一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机

1.本发明属于拖动电机领域，尤其涉及一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机。


背景技术：

2.拖动电机在矿用领域广泛用于提升机，传输带等装置，是核心动力来源。矿用设备存在负载和运行速度变化范围大的特点。电机普遍具有额定工作点下效率最高的能力，但是在轻载、过载、超低速或者高速情况下会出现效率降低，发热严重甚至输出转矩无法到达要求的情况。同步磁阻电机具有调速范围宽的优点，比较适用于工况多变的场合。然而在工作范围更宽的场合，容易出现转矩大小无法满足要求的情况。因此要求电机具有在宽工作范围内仍能高效工作的能力是拖动电机的设计难点。


技术实现要素：

3.发明目的：为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种宽工作域气隙磁场可调式拖动电机领域。
4.技术方案：本发明的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，包括转子铁心和定子铁心，在截面结构中，所述转子铁心上按照同步磁阻电机结构开设有多组隔磁槽，所述多组隔磁槽以转子铁心的转轴呈中心对称排列，每组隔磁槽中为多层单个隔磁槽结构，所述隔磁槽上设有转子直流励磁绕组；当直流励磁电流通入转子直流励磁绕组后，所产生的磁场方向与转子铁心d轴磁场的方向相同或相反，通过改变转子直流励磁电流的大小改变d轴磁场大小，从而控制转矩的大小，当产生的磁场方向与d轴磁场的方向相同时，电机转矩上升；当产生的磁场方向与d轴磁场的方向相反时，电机转矩下降，其中，d轴电机里的为直轴，q轴为电机里的交轴。
5.进一步的，所述隔磁槽的部分空间中安装永磁体或铁氧体，并在隔磁槽的剩余空间中安装转子直流励磁绕组，增加永磁体或者铁氧体可以进一步提升电机的转矩密度。
6.进一步的，所述隔磁槽的边缘开设转子附加槽，所述转子附加槽与相邻的隔磁槽打通，并在转子附加槽上安装转子直流励磁绕组，当两层隔磁槽之间距离较大时，采用该种方案可增加可转子直流励磁绕组得空间
7.进一步的，选择一个或多个相邻的两极的隔磁槽缠绕转子直流励磁绕组，通过该种方法课灵活配置转子直流励磁绕组的绕制方式，便于安装和加工。
8.进一步的，多组隔磁槽(4)为4-6组。
9.进一步的，所述定子铁心按照同步磁阻电机结构开设定子槽，所述定子槽内安装有定子电枢绕组。
10.进一步的，所述定子槽内还安装有定子励磁绕组，所述隔磁槽上还安装有交流感应绕组，在定子励磁绕组中通入励磁电流后，在交流感应绕组上感应出交流电流，通过全波或半波整流的旋转整流器为转子直流励磁绕组提供直流电，从而实现无刷励磁，采用上述无刷励磁方式可进一步增加本发明法案的可靠性。
11.进一步的，采用励磁机实现无刷化励磁，励磁机采用旋转电枢式电机结构，为电励磁电机，其转子与气隙磁场可调式广域高效拖动电机的转子同轴安装，励磁机旋转的电枢绕组与旋转整流器的输出端连接，旋转整流器为全波或半波整流，整流输出后的电流通入转子直流励磁绕组。
12.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：该种电机具有更加灵活的磁场调制能力，可灵活调整交轴电感和直轴电感差，扩展了电机工作范围。本发明充分利用了隔磁桥的空间，安装直流励磁绕组，在不改变传统同步磁阻电机铁心结构的基础上即可实现，具有很好的推广性。本发明也可以设计转子附加槽安放直流励磁绕组，增加了该种方案的灵活性。
附图说明
13.图1为以四极电机为例的开设转子附加槽的铁心冲片结构。
14.图2为开设转子附加槽的铁心对应的绕组安装方式。
15.图3为跨极式转子直流励磁绕组安装方式。
16.图4为无转子附加槽情况下的跨极式转子直流励磁绕组安装方式。
17.图5为转子直流励磁绕组的各线圈的连接方式。
18.图6中为无转子附加槽情况下的同极式转子直流励磁绕组安装方式。
19.图7为8个转子直流励磁绕组线圈的连接方式。
20.图8为无转子附加槽情况下的跨极式和同极式转子直流励磁绕组混合安装方式。
21.图9为转矩叠加原理。
22.图10为增加了永磁体或铁氧体的气隙磁场可调式广域高效拖动电机。
23.图11为采用励磁机实现气隙磁场可调式广域高效拖动电机无刷化的方法。
24.图12为采用感应励磁无刷化气隙磁场可调式广域高效拖动电机。
25.其中，1.定子铁心，2.定子电枢绕组，3.定子槽，4.隔磁槽，5.转轴，6.转子直流励磁绕组，7.转子附加槽，8.永磁体或铁氧体，9.定子励磁绕组，10.交流感应绕组，11.旋转整流器，12.转子铁心。6-1到6-8是转子直流励磁绕组6的组成部分。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
27.图1为开设转子附加槽的铁心冲片结构。以48槽4极，3层隔磁槽4的电机为例。在转子上开设转子附加槽7，转子附加槽7与邻近的隔磁槽4打通。在具体实施过程中可以选择每一层隔磁槽均配合增加相应的转子附加槽，或部分隔磁槽配合增加转子附加槽。
28.图2为开设转子附加槽7的铁心对应的绕组安装方式。在转子附加槽7安装转子直流励磁绕组6。直流励磁绕组6的单个线圈在上下两层相邻的转子附加槽7里绕制，例如直流励磁绕组6的其中一个单个线圈绕制在转子附加槽7-1和转子附加槽7-2。每个元件通过串联的方式连接组成直流励磁绕组。通过改变通入转子直流励磁绕组的直流电大小和方向调整相邻隔磁桥之间的磁链如图虚线所示，从而影响d轴磁链，控制d轴电感的大小。
29.图3为跨极式转子直流励磁绕组安装方式。转子附加槽7和转子直流励磁绕组6的安放也可以按照图3。转子直流励磁绕组6的单个线圈绕制在某一极下的其中一个转子附加
槽和临近极下的其中一个转子附加槽。两个转子附加槽关于图3所示的对称轴对称。
30.图4为无转子附加槽7情况下的跨极式转子直流励磁绕组安装方式。当未开设转子附加槽时，直接利用隔磁槽的空间安放直流励磁绕组6。例如图4中转子直流励磁绕组的一个线圈绕制在转子附加槽7-1和转子附加槽7-2上。转子附加槽7-1和转子附加槽7-2分别处于相邻的极下，两者关于对称轴对称。转子直流励磁绕组的各线圈通过串联的方式连接。通过改变直流电的大小和方向调整d轴磁链大小，从而影响d轴磁链，控制d轴电感的大小。
31.图5为转子直流励磁绕组的各线圈的连接方式。所示，以四极为例，转子直流励磁绕组6的每极线圈6-1、6-2、6-3、6-4串联。当注入直流励磁电流后即可实现ns交错的恒定磁场。
32.图6中为无转子附加槽情况下的同极式转子直流励磁绕组安装方式。图6为另外一种转子励磁绕组线圈的安装方式。转子直流励磁绕组的各线圈安装于同极下的相邻转子附加槽内。关于对称轴对称的两个线圈通入电路后产生的磁通方向相同。
33.图7为8个转子直流励磁绕组线圈的连接方式。各个线圈为串联方式。
34.图8为无转子附加槽7情况下的跨极式和同极式转子直流励磁绕组混合安装方式。转子直流励磁绕组的线圈既可以安装在同极下的隔磁槽内，也可以在相邻极下的隔磁槽内。
35.图9为转矩叠加原理。当电枢绕组2中通入电枢电流后，电机的转矩由磁阻转矩和电励磁转矩叠加。
36.图10为增加了永磁体或铁氧体8的气隙磁场可调式广域高效拖动电机。在上述方法的隔磁槽内安装永磁体或者铁氧体，以增加电机的转矩密度。
37.图11为采用励磁机实现气隙磁场可调式广域高效拖动电机无刷化的方法。励磁机采用旋转电枢式电机结构，为电励磁电机，其转子与气隙磁场可调式广域高效拖动电机的转子同轴安装。励磁机旋转的电枢绕组与旋转整流器的输出端连接，旋转整流器为全波或半波整流，整流输出后的电流通入转子直流励磁绕组。
38.图12为采用感应励磁无刷化气隙磁场可调式广域高效拖动电机。为了解决转子直流励磁绕组安放在转子铁心上而需要电刷励磁的问题，在定子槽3内安装定子励磁绕组9，在隔磁槽上安装交流感应绕组10。在定子励磁绕组9中通入励磁电流后，在交流感应绕组10上感应出交流电流，通过全波或半波整流的旋转整流器11为转子直流励磁绕组提供直流电，从而实现无刷励磁。

技术特征：
1.一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，包括转子铁心(12)和定子铁心(1)，其特征在于，在截面结构中，所述转子铁心(12)上按照同步磁阻电机结构开设有多组隔磁槽(4)，所述多组隔磁槽(4)以转子铁心(12)的转轴(5)呈中心对称排列，每组隔磁槽(4)中为多层单个隔磁槽结构，所述隔磁槽(4)上设有转子直流励磁绕组(6)；当直流励磁电流通入转子直流励磁绕组后，所产生的磁场方向与转子铁心(12)d轴磁场的方向相同或相反，通过改变转子直流励磁电流的大小改变d轴磁场大小，从而控制转矩的大小，当产生的磁场方向与d轴磁场的方向相同时，电机转矩上升；当产生的磁场方向与d轴磁场的方向相反时，电机转矩下降。2.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，所述隔磁槽(4)的边缘开设转子附加槽(7)，所述转子附加槽(7)与相邻的隔磁槽(4)打通，将转子直流励磁绕组(6)安装于转子附加槽(7)内。3.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，所述隔磁槽(4)的部分空间中安装永磁体或铁氧体(8)，并在隔磁槽(4)的剩余空间中安装转子直流励磁绕组(6)。4.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，选择一个或多个相邻的两极的隔磁槽(4)缠绕转子直流励磁绕组(6)。5.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，所述多组隔磁槽(4)为4-6组。6.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，所述定子铁心(1)按照同步磁阻电机结构开设定子槽(3)，所述定子槽(3)内安装有定子电枢绕组(2)。7.根据权利要求6所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，所述定子槽(3)内还安装有定子励磁绕组(9)，所述隔磁槽(4)上还安装有交流感应绕组(10)，在定子励磁绕组(9)中通入励磁电流后，在交流感应绕组(10)上感应出交流电流，通过全波或半波整流的旋转整流器(11)为转子直流励磁绕组提供直流电，从而实现无刷励磁。8.根据权利要求1所述的一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，其特征在于，采用励磁机实现无刷化励磁，励磁机采用旋转电枢式电机结构，为电励磁电机，其转子与气隙磁场可调式广域高效拖动电机的转子同轴安装，励磁机旋转的电枢绕组与旋转整流器(11)的输出端连接，旋转整流器(11)为全波或半波整流，整流输出后的电流通入转子直流励磁绕组。

技术总结
本发明公开了一种气隙磁场可调式广域高效拖动电机，包括转子铁心和定子铁心，所述转子铁心上按照同步磁阻电机结构开设有多组隔磁槽，所述多组隔磁槽以转子铁心的转轴呈轴对称排列，每组隔磁槽中为多层单个隔磁槽结构，所述隔磁槽上安装转子直流励磁绕组。本发明可以进行无刷化励磁设计，直接配备励磁机，通过整流电路，实现无刷化励磁；或在隔磁槽内布置谐波磁场感应绕组，通过整流后为转子励磁绕组供电，实现无刷化励磁。谐波磁场感应绕组的极对数为转子励磁绕组或者电机极对数的一半或者两倍。者两倍。者两倍。


技术研发人员：朱姝姝 胡耀华 李烽 王凯 刘闯
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/5