变极转子调磁电机 |
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| 申请号 | CN202211144667.X | 申请日 | 2022-09-20 | 公开(公告)号 | CN117277627A | 公开(公告)日 | 2023-12-22 |
| 申请人 | 罗灿; | 发明人 | 罗灿; | ||||
| 摘要 | 变极 转子 调磁 电机 ，作为可变速电机、可变速 风 力 发电系统或可变速混动器，由 定子 、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制 电路 组成，特征是：调磁环位于定子和转子之间，转子采用可变极永磁转子，定子极对数、调磁 块 数和转子极对数的调磁匹配关系可切换，电枢 磁场 转速、调磁环转速和转子转速的调磁运动关系可切换，可以开展定子调节。 | ||||||
| 权利要求 | 1.变极转子调磁电机，由定子、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路组成，特征在于：调磁环位于定子和转子之间，转子采用可变极永磁转子，定子极对数、调磁块数和转子极对数的调磁匹配关系可切换，电枢磁场转速、调磁环转速和转子转速的调磁运动关系可切换，可以开展定子调节； |
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| 说明书全文 | 变极转子调磁电机技术领域[0001] 本发明涉及具有三个转动部件的调磁电机。具体是调磁环位于定子和转子之间，转子采用可变极永磁转子，定子极对数、调磁块数和转子极对数的调磁匹配关系可切换，电枢磁场转速、调磁环转速和转子转速的调磁运动关系可切换，可开展定子调节。这就是变极转子调磁电机。 背景技术[0002] 电机的部件包括定子、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路等。电机一般是圆柱状转子位于电机中心内部、圆环状定子位于外部包围转子，这是内转子径向磁通电机。拓扑技术可以实现圆柱状定子位于电机中心内部，圆环状转子位于外部包围定子，这是外转子径向磁通电机。拓扑技术还可以实现盘状定子位于电机一侧，盘状转子位于电机另一侧，定子转子均围绕电机轴转动，这是轴向磁通电机。拓扑技术还可以实现线状排列定子与线状排列转子相对平行运动的直线电机。上述运用于具有两个转动部件电机的拓扑技术是成熟技术，拓扑技术也可以运用于具有三个转动部件的电机。调磁电机是具有三个转动部件的电机。电机都努力丰富功能，具有三个转动部件的调磁电机，功能比具有两个转动部件的电机丰富。传统三相交流变极电机，其控制电路切换齿部绕组三相电枢电流来实现定子极对数变极，转子采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对 数；作为具有定子电枢磁场和转子这两个转动部件的电机，该电机是额定转速可变速电机，但无法作为混动器。作为混动器需要具有三个转动部件。本发明提出变极转子调磁电机，定子电枢磁场、调磁环和转子各是一个转动部件，可作为可变速电机，也可作为可变速混动器或可调速风力发电系统。该电机转子采用可变极永磁转子，设置永磁体与可变磁体形成转子磁场，控制电路切换可变磁体的励磁电流来实现转子极对数变极，这是转子结构的创新。 本发明创造性地在电机中运用同心磁齿轮的调磁效应，利用电枢磁场转速替代同心磁齿轮中具有极对数的一个磁环的转速，改造无动力的同心磁齿轮，形成具有三个转动部件的电机称为调磁电机。所述调磁是调磁效应，是调磁环把电枢磁场调制成为与转子磁场匹配的谐波磁场，转子磁环与这谐波磁场同步；调磁环把转子磁场调制成为与电枢磁场匹配的谐波磁场，电枢磁场与该谐波磁场同步；像同心磁齿轮三部件一样按调磁运动关系互动。同心磁齿轮是具有极对数的两个磁环被中间具有调磁块的调磁环调制形成调磁效应的磁性齿 轮传动结构，参见（Atallah and Howe,2001）。所述调磁匹配关系是定子极对数、调磁块数和转子极对数这三者形成下列等式关系之一：调磁匹配关系一，定子极对数+转子极对数=调磁块数；调磁匹配关系二，定子极对数+调磁块数=转子极对数。与这二种调磁匹配关系依次对应的二种调磁运动关系是：调磁运动关系一，定子极对数*电枢磁场转速+转子极对数*转子转速=调磁块数*调磁环转速；调磁运动关系二，定子极对数*电枢磁场转速+调磁块数*调磁环转速=转子极对数*转子转速。*为乘号。所述三相交流电为+a相、‑c相、+b相、‑a相、+c相和‑b相的正弦交变电流，其中+a相、+b相和+c相这三相依次滞后120度电相位。所述二相交流电为+a相、+b相、‑a相和‑b相的正弦交变电流，这四相依次滞后90度电相位。所述直流电是在一个步长时间中不变的单向电流，在不同步长时间中可以为正电流或负电流。所述可变极永磁转子上的磁体形成转子极对数的结构形式有halbach式、表面贴合式、表面嵌入式、内部径向式、内部切向式和CP式，CP式又称为单极性式。 [0003] 本发明提出转子采用可变极永磁转子，调磁环位于定子和转子之间，可开展定子调节的变极转子调磁电机，就是要创新转子结构、创新电机结构、丰富电机性能。电机行业需要变极转子调磁电机。 发明内容[0004] 变极转子调磁电机，由定子、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路组成。与电源等电气部件形成电路连接，与风轮、发电机、油机和传动轴等机械部件形成机械连接。特征在于：调磁环位于定子和转子之间，转子采用可变极永磁转子，定子极对数、调磁块数和转子极对数的调磁匹配关系可切换，电枢磁场转速、调磁环转速和转子转速的调磁运动关系可切换，可以开展定子调节。 [0005] 定子由定子铁芯和电枢绕组组成，采用成熟技术。定子铁芯由轭部和齿部组成，采用软磁材料，如硅钢材料。电枢绕组由导线绕制而成，绕制形式包括轭绕组和齿部绕组，分别围绕定子铁芯的轭部和齿部绕制而成，流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子电枢磁场，具有定子极对数，具有电枢磁场转速。齿部绕组形成电枢磁场是成熟技术。轭绕组形成电枢磁场的过程是，各轭绕组流通电枢电流形成轭部磁场，同向轭部磁场叠加、异向轭部磁场汇集，汇集在最近的齿部形成面向转子的齿部磁场就是电枢磁场。流通正向电流形成顺时针方向轭部磁场的轭绕组是正轭绕组。电枢绕组与变流器形成电路连接。 [0006] 调磁环由调磁块、绝缘块和环体组成，位于定子与转子之间。是成熟技术。调磁块采用软磁材料，例如硅钢材料，沿调磁环周向均匀布置在环体上。绝缘块采用不导磁材料，例如环氧树脂材料或空气，沿调磁环周向均匀布置在调磁块的间隔中。环体用于保持调磁块和绝缘块的位置、保持调磁环的形状。调磁环重心与转子轴线重合。调磁环可以机械转动，具有调磁环转速。 [0007] 转子采用可变极永磁转子，由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成。转子可以机械转动，具有转子极对数，具有转子转速。磁体由多块永磁体和多块可变磁体组成，可变磁体选择采用软磁材料或记忆永磁材料这两者之一。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而切换转子极对数。转子重心与转子轴线重合。可变磁体采用软磁材料时，通过持续的励磁电流形成可变磁场；可变磁体采用记忆永磁材料时，通过短时的励磁电流形成可变磁场。永磁体形成形成不变的转子极对数，这是成熟技术。多块永磁体与多块可变磁体组合，形成可变的转子极对数，这是创新技术，此前没有这种转子极对数可变的永磁转子。所述永磁体采用硬磁材料，例如铁氧体材料或钕铁硼材料，具有永久励磁。所述软磁材料，例如硅钢材料。所述记忆永磁材料材料，例如铝镍钴材料。 [0008] 定子电枢磁场、调磁环和转子是三个转动部件，相互之间可相对转动。定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系，调磁匹配关系即下列等式关系之一：调磁匹配关系一，定子极对数+转子极对数=调磁块数；调磁匹配关系二，定子极对数+调磁块数=转子极对数。本发明按调磁匹配关系开展转子极对数变极。本发明不限定定子的结构形式。本发明不限定永磁体和可变磁体形成转子极对数的结构形式。 [0009] 集电环电刷采用多套集电环电刷，包括选择采用普通集电环电刷或开关集电环电刷这两者之一，均为成熟技术。当可变磁体采用软磁材料时，集电环电刷采用普通集电环电刷。普通集电环电刷的电刷持续保持与集电环接触。控制电路通过普通集电环电刷持续给励磁绕组提供励磁电流使可变磁体形成可变磁场。当可变磁体采用记忆永磁材料时，集电环电刷采用开关集电环电刷。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通；控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使可变磁体形成可变磁场。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，控制电路与励磁绕组不连通。 [0011] 变流器是可以改变电枢绕组电流的频率、幅值、相位、相序的成熟部件。变流器连接电源与定子电枢绕组，变流器改变定子电枢绕组电流的频率、幅值、相位、相序，改变电枢磁场转速，从而按调磁运动关系改变三个转动部件的转速就是定子调节。定子调节会导致电流输入定子电枢绕组用电或定子电枢绕组发电电流流出。用电或发电均受变流器和控制电路控制。变流器采用成熟技术。 [0012] 控制电路控制定子电枢绕组的电流，控制定子调节。控制电路控制转子励磁绕组的励磁电流，控制转子极对数变极；转子极对数变极导致调磁匹配关系和调磁运动关系变化。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开。控制电路也控制变流器。电源采用成熟技术。控制电路采用成熟技术。 [0013] 与调磁匹配关系依次对应，电枢磁场转速、调磁环转速与转子转速形成下列调磁运动关系之一：调磁运动关系一，定子极对数*电枢磁场转速+转子极对数*转子转速=调磁块数*调磁环转速；调磁运动关系二，定子极对数*电枢磁场转速+调磁块数*调磁环转速=转子极对数*转子转速。本发明按调磁运动关系开展转子极对数变极和定子调节。 [0014] 当转子极对数变极时，调磁匹配关系变化，调磁运动关系公式或系数也变化，电机的额定转速变化；转子极对数变极形成一种变速。定子调节，在不改变调磁运动关系公式或系数的前提下，三种转动部件的转速互动变化，形成另一种变速。本发明可作为可变速混动器或风力发电系统；锁止调磁环，可作为可变速电机。 [0015] 各实施例，油机输入油机动力，风轮输入机械动力，传动轴输出机械动力。当调磁环机械连接油机，转子机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，是第一种混动器。当转子机械连接油机，调磁环机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，是第二种混动器。这两种混动器转子极对数变极和定子调节的目标是油机输入转速稳定、传动轴转速变化范围大，便于在传动轴转速大幅变动条件下油机稳定运行于高效率转速区域。其中定子调节时，定子发电可以经变流器和控制电路流向外接的电源，定子用电可以经控制电路和变流器来源于电源。当调磁环机械连接风轮，转子机械连接一台发电机、发电机输出电力，定子电枢绕组电路连接变流器，是第一种风力发电系统。当转子机械连接风轮，调磁环机械连接一台发电机，定子电枢绕组连接变流器，是第二种风力发电系统。这两种系统转子极对数变极和定子调节的目标是风轮转速变化范围大，发电机转速稳定、发电频率稳定方便并网。其中定子调节时，定子发电经变流器和控制电路流向电网，定子用电经控制电路和变流器来源于电网。定子调节包括调节发电输出电力和调节用电输入电动力。当转子极对数变极使风轮转速变化范围为2倍时，如果变流器和电枢绕组额定功率达发电机额定功率的33.3%，转子极对数变极和定子调节共同作用，使风轮转速变化范围为4倍。当转子极对数变极使风轮转速变化范围为3倍时，如果变流器和电枢绕组额定功率达发电机额定功率的 50%，转子极对数变极和定子调节共同作用，使风轮转速变化范围为9倍。当转子极对数变极使风轮转速变化范围为4倍时，如果变流器和电枢绕组额定功率达发电机额定功率的60%，转子极对数变极和定子调节共同作用，使风轮转速变化范围为16倍。所述发电机是成熟技术的外设备。所述传动轴是机械动力向动力使用机构输出的外部件。锁止调磁环、转子机械连接传动轴，形成可变速电机。当转子极对数为小极对数时，定子电枢磁场正转，转子反转。 当转子极对数为大极对数时，定子电枢磁场正转，转子反转。 [0016] 传统三相交流变极电机，采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对数，实现转子与定子同时变极、是可变速电机，作为异步电机效率不高。传统混动器采用行星排机械或采用同心磁齿轮，有三个转动部件，第一个转动部件机械连接油机，第二个转动部件机械连接电机一E1，第三个转动部件机械连接电机二E2。传统混动器需要配置E1和E2两台电机，结构复杂，体积大，不可变速。传统双馈交流异步可调速风力发电机需要三套集电环电刷来控制三相转子励磁电流来调速，风轮转速范围窄，不可变速，发电效率低。2022年3月本人申报发明的《双变极双馈异步电机》需要三套集电环电刷来控制单相转子励磁电流调速，可变速，风轮转速范围较宽，电路复杂，集电环电刷效率低。 [0017] 本发明在电机中创造性运用同心磁齿轮的调磁效应，利用电枢磁场转速替代同心磁齿轮中具有极对数的一个磁环的机械转速，形成的变极转子调磁电机本身具有三个转动部件，可作为可变速电机和可调速风力发电系统，还可作为节约一台电机的可变速混动器；这是对电机结构的创新。在本发明之前，存在永磁体形成转子极对数不变的转子；本发明提出永磁体和可变磁体形成转子极对数可变的可变极永磁转子，这是转子结构的创新。本发明有益之处在于：相比传统可变速电机，本发明效率高，变速范围大；相比传统混动器，本发明可变速、结构简单、体积小、节约一台电机；相比传统可调速风力发电系统，本发明风轮转速范围宽，发电效率高。在此之前没有相同的变极转子调磁电机。 [0018] 本说明书在三个实施例中叙述定子极对数、调磁块数和转子极对数这三种数组合的电机，这三种数分别乘以N可以形成新组合，N为自然数。业内技术人员可利用公开知识将新组合的电机推导出来，这些均属于发明的保护范围。 [0019] 所述电源、电网、并网、定子铁芯、转子铁芯、转子轴、电枢绕组、轭绕组、齿部绕组、励磁绕组、笼形感应转子、电枢磁场、转子磁场、极对数、调磁环、调磁块数、同心磁齿轮和转动部件均为成熟技术。附图说明 [0020] 图1为变极转子调磁电机一剖面图一，也是实施例1示意图之一。 [0021] 图2为变极转子调磁电机一剖面图二，也是实施例1示意图之二。 [0022] 图3为变极转子调磁电机二剖面图一，也是实施例2示意图之一。 [0023] 图4为变极转子调磁电机二剖面图二，也是实施例2示意图之二。 [0024] 图5为变极转子调磁电机三剖面图一，也是实施例3示意图之一。 [0025] 图6为变极转子调磁电机三剖面图二，也是实施例3示意图之二。 [0026] 图7为图1的轴向A‑A剖面图，也是所有第一种可变速混动器或第一种风力发电系统的轴向剖面图。 [0027] 图8为图2的轴向B‑B剖面图，也是所有可变速电机的轴向剖面图。 [0028] 图9为图3的轴向C‑C剖面图，也是所有第二种可变速混动器或第二种风力发电系统的轴向剖面图。 [0029] 各图中，1为定子铁芯轭部，2为电枢绕组，3为定子铁芯齿部，4为调磁块，5为绝缘块，6为转子铁芯，7为永磁体，8为可变磁体，9为励磁绕组，10为转子轴，11为调磁环，12为定子，13为转子，14为集电环电刷的集电环，15为输出端，21为第二种可变磁体，22为第二种励磁绕组。各电枢绕组、各励磁绕组以少数匝数电线（小圆圈）示意，实际电线匝数按实际需要设置。各轭绕组的相位序号标示在该轭部外侧，相位序号是电枢绕组标示的成熟技术。支承部件、机壳、变流器和控制电路等未画出，集电环电刷中的电刷未画出，调磁环的环体未画出。各磁体形成的磁场方向如磁体中的箭头所示，无箭头的磁体处于消磁状态。电源、发电机和风轮未画出。各部件只示意相互关系，未反映实际尺寸。 具体实施方式[0030] 实施例1：变极转子调磁电机一，由定子、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路组成。 [0031] 定子由定子铁芯和电枢绕组组成，是外定子，采用成熟技术。定子铁芯具有六段轭部六个齿部。电枢绕组采用六段轭绕组，与变流器形成电路连接，流通三相交流电形成电枢磁场。六段轭绕组顺时针布置，依次分别流通+a相、‑c相、+b相、‑a相、+c相和‑b相的三相交流电，形成定子电枢磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。 [0032] 调磁环由调磁块、绝缘块和环体组成，位于定子和转子之间，是成熟技术。三块调磁块采用软磁材料硅钢材料沿周向设置在环体上。三块绝缘块采用环氧树脂材料设置在调磁块之间。环体用于保持调磁块和绝缘块的位置、保持调磁环的形状。 [0033] 转子采用可变极永磁转子，由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成，结构形式是表面嵌入式。转子铁芯有四个齿部，磁体嵌入转子铁芯齿部之间。磁体由二块永磁体和二块可变磁体组成。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换转子极对数。在图1中转子极对数为4，在图2中转子极对数为2。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用记忆永磁材料铝镍钴材料，通过短时的励磁电流形成可变磁场。 [0034] 定子电枢磁场、调磁环和转子是三个转动部件，相互之间可相对转动。转子极对数为4时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系二，定子极对数1+调磁块数3=转子极对数4。转子极对数为2时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系一：定子极对数1+转子极对数2=调磁块数3。 [0035] 集电环电刷采用二套开关集电环电刷，为成熟技术。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使可变磁体形成可变磁场。在图1中，短时励磁电流使二块可变磁体形成一种可变磁场，转子极对数为4。在图2中，短时励磁电流使二块可变磁体形成另一种可变磁场，转子极对数为2。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，励磁绕组与控制电路不连通。 [0036] 支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。 [0037] 变流器是成熟部件。变流器连接电源与定子电枢绕组，变流器改变定子电枢绕组电流的频率、幅值、相位、相序，从而改变电枢磁场转速，按调磁运动关系改变三个转动部件的转速就是定子调节。定子调节会导致电流输入定子电枢绕组用电或定子电枢绕组发电电流流出。 [0038] 控制电路控制定子电枢绕组的电流，控制定子调节。控制电路控制转子励磁绕组的励磁电流，控制转子极对数变极。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开，以便励磁电流通入或断开。控制电路也控制变流器。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。 [0039] 当转子极对数变极时，本实施例电机的调磁匹配关系种类和系数都变化，电机的额定转速变化。三个转动部件的转速互动，可作为可变速混动器或风力发电系统。当转子极对数为4时，调磁运动关系二为：定子极对数1*电枢磁场转速+调磁块数3*调磁环转速=转子极对数4*转子转速。当转子极对数为2时，调磁运动关系一为：定子极对数1*电枢磁场转速+转子极对数2*转子转速=调磁块数3*调磁环转速。转子极对数变极前后调磁运动关系的变化，形成一种变速。定子调节形成另一种变速。 [0040] 调磁环机械连接油机，转子机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种混动器；参见图7，输出端输出箭头与传动轴机械连接。转子机械连接油机，调磁环机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第二种混动器；参见图9，输出端输出箭头与传动轴机械连接。这两种混动器转子极对数变极和定子调节的目标是油机输入转速稳定、传动轴转速变化范围大，在传动轴大范围变速前提下油机稳定运行于高效率转速区域。方法是：第一种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至2倍时，转子极对数从4切换为 2。定子调节，转子极对数为2时，定子电枢磁场与油机反向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机同向转动是定子发电是从混动器输出电力。第二种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至2倍时，转子极对数从2切换为4。定子调节，转子极对数为 4时，定子电枢磁场与油机同向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机反向转动是定子发电是从混动器输出电力。 [0041] 调磁环机械连接风轮，转子机械连接一台发电机输出电力，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种风力发电系统；参见图7，输出端输出箭头与一台发电机形成机械连接。转子机械连接风轮，调磁环机械连接一台发电机，定子电枢绕组连接变流器，形成第二种风力发电系统；参见图9，输出端输出箭头与一台发电机形成机械连接。这两种系统转子极对数变极和定子调节的目标是风轮转速变化范围大，发电机转速稳定、发电频率稳定方便并网。方法是：第一种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至2倍时，转子极对数从2切换为4。定子调节，当转子极对数为4时，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子用电以便调高发动机转速。第二种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至2倍时，转子极对数从4切换为2。定子调节，当转子极对数为2时，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子用电以便调高发电机转速。 [0042] 锁止调磁环、转子机械连接传动轴输出动力，形成可变速电机，参见图8。当转子极对数为4时，转子转速是电枢磁场转速的1/4，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相同；当转子极对数为2时，转子转速是电枢磁场转速的‑1/2，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相反。 [0043] 实施例2：变极转子调磁电机二，由定子、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路组成。 [0044] 定子与实施例1的定子完全相同。 [0045] 调磁环由调磁块、绝缘块和环体组成，位于定子和转子之间，其重心与转子轴线重合，是成熟技术。二块调磁块采用软磁材料硅钢材料设置在环体上。二块绝缘块采用不导磁材料环氧树脂材料设置在调磁块之间。环体用于保持调磁块和绝缘块的位置、保持调磁环的形状、调节重心平衡。 [0046] 转子采用可变极永磁转子，由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成，结构形式是内部切向式。转子铁芯为六个齿部。磁体由四块永磁体和二块可变磁体组成，嵌入在转子铁芯内部，磁体形成转子极对数的结构形式是内部切向式。转子重心与转子轴线重合。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换转子极对数。在图3中转子极对数为3，在图4中转子极对数为1。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用记忆永磁材料铝镍钴材料，通过短时的励磁电流形成可变磁场。 [0047] 定子电枢磁场、调磁环和转子是三个转动部件，相互之间可相对转动。转子极对数为3时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系二，定子极对数+调磁块数=转子极对数。转子极对数为1时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系一：定子极对数+转子极对数=调磁块数。 [0048] 集电环电刷采用二套开关集电环电刷，为成熟技术。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使可变磁体形成可变磁场。在图3中，短时励磁电流使二块可变磁体形成一种可变磁场，转子极对数为3。在图4中，短时励磁电流使二块可变磁体形成另一种可变磁场，转子极对数为1。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，励磁绕组与控制电路不连通。 [0049] 支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。 [0050] 变流器是成熟部件。变流器连接电源与定子电枢绕组，变流器改变定子电枢绕组电流的频率、幅值、相位、相序，改变电枢磁场转速，从而按调磁运动关系改变三个转动部件的转速就是定子调节。定子调节会导致电流输入定子电枢绕组用电或定子电枢绕组发电电流流出。 [0051] 控制电路控制定子电枢绕组的电流，控制定子调节。控制电路控制转子励磁绕组的励磁电流，控制转子极对数变极。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开，以便励磁电流通入或断开。控制电路也控制变流器。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。 [0052] 当转子极对数变极时，本实施例电机的调磁匹配关系种类和系数都变化，电机的额定转速变化。三个转动部件的转速互动，可作为可变速混动器或风力发电系统。当转子极对数为3时，调磁运动关系二：定子极对数1*电枢磁场转速+调磁块数2*调磁环转速=转子极对数3*转子转速。当转子极对数为1时，调磁运动关系一为：定子极对数1*电枢磁场转速+转子极对数1*转子转速=调磁块数2*调磁环转速。转子极对数变极前后调磁运动关系的变化，形成一种变速。定子调节形成另一种变速。 [0053] 调磁环机械连接油机，转子机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种混动器；参见图7，输出端输出箭头机械连接传动轴。转子机械连接油机，调磁环机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第二种混动器；参见图9输出端输出箭头机械连接传动轴。这两种混动器转子极对数变极和定子调节的目标是油机输入转速稳定、传动轴转速变化范围大，在传动轴大范围变速前提下油机稳定运行于高效率转速区域。方法是：第一种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至3倍时，转子极对数从3切换为1。定子调节，转子极对数为1时，定子电枢磁场与油机反向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机同向转动是定子发电是从混动器输出电力。第二种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至3倍时，转子极对数从1切换为3。定子调节，转子极对数为3时，定子电枢磁场与油机同向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机反向转动是定子发电是从混动器输出电力。 [0054] 调磁环机械连接风轮，转子机械连接一台发电机、发电机输出电力，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种风力发电系统；参见图7，输出端输出箭头与一台发电机形成机械连接。转子机械连接风轮，调磁环机械连接一台发电机，定子电枢绕组连接变流器，形成第二种风力发电系统；参见图9，输出端输出箭头与一台发电机形成机械连接。这两种系统转子极对数变极和定子调节的目标是风轮转速变化范围大，发电机转速稳定、发电频率稳定方便并网。方法是：第一种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至3倍时，转子极对数从1切换为3。定子调节，当转子极对数为3时，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子用电以便调高发电机转速。第二种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至3倍时，转子极对数从3切换为1。 定子调节，当转子极对数为1时，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子用电以便调高发电机转速。 [0055] 锁止调磁环、转子机械连接传动轴输出动力，形成可变速电机，参见图8。当转子极对数为3时，转子转速是电枢磁场转速的1/3，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相同；当转子极对数为1时，转子转速是电枢磁场转速的‑1.0倍，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相反。 [0056] 实施例3：变极转子调磁电机三，由定子、调磁环、转子、集电环电刷、支承部件、机壳、变流器和控制电路组成。 [0057] 定子由定子铁芯和电枢绕组组成，是外定子。定子铁芯具有十八段轭部十八个齿部。电枢绕组采用十八段轭绕组，流通三相交流电形成电枢磁场。控制电路控制变流器控制电枢绕组电流切换定子极对数。十八段轭绕组顺时针布置，依次分别流通+a相、‑c相、+b相、‑a相、+c相、‑b相、+a相、‑c相、+b相、‑a相、+c相、‑b相、+a相、‑c相、+b相、‑a相、+c相和‑b相的三相交流电，形成定子电枢磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为3。 [0058] 调磁环由调磁块、绝缘块和环体组成，位于定子与转子之间，其重心与转子轴线重合。五块调磁块采用软磁材料硅钢材料，沿周向设置在环体上。五块绝缘块采用不导磁材料环氧树脂材料，设置在调磁块之间。环体用于保持调磁块和绝缘块的位置、保持调磁环的形状、调节重心平衡。 [0059] 转子采用可变极永磁转子，由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成，是表面嵌入式内转子。转子铁芯有八个齿部。磁体由二块永磁体、四块可变磁体和二块第二种可变磁体组成，嵌入转子铁芯齿部之间，结构形式为表面嵌入式。转子重心与转子轴线重合。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，围绕每一块第二种可变磁体设置第二种励磁绕组，励磁绕组和第二种励磁绕组通过三套集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换转子极对数。在图5中转子极对数为8，在图6中转子极对数为2，图中的中间为深色的小圆圈22就是第二种励磁绕组。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用软磁材料硅钢材料，通过持续的励磁电流形成可变磁场。 [0060] 定子电枢磁场、调磁环和转子是三个转动部件，相互之间可相对转动。转子极对数为8时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系二，定子极对数+调磁块数=转子极对数。转子极对数为2时，定子极对数、调磁块数和转子极对数形成调磁匹配关系一：定子极对数+转子极对数=调磁块数。 [0061] 集电环电刷采用三套普通集电环电刷，为成熟技术。励磁绕组和第二种励磁绕组共用一个集电环电刷作为零极。电刷与集电环持续接触，控制电路给励磁绕组和第二种励磁绕组提供励磁电流使软磁材料形成励磁。在图5中，励磁电流使四块可变磁体和二块第二种可变磁体形成如箭头所示的磁场，转子极对数为8。在图6中，励磁电流使四块可变磁体和二块第二种可变磁体形成如箭头所示的另一种磁场，图中无箭头的可变磁体处于消磁状态。转子极对数为2。持续电流使软磁材料励磁、消磁是成熟技术。 [0062] 支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。 [0063] 变流器是成熟部件。变流器连接电源与定子电枢绕组，变流器改变定子电枢绕组电流的频率、幅值、相位、相序，改变电枢磁场转速，从而按调磁运动关系改变三个转动部件的转速就是定子调节。定子调节会导致电流输入定子电枢绕组用电或定子电枢绕组发电电流流出。 [0064] 控制电路控制定子电枢绕组的电流，控制定子调节。控制电路控制转子励磁绕组的励磁电流，控制转子极对数变极。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开，以便励磁电流通入或断开。控制电路也控制变流器。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。 [0065] 当转子极对数变极时，本实施例电机的调磁匹配关系种类和系数都变化，电机的额定转速变化。三个转动部件的转速互动，可作为可变速混动器或风力发电系统。当转子极对数为8时，调磁运动关系二为：定子极对数3*电枢磁场转速+调磁块数5*调磁环转速=转子极对数8*转子转速。当转子极对数为2时，调磁运动关系一为：定子极对数3*电枢磁场转速+转子极对数2*转子转速=调磁块数5*调磁环转速。转子极对数变极前后调磁运动关系的变化，形成一种变速。定子调节形成另一种变速。 [0066] 调磁环机械连接油机，转子机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种混动器；参见图7，输出端输出箭头机械连接传动轴，集电环忽略数量。转子机械连接油机，调磁环机械连接传动轴，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第二种混动器；参见图9，输出端输出箭头机械连接传动轴，集电环忽略数量。这两种混动器转子极对数变极和定子调节的目标是油机输入转速稳定、传动轴转速变化范围大，在传动轴大范围变速前提下油机稳定运行于高效率转速区域。方法是：第一种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至4倍时，转子极对数从8切换为2。定子调节，转子极对数为2时，定子电枢磁场与油机反向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机同向转动是定子发电是从混动器输出电力。第二种混动器，油机转速稳定，需要传动轴转速加至4倍时，转子极对数从 2切换为8。定子调节，转子极对数为8时，定子电枢磁场与油机同向转动是定子用电是向混动器输入电动力，定子电枢磁场与油机反向转动是定子发电是从混动器输出电力。 [0067] 调磁环机械连接风轮，转子机械连接一台发电机、发电机输出电力，定子电枢绕组电路连接变流器，形成第一种风力发电系统；参见图7，输出端与一台发电机形成机械连接，集电环忽略数量。转子机械连接风轮，调磁环机械连接一台发电机，定子电枢绕组连接变流器，形成第二种风力发电系统；参见图9，输出端与一台发电机形成机械连接，集电环忽略数量。这两种系统转子极对数变极和定子调节的目标是风轮转速变化范围大，发电机转速稳定、发电频率稳定方便并网。方法是：第一种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至4倍时，转子极对数从2切换为8。定子调节，当转子极对数为8时，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子发电以便调高发电机转速。第二种风力发电系统，发电机转速稳定，风轮转速加至4倍时，转子极对数从8切换为2。定子调节，当转子极对数为2时，定子电枢磁场与风轮同向转动是定子发电以便调低发电机转速，定子电枢磁场与风轮反向转动是定子用电以便调高发电机转速。 [0068] 锁止调磁环、转子机械连接传动轴输出动力，形成可变速电机，参见图8，集电环忽略数量。当转子极对数为8时，转子转速为电枢磁场转速的3/8，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相同；当转子极对数为2时，转子转速为电枢磁场转速的‑3/2，转子转动方向与定子电枢磁场转动方向相反。 [0069] 以上各实施例中，未显示定子的极弧、齿宽、齿高（极高）、齿形、轭厚度、线径、匝数、调磁环的详细性质和转子的详细性质等指标，对这些指标的优化选取均采用成熟技术。各实施例定子电枢绕组主要为轭绕组，电枢绕组改为齿部绕组的方法已有先例，参见2022年3月申报发明的《双变极双馈异步电机》。 |
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