[发明专利]一种速比连续可调的磁齿轮电机

说明书

技术领域

本发明提出了速比连续可调的磁齿轮电机，本发明涉及电工、电机领域，可用于风力发电、潮汐能发电、波浪发电系统等新能源开发利用领域。

背景技术

可再生能源开发利用过程中，永磁电机日益受到关注。风能、潮汐能以及波浪发电，能量来源均为不稳定、可调性差、低速运动的自然能源，若通过永磁电机将其化为电能，低速电机设计不可避免地存在多极、体积大、成本高、系统效率低等问题。

发明内容

技术问题：本发明提供一种将低速电机运行与高速电机设计结合，能直接捕获低速且不稳定的风能、潮汐能、波浪能，使得整个发电系统的体积质量减小，成本降低、效率提高的速比连续可调的磁齿轮电机。

技术方案：本发明的速比连续可调的磁齿轮电机，包括由内之外依次设置的励磁转子、永磁转子、定子，所述励磁转子包括转轴、位于所述转轴外侧的内转子铁芯以及在内转子铁芯外表面开槽中放置的励磁绕组；所述永磁转子包括永磁转子铁芯、内嵌于所述永磁转子铁芯内部或者表贴于永磁转子铁芯内外表面的永磁体；所述定子包括定子铁芯和设置在所述定子铁芯的内表面开槽的电枢绕组；所述励磁转子和永磁转子之间形成第一层气隙；永磁转子和定子之间形成第二层气隙。励磁转子、永磁转子和定子构成以下任一种结构形式：圆形旋转结构、直线型平板式结构、直线型圆筒式结构。

进一步的，本发明电机中，所述励磁绕组用于产生和励磁电流对应的旋转磁场，所述电枢绕组是能量转换部件，向负载提供电能；

进一步的，本发明电机中，所述励磁绕组产生的旋转磁场与永磁转子形成的磁场相互作用，第一层气隙中蕴含的磁场能量推动永磁转子高速旋转；所述第二层气隙中，永磁转子形成的高速运行的磁场切割电枢绕组。

进一步的，本发明电机中，可调频率的三相交流电通过滑环通入励磁绕组，产生速度为N_f的旋转磁场，励磁转子自身以速度N₁旋转，永磁转子运行速度满足N₂＝N₁+N_f，N₂为永磁转子运行速度。

本发明电机中，所述励磁转子通过滑环和外部的三相交流电源连接，接通电源后形成的圆形旋转磁场以同步速N_f运动，同时，励磁转子通过转轴与外部驱动装置连接，驱动速度为N₁；通过控制流入励磁绕组中的三相交流的电流频率f，即可改变励磁绕组所产生的旋转磁场同步转速N_f＝60f/p，永磁转子运行速度按照变速G_r＝1+60f/pN₁增长，其中p为永磁磁极对数。

所述励磁绕组和电枢绕组均采用分数槽分数极距绕组，其优点有：①削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电势；②有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形；

所述永磁转子的构造方式有两种：其一为永磁体内嵌于铁芯内部，其二为永磁体分别表贴于转子铁芯的内、外表面；永磁体N极与S极交替沿圆周方向均匀分布；

优选的，速比连续可调的磁齿轮电机同轴并联耦合。

优选的，速比连续可调的磁齿轮电机铁心由普通硅钢片材料制成。

优选的，速比连续可调的磁齿轮电机中永磁体采用钕铁硼。

优选的，速比连续可调的磁齿轮电机的励磁绕组和电枢绕组采用双层绕组。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)永磁齿轮具有非接触性的特点，具有无机械磨损、低噪音、活动部件之间物理绝缘和固有的过负载保护等优势。永磁齿轮的主动转子和随动转子之间通过磁场传递转矩及速度，无需机械齿轮等中间传动机构，消除了由此带来的损耗。其过负载保护功能体现在：当负荷超过永磁齿轮的最大输出转矩时，主动转子随驱动装置继续运行，随动转子经过一个动态过程速度渐变为零，避免过负荷时对设备造成损害。

(2)采用低速电机运行与高速电机设计，通过磁齿轮的变速效应，使得永磁转子具有高速运行模式，克服了由于电机运行速度低所造成的装置体积庞大、功率密度较低的缺点，减小了系统整体的体积。传统电机一般与低速运动的驱动装置连接，不可避免地采用多极的发电机结构，造成电机体积过于庞大。若将永磁同步电机和磁齿轮的设计相结合，允许电机采用高速电机设计，达到减小电机乃至整个发电系统体积的目的。