[发明专利]具有混合励磁转子的同步旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有转子的同步旋转电机，所述转子配备有永磁体和励磁线圈。更特别地，本发明涉及该类型的用于诸如电动车辆和混合动力机动车辆中的电牵引电动机和/或发电机的应用的电机。

背景技术

由于它们在特定和容积功率输出方面的增加的性能，当今同步永磁体电机在机动车辆领域中找到广泛应用。此外，稀土永磁体的具有可接受经济条件的大规模可用性使得，对于新世代的机动车辆，这些电机的选择可行。

这些电机可以以大范围的功率和速度生产，并在“全电动”类型的车辆以及称为“轻度混合动力”和“全混合动力”类型的低CO₂排放车辆中找到应用。

“轻度混合动力”应用大致涉及约8-10KW的电机，例如，安装在内燃机的前部面上并通过驱动带联接至内燃机的电动机。可以用这样的电动机通过在扭矩中供应提供额外功率的电辅助（尤其是当加速时）来减少内燃机的立方容积（“发动机尺寸减少”）。此外，低速度牵引，例如在城市环境中，还可以通过该同一电动机被保证。“全混合动力”类型的应用大致涉及串联和/或并联类型布置的30-50KW的电动机，其具有将电动机（一个或多个）并入车辆的传动系中的更成功水平。

但是，具有仅由永磁体造成的励磁的电机呈现出去磁通问题。否则，在机动车辆中，当电机在车辆的各种交通状况中用作牵引电动机时，其必须能够在各种负载和速度条件下操作，且因此必须能够去磁通以达到高速度区域。

具有混合励磁的电机可被更容易地去磁通，并提供在转子中将由永磁体提供的增加的能量密度和控制气隙中由励磁线圈提供的磁通的能力结合的可能性。

具有混合励磁的电机的令人感兴趣的结构在Li Li等的名称为“Some armature reaction compensation methods,numerical design of experiments andoptimization for a hybrid excitation machine”并发表在IEMDC,Miami,USA(2009)中的文章中被披露。

发明内容

本发明提出一种具有混合励磁的同步旋转电机，其具有在上述文章中披露的类型的转子拓扑，并且其设计已经被优化，以便增加用于汽车工业的这些电机的收益和性能。

根据第一方面，本发明涉及一种具有混合励磁的旋转电机，包括配备有定子线圈的定子和包括多个交替的北极和南极的转子，所述北极和南极由多个永磁体和多个励磁线圈形成。永磁体被容置在相应的第一凹部中，所述第一凹部轴向地延伸并规则地分布在转子的磁性本体的圆周部分内，以便限定多个圆周极段。励磁线圈容置在相应的第二凹部中，所述第二凹部轴向地延伸，并规则地分布在转子的磁性本体的中间部分内，所述中间部分位于转子的圆周部分和中央部分之间。每一个励磁线圈插入在相应的径向极齿中，所述极齿在两个相继的第二凹部之间形成分隔部，每一个极齿在对应的极的中央径向轴线上基本上对准。

根据本发明，至少一个圆周极段包括第三凹部，所述第三凹部在中央径向轴线上基本上对准，并在第三凹部的顶端和外部极面之间包括磁性本体的形成桥的部分，所述桥具有大约0.7mm至大约2mm高度。

根据另一特定特征，第三凹部在该第三凹部的顶端处具有最大宽度并且在该第三凹部的根部处具有最小宽度，根部是第三凹部最靠近转子的中央部分的端部。

根据又一特定特征，第三凹部的最小宽度为电机的最小气隙宽度的大约0.8倍至最小气隙宽度的大约1.2倍。

根据又一特定特征，径向极齿具有大约2mm至大约10mm的宽度，并且第三凹部的最大宽度对圆周极段的极宽度的比具有大约0.13至大约0.44的值。优选地，为了获得扭矩增加和惯量减少的组合效果，径向极齿具有大约4mm至大约6.5mm的宽度，并且第三凹部的最大宽度对圆周极段的极宽度的比具有大约0.22至大约0.29的值。

根据本发明的实施例的一个特定形式，第三凹部在极齿中延伸。例如，第三凹部可基本上在极齿的整个高度上延伸。

仍根据本发明的另一特定特征，极齿宽度对永磁体高度的比为大约0.65至大约1。

本发明的旋转电机可有利地形成为用于机动车辆的电动机、发电机或电动机/发电机。

附图说明

本发明的其他特征和优势将参考以下附图在阅读多种具体形式的实施例的以下详细描述时更明显，其中：

图1是横截面图，以简化方式显示出根据本发明的具有混合励磁的旋转电机的一具体形式的实施例的结构；

图2A和2B是电机的转子的局部横截面图，显示出混合励磁操作；