[发明专利]一种组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机

说明书

技术领域

本发明属于电机制造领域，涉及永磁磁通切换电机和记忆电机，用于驱动混合动力汽车、电动汽车。

背景技术

作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一的车用驱动电机，其驱动性能的好坏直接影响着混合动力汽车、电动汽车的整车性能。在车用驱动电机领域，应用最为广泛是永磁同步电机，以钕铁硼为励磁材料的永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点。与传统的转子永磁型永磁同步电机相比，定子永磁型电机转子上既无永磁体也无绕组，具有结构稳定、安装简单、散热方便、转动惯量小、适合高速运行的优点。其中定子永磁型的磁通切换永磁电机，通过其特殊的聚磁效应使得电机的转矩和功率密度较双凸极电机和磁通反向电机可以做到更高，更适合于严格限制电机尺寸同时又需要较高出力的电动汽车领域。然而，无论是传统的永磁同步电机还是磁通切换永磁电机由于采用永磁磁钢作为单一励磁源，气隙磁场恒定，在需要弱磁升速运行时，往往只能采用矢量控制的方式，通过施加持续的电枢电流的直轴弱磁电流分量来削弱气隙磁场，受电枢电流大小、逆变器容量等限制，因而电机调速范围十分受限，且弱磁升速区间的效率较低。

为拓宽永磁电机的调速范围，比较可行的方案是采用混合励磁技术，中国专利号为ZL200720035049.6的专利文献中提出的混合励磁同步电机、中国专利号为ZL200410064871.6的专利文献中提出的双凸极混合励磁无刷电机和中国专利号为ZL200810023819.4的专利文献中提出的混合励磁磁通切换电机都在永磁电机的基础上引入电励磁绕组，通过电励磁电流的大小和方向来实现电机气隙磁场的调节，具有调磁手段简单、方便等优点，但由于电励磁绕组的存在，电机在进行弱磁和增磁调速控制时，需要一直施加电励磁电流，存在额外励磁损耗，影响了电机的运行效率。

由德国电机学者奥斯托维奇(Ostovic)教授在2001年提出的记忆电机是一种真正意义上的磁通可控型电机，它采用高剩磁低矫顽力的铝镍钴永磁材料，通过定子绕组或者直流脉冲绕组产生的磁场，永磁体的磁化状态可被瞬间改变，且其磁化水平能被记忆住，从而实现对气隙磁场的调节，避免了电枢损耗，实现了在线高效调磁。此外，出现的两种交轴磁阻增强式记忆电机，通过合理设计漏磁路径实现更大的磁通调节范围。然而，传统记忆电机中由于永磁体处于转子上，电枢绕组需要同时具备能量转换和磁场调节的能力，电枢电流的交轴分量与电机磁场相互作用，输出电磁转矩，承担机电能量转换的作用；其直轴电流分量主要用于对电机磁场进行调节。如何保证电机平稳运行过程中实现电机的磁场的动态、在线调节，对电机的矢量控制性能提出了苛刻的要求，因此在线调磁难度较大；其次，由于仅采用了单一铝镍钴永磁体作为励磁源，电机的最大气隙磁通密度很难达到钕铁硼永磁电机的水平，电机力能指标不高；同时，增磁和去磁磁通均由电枢绕组施加直轴电流脉冲提供，增磁回路或去磁回路中均存在磁阻较大的气隙，这就导致所需的调磁脉冲磁动势较大，增加了电枢绕组的电流和匝数。

中国专利号为ZL200810023409.X的专利文献中提出的宽调速磁通记忆式定子永磁型电机和中国专利号为ZL201410756127.6的专利文献中提出的E型定子铁心磁通切换型混合永磁记忆电机虽然能实现气隙磁场的有效调节，但永磁体和绕组均位于定子上，永磁体和电枢绕组用量相互限制，限制了电机的转矩密度。

可见，现有技术中，诸如“混合励磁电机”以及“永磁记忆电机”等电机，在实现电机气隙磁场的有效调节与控制、保证电机力能指标的同时达到有效拓宽电机调速范围等方面难以兼顾，这也成为永磁电机技术领域存在的具有共性的技术难点之一。

发明内容

本发明目的是：为了解决传统永磁电机气隙磁场难以调节、调速范围窄、高速时输出功率和效率低的问题，提供一种转子结构简单、采用混合永磁材料，具有高效率、高转矩密度、宽调速运行范围的组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机。