離心力也相對較大，為達到新的平衡點，機械調(diào)磁裝置的凸輪則會推動踏桿沿預設軌道偏移，此時調(diào)磁裝置轉(zhuǎn)盤相對于轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，即調(diào)磁塊相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一定角度，為電機提供了漏磁回路。電機的氣隙磁場仍由永磁體產(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，繞組感應電動勢也相應降低，此時機械調(diào)磁裝置對電機起弱磁作用，如圖6所示。由于調(diào)磁塊的弧形瓦片結(jié)構(gòu)，其與轉(zhuǎn)子間的氣隙長度不均勻，電機漏磁路磁阻可調(diào)。隨著電機轉(zhuǎn)速的上升，調(diào)磁塊轉(zhuǎn)動的角度不斷變大，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，從而實現(xiàn)電機恒壓輸出。
[0011]有益效果:由于機械調(diào)磁電機借助合適的機械調(diào)整裝置即可方便地調(diào)節(jié)磁通，完全打破了采用電勵磁進行調(diào)磁的思維模式。同時，還可克服混合勵磁電機結(jié)構(gòu)復雜，附加氣隙多、勵磁損耗較大以及功率密度較低等缺點。
[0012]電機轉(zhuǎn)子采用U型單元轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)，可大大簡化制造工藝。定子結(jié)構(gòu)簡單，電樞繞組位于定子上，省去電刷和滑環(huán)結(jié)構(gòu)，運行靠性高；基于磁通切換原理，電機采用雙凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0013]電機無需調(diào)磁繞組，省略了相對復雜的勵磁控制算法，降低了控制系統(tǒng)的實現(xiàn)難度，在完全無勵磁功率損耗的基礎上實現(xiàn)電機高效率和高功率密度。本實用新型采用在電機轉(zhuǎn)子外側(cè)安裝機械調(diào)磁部件，基于離心原理，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速的變化對電機內(nèi)磁場強度進行自動同步調(diào)節(jié)，具有良好的調(diào)磁效果，且可實現(xiàn)磁場雙向調(diào)節(jié)。機械調(diào)磁裝置不需外部能源驅(qū)動，無附加損耗，不影響電機的能量轉(zhuǎn)化效率。
[0014]本實用新型通過采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，并將永磁體設計在外轉(zhuǎn)子上，使電機成為一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機。相對于現(xiàn)有轉(zhuǎn)子永磁型機械調(diào)磁電機，實現(xiàn)了機械調(diào)磁裝置與電機轉(zhuǎn)子的機械隔離，一定程度上可減小電機運動部件間的相互影響，能夠有效地保證轉(zhuǎn)子鐵心的利用率。
[0015]綜上所述，本實用新型將機械傳動理論、磁通切換原理與永磁電機相融合，在保證電機功率密度一定的情況下，利用機械傳動的方式能夠有效地改變電機內(nèi)工作磁場的強弱，克服現(xiàn)有轉(zhuǎn)子永磁型機械調(diào)磁電機的缺點，有效解決磁通切換型永磁電機氣隙磁場調(diào)節(jié)困難的缺陷，是一類可應用于穩(wěn)壓發(fā)電及變速驅(qū)動領(lǐng)域的新型變磁通永磁同步電機。
【附圖說明】
[0016]圖1是漏磁式機械變磁通永磁同步電機整體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是漏磁式機械變磁通永磁同步電機剖面圖；
[0018]圖3是漏磁式機械變磁通永磁同步電機本體結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4是機械調(diào)磁裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5是單元電機磁路平面展開示意圖(基速以下)；
[0021]圖6是單元電機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，電樞繞組4，U型單元轉(zhuǎn)子鐵心5，永磁體，6，調(diào)磁塊7，轉(zhuǎn)盤8，踏桿