[发明专利]一种并联型混合磁材料复合转子磁通切换电机

说明书

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，特指一种具有相对较高功率密度、高转矩密度、高效率等特点的混合磁材料磁通切换电机，应用于航空航天、风力发电以及电动汽车等领域。

背景技术

随着稀土永磁材料价格的飞涨，稀土永磁电机的制造成本也随之逐年上升，因此出现了少稀土电机、非稀土电机。降低稀土永磁材料用量的方法主要分为两种，一种是采用混合励磁的方式，永磁体产生主磁通，电励磁产生辅助磁通，由它们相互作用实现电磁能量转换，使得混合励磁电机在降低了永磁材料使用量的同时，不仅可以实现气隙磁通的自由调节，也可以保证相对较高的转矩输出，但也由于励磁绕组的使用，造成了混合励磁电机铜耗的增加和转矩密度的降低。另一种是利用价格低廉的非稀土(例如铁氧体永磁材料)完全代替价格高昂的稀土永磁材料(例如钕铁硼材料)，从而可以大幅度的降低电机的制造成本，然而因为非稀土永磁材料本身磁能积较低的特点，使得非稀土电机的功率密度和转矩密度往往远低于稀土电机。因此在保持电机相对较高功率密度和高转矩密度的同时，降低稀土永磁材料的使用量成为电机领域中一个研究方向。

中国专利号20081010078.2的专利文献提出了一种混合励磁型磁通切换电机，该电机定子部分采用集中电枢绕组与励磁绕组，永磁体放置于定子；另一方面转子部分为凸极，既无永磁体也无绕组，结构简单而坚固。在结构上保证了永磁式磁通切换电机紧凑、简单的特点，也使该电机具有较强的转矩输出能力，但由于该电机中励磁绕组的使用，使该电机的结构变得较为复杂，且增加了铜耗并降低了运行效率，使得该电机的应用场合受到了一定的限制。中国专利号为201180053116.6的专利文献提出了一种铁氧体三相永磁电机，该电机的转子铁芯上装有多对永磁体，转子铁芯的永磁体由铁氧体制成，定子铁芯上装有三相绕组，该电机具有绕组端部小、定位力矩小、铜损耗和铁损耗小的优点。但是由于铁氧体本身所具有的磁能积较低的特点，由此该电机的功率密度和转矩密度都远远小于相同尺寸稀土电机，使得该电机的应用场合也受到一定的限制。

分析结果表明，上述两类电机在减少稀土材料用量的角度上均呈现出明显的效果，但是功率密度较低的问题始终不能获得有效地解决。因此，通过将高性能的稀土永磁体和廉价的非稀土永磁体相结合，提出一种基于混合磁材料励磁的电机，并试图在维持相对较高功率密度和转矩密度的同时，减少稀土永磁材料用量。中国专利号为201410508547.2的专利文献中提出了一种应用混合永磁体的磁通切换电机，该电机在磁通切换永磁电机定子模块的轭部位置安装高磁能积的稀土永磁体，在靠近电机定子模块的齿部位置安装低磁能积的铁氧体永磁体，由此形成稀土永磁体与铁氧体连接的混合永磁体模块，克服了现有磁通切换电机成本过高、定子齿部严重磁饱和的问题。但是该电机仍不能解决定子外部严重漏磁的问题，致使永磁体的相对利用率较低，从而使得该电机的应用场合也受到一定的限制。

因此，如何在维持电机相对较高功率密度和转矩密度的同时，降低稀土永磁材料的使用量成为目前非稀土、少稀土电机领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提出了一种结构简单、转子鲁棒性能好、具有相对较高功率密度、高转矩密度、高效率的并联型混合磁材料复合转子磁通切换电机，以满足在保证相对较高功率密度和转矩密度的情况下，降低稀土永磁材料用量的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明的非导磁转轴、内转子、定子和外转子在径向上由内到外依次同轴心套装，内转子与定子之间留有内气隙，定子与外转子之间留有外气隙，所述定子由定子铁芯、混合永磁体模块和三相电枢绕组组成，N_s个定子铁芯沿圆周方向均匀布置，在相邻的两个定子铁芯之间放置三相电枢绕组，N_s＝3N_c，N_C为单相绕组所含有的线圈个数；每个定子铁芯的中间紧密固定地嵌入一个混合永磁体模块，定子铁芯和混合永磁体模块的径向截面均是扇形；每个所述混合永磁体模块均由内钕铁硼永磁体、铁氧永磁体和外钕铁硼永磁体沿径向由内而外无缝连接组成，内钕铁硼永磁体、铁氧永磁体和外钕铁硼永磁体三者的径向中心线重合，同一个混合永磁体模块上的外钕铁硼永磁体、内钕铁硼永磁体和铁氧永磁体的充磁方向相同且都为切向充磁，相邻的两个混合永磁体模块的充磁方向相反。