[发明专利]一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机

说明书

本发明提供了一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，包括定子和转子，其特征在于：定子绕组为三相交流绕组或双三相交流绕组，转子由电励磁磁极和永磁磁极交替排列成至少四极结构，转子谐波绕组连接励磁绕组，所述电励磁磁极采用谐波电流无刷励磁，永磁磁极采用永磁体V型内嵌式排列，永磁体的两端和永磁磁极之间设有漏磁通路径，弱磁时漏磁通路径供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径供电励磁磁通通过。本发明在已有谐波励磁技术的基础上，提出谐波励磁‑永磁漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，可应用于风力发电和混合动力汽车等各个工业领域。

技术领域

本发明涉及一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机。

背景技术

同步电机具有功率密度高、效率高等优良特性，在电动汽车、风力发电和自动化制造设备等工业领域中得到广泛应用。然而，永磁同步电机一直存在三个有待解决的问题：(1)永磁体所产生的励磁磁通难以调节；(2)永磁材料存在失磁风险导致电机不能工作；(3)随着永磁材料的日益广泛应用，导致其价格昂贵，需减少用量。兼具永磁电机高功率密度和电励磁电机励磁磁通可调节的混合励磁电机是解决上述问题的重要途径。

混合励磁电机中的励磁源包含永磁体和电励磁线圈两部分。永磁体自带磁场，无需外部激励，因此，无刷混合励磁电机的结构及性能主要取决于电励磁的方式。按电励磁线圈所处的位置来划分，现有无刷混合励磁电机方案可以分为定子侧电励磁型无刷混合励磁电机和转子侧电励磁型无刷混合励磁电机。

定子侧电励磁型无刷混合励磁电机主要有：无刷爪极混合励磁电机，转子磁分路混合励磁电机，磁极交错轴向磁通混合励磁电机和双凸极混合励磁电机。无刷爪极混合励磁电机励磁线圈处于定子端部，与有刷爪极电机相比，有附加气隙，加上本来存在漏磁较大等不足，导致功率密度较低。转子磁分路混合励磁电机存在轴向磁通路径，增大了涡流损耗，同样也存在附加气隙。磁极交错轴向磁通混合励磁电机也存在轴向磁通路径，以及铁芯被分为两段，导致功率密度和材料利用率难以提高。双凸极混合励磁电机励磁部分都在定子上，转子结构简单，但是由于保持较大转矩与输出波形的正弦性存在固有矛盾，导致该电机的转矩波动大和输出电压波形非正弦等问题始终不好解决。由上述可得，定子侧电励磁型无刷混合励磁电机励磁能量主要通过直流磁场传递，没有利用动生电动势，励磁效率低。磁路中存在附加气隙，导致需要较大的励磁电流。

转子侧电励磁型无刷混合励磁电机主要有：齿谐波混合励磁电机，耦合变压器励磁电机。齿谐波混合励磁电机能实现无刷励磁，但是其励磁源来自电机固有的齿谐波，导致励磁电流调节范围有限。耦合变压器励磁电机增加了电机的轴向长度，加上磁通经过附加气隙，导致功率密度降低。此外，由硅钢片构成的壳式U形同心铁芯的制作工艺复杂，体积笨重，增加了制造成本。根据上述可知，转子侧电励磁型无刷混合励磁电机励磁能量主要通过交变磁场传递，并利用动生电动势，励磁效率高。但是现有转子侧电励磁型无刷混合励磁电机依然存在磁场调节范围有限，轴向长度增加等不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有混合励磁电机中存在轴向磁通路径、轴向长度增加和磁场调节范围有限等问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种漏磁可调式无刷混合励磁同步发电机，包括定子和转子，其特征在于：定子绕组为三相交流绕组或双三相交流绕组，转子由电励磁磁极和永磁磁极交替排列成至少四极结构，转子谐波绕组连接励磁绕组，所述电励磁磁极采用谐波电流无刷励磁，永磁磁极采用永磁体V型内嵌式排列，永磁体的两端和永磁磁极之间设有漏磁通路径，弱磁时漏磁通路径供永磁体漏磁通通过，增磁时漏磁通路径供电励磁磁通通过。

优选地，所述转子谐波绕组为单相绕组，转子谐波绕组的节距为励磁绕组节距的1/3。

优选地，所述转子包括主齿和分齿，主齿与分齿连接，转子谐波绕组嵌套在永磁磁极和电励磁磁极的分齿结构上。

优选地，所述定子绕组为开放式绕组，通过双三相功率变换器注入三次谐波电流实现转子励磁。