混合励磁电机的结构

混合励磁电机中存在两个磁动势源：永磁体磁动势和电励磁磁动势。在电机运行过程中，永磁体工作点基本不变，可近似将其看作一个恒定磁动势源；而电励磁磁动势的幅值和方向可调，可看作一个可变磁动势源。

混合励磁电机有多种结构，按照永磁体磁动势和电励磁磁动势的相互作用关系，可以分为串励式、并励式和混励式。两个磁动势之间的相互作用关系直接影响混合励磁电机的性能。

典型的串励式混合励磁电机结构如图6-6所示。磁动势串联结构的混合励磁电机在永磁体磁路上叠加一个电励磁磁动势源，对于电励磁磁动势源来说，永磁体相当于等厚的空气，过大的气隙会导致过大的励磁功率。另外，助磁时受铁芯饱和效应的影响，其助磁幅度受到限制；而弱磁时，由于永磁体矫顽力的限制，必须保证电励磁磁动势不会对永磁体产生不可逆退磁的危险，因此其弱磁范围不大。

图6-6 典型的串励式混合励磁电机

（a）双凸极混合励磁电机；（b）同步/永磁混合励磁电机 1—定子轭部；2—永磁体；3—直流励磁绕组

总体上看，磁动势串联结构的混合励磁电机调磁范围有限，对永磁体有不可逆退磁的危险，且产生单位磁通的励磁功率较大，电机整体效率较低。不过，串励式结构混合励磁电机具有结构紧凑、漏磁小的优点。

并励式混合励磁电机结构如图6-7所示。并励式结构是永磁电机和电励磁同步电机组合后共用一个定子铁芯和定子绕组。电机的转子有两种组合形式：一是永磁转子和电励磁转子沿轴向组合，可以通过调节两个转子的长度比例来达到所需的磁场调节范围；二是永磁转子和电励磁转子沿周向组合，即将电机分成若干组周向均匀的完全相同的单元电机，单元电机由永磁体磁极和电励磁磁极组成。永磁体磁极和电励磁磁极之间采取隔磁措施将两者磁路隔离，确保各自磁路相互独立。每单元电机的绕组形成一条电枢支路，各电枢支路之间可以串联、并联或混联，也可以单独运行。通过调节单元电机永磁体磁极与电励磁磁极的比例来控制磁场的调节范围。

并励式混合励磁电机的励磁损耗小、控制磁场能力强。同时，永磁体没有不可逆退磁的危险，然而，现有的并联式混合励磁电机仍然不尽如人意。如果轴向组合转子式混合励磁电机的励磁绕组一侧端部占据了定子铁芯和定子绕组的有效空间，则会降低材料的有效利用率，导致电机成本增大，效率降低。

典型的混励式混合励磁电机的结构如图6-8所示。混励式结构中，永磁体磁路和电励磁磁路基本上相互独立，电励磁磁动势不直接或很少一部分作用到永磁体上，只是在铁芯某部位共磁路，一般不会有永磁体不可逆退磁的危险。然而，现有混励式混合励磁电机结构比较复杂，电励磁绕组散热困难，不便于工程实践和产品化。同时，磁路长、漏磁大，电励磁控制磁场能力不如并励式结构混合励磁单机。

图6-7 并励式混合励磁电机结构

（a）轴向组合式；（b）周向组合式 1—永磁体；2—固定块；3—定子；4—励磁绕组；5—励磁机；6—隐极式电励磁转子；7—IPM转子； 8—轴；9—隔磁桥；10—定子铁芯；11—机座；12—电枢绕组；13—转子铁芯；14—转子压板

图6-8 典型的混励式混合励磁电机

（a）径向式磁极分割型；（b）轴向式磁极分割型；（c）双馈电Kaman结构；（d）混合励磁爪极 1，12—永磁体；2—直流励磁绕组；3—叠片定子；4—实心定子；5—实心转子；6—电枢绕组；7—铁芯极； 8—铁芯极助磁；9—永磁磁通；10—爪极；11—定子铁芯；13—轴

对三种混合励磁结构进行比较表明，并励式混合励磁单机的电励磁控制磁场能力和永磁体的可靠性优于串励式、混励式混合励磁单机，是一种永磁磁动势和电励磁磁动势组合的首选方案。但是如何避免现有并励式混合励磁电机存在的弊端，改进其拓扑结构，使电机结构紧凑，材料利用率更好，则是混合励磁电机深入研究的主要内容，也是决定混合励磁电机是否具有市场竞争力，能进一步推广应用并得到认可的关键所在。因此混合励磁电机的深入研究要从拓扑结构优化设计的层面入手，针对强混合励磁电机基础理论和设计方法进行研究，开发低成本、高性能的混合励磁电机，满足市场的需求。