[发明专利]混合励磁型磁通切换电机

说明书

技术领域

本发明是一种结构简单、坚固，具有较强的转矩输出能力和较高功率密度的电机，尤其是一种能够实现混合励磁功能的电机，属于电机制造的技术领域。

背景技术

随着能源危机的不断加剧，采用永磁励磁取代电励磁以节省能源消耗已成为全世界的共识，同时由于我国是世界上稀土资源最丰富的国家，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁电机，具有重要的理论意义和实用价值。特别是目前广泛研究的混合动力汽车，要求其中的电机驱动系统体积小、重量轻、效率高、可靠性强，免维护、转矩出力大、调速范围宽。然而，由于永磁电机自身存在气隙磁场无法调节的瓶颈，限制了其在混合动力汽车中的应用。绝大多数的永磁电机空载永磁磁链都大于直轴电感与额定电流的乘积，永磁电机在恒转矩区的最大转矩和恒功率区的最高运行转速之间是一对无法调和的矛盾：一方面，增大永磁磁链固然可以提高电机的最大转矩输出能力，同时会限制电机的高速运行(由于不断增大的空载反电动势)；另一方面，当逆变器的电流限额和电机的直轴电感固定时，减小永磁磁链有利于提高电机的恒功率运行范围但会限制转矩出力。因此，上述永磁电机的缺点成了限制其应用推广的瓶颈。而目前出现的以转子永磁型电机为原型的混合励磁电机大部分都将直流励磁绕组放置定子。为了给电励磁磁通提供一条不论是径向还是轴向与永磁磁通并行的路径，所提出的电机结构都非常复杂，不论从制造工艺还是成品化大规模生产而言，都面临巨大的挑战。混合励磁型的电机如果为了实现磁场的调节而从结构复杂度上需要做出重大牺牲，其竞争力将会大打折扣。因此，本发明提出了一种新型结构的混合励磁型磁通切换电机，以避免出现复杂结构，而力图在保持纯永磁式电机基础之上不做重大修改即可实现混合励磁功能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种结构紧凑、简单、鲁棒性好的混合励磁型磁通切换电机。该电机可合理安排电励磁绕组空间，在不额外增加体积的条件下可进一步提高电机的功率密度，同时通过电励磁电流和电枢电流的灵活调节全方面提高各项性能，包括最大转矩、恒功率最高运行转速和整个运行区范围内的高效率。

技术方案：本发明的混合励磁型磁通切换电机包括：定子，永磁体，三相集中电枢绕组，单相集中励磁绕组和转子；每两个定子齿之间设有一个永磁体，在永磁体的内侧空出一块面积安置励磁绕组，三相集中电枢绕组的各线圈均横跨在两个定子齿上，其中，三相集中电枢绕组一共有12个集中电枢线圈，第一集中电枢线圈、第三集中电枢线圈径向相对，第二集中电枢线圈、第四集中电枢线圈径向相对，顺序串连后组成A相电枢绕组；第五集中电枢线圈、第六集中电枢线圈径向相对，第七集中电枢线圈、第八集中电枢线圈径向相对，顺序串连后组成B相电枢绕组；第九集中电枢线圈、第十集中电枢线圈径向相对，第十一集中电枢线圈、第十二集中电枢线圈径向相对，顺序串连后组成C相绕组。励磁绕组一共有12个集中励磁线圈，其中第一励磁绕组线圈、第二励磁绕组线圈、第三励磁绕组线圈、第四励磁绕组线圈、第五励磁绕组线圈、第六励磁绕组线圈、第七励磁绕组线圈、第八励磁绕组线圈、第九励磁绕组线圈、第十励磁绕组线圈、第十一励磁绕组线圈、第十二励磁绕组线圈均为集中绕组，横跨于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有两个线圈为双层，同一个槽中的两个线圈通电极性一致，上述12个线圈依次顺序首尾串联连接，组成单相励磁绕组。其中：定子为U型导磁铁心单元和永磁体相间拼装而成。转子为直槽转子，转子上既无永磁体也无绕组。永磁体是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。电枢绕组为集中绕组。励磁绕组亦为集中绕组，且在永磁体的下方空间中双层排布，其中：第一集中励磁线圈至第十二集中励磁线圈依次首尾相连，组成单相励磁绕组，且同一个槽中的两个励磁线圈电流方向一致。

在励磁绕组不通电流时，当转子与不同的定子齿对齐，永磁体产生的永磁磁通穿过各个集中电枢线圈的方向就会不同，从而产生磁通切换效应，导致每相电枢绕组中所匝链的永磁磁链为双极性。本发明最为关键的是，在永磁体的下方空出一块面积安置单相励磁绕组，其中每个励磁绕组槽中放置双层绕组。对于组成一相的四个电枢绕组线圈而言，第一集中线圈和第三集中线圈径向相对，在任何转子位置其绕组中匝链的磁链都数量和方向相同，对第二集中线圈和第四集中线圈情况相同。