[发明专利]具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法

说明书

具有固定式转子磁场绕组的电机，其单相结构包括：沿虚线22193分体设计的转子磁芯2215，磁芯中间具有“固定式转子磁场绕组”2218通过的槽，槽是与转子轴向、径向分别垂直的圆周方向的“外环槽”，槽两侧均匀分布转子磁极(如2213、2216)，槽与绕组2218间留有间隙，绕组2218壳体通过固定销2219紧固于定子上；沿虚线22191分体设计的定子磁芯2214是具有周向“内环槽”的磁芯，槽内设周向定子绕组2212，槽两侧均匀分定子磁极(如2217)，定、转子磁极数目相等且极间留有间隙(如2211)；电子控制系统控制定转子绕组电流使电机运转；优点是无刷转子磁密高、转矩大、转速高、功率密度大。

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法。

背景技术

电机广泛应用于工农业生产和社会生活的各个方面，一般旋转型电机的转子分为鼠笼式转子、永磁式转子、激磁式转子、开关磁阻电机凸极式转子等。

鼠笼式转子的电机为交流电机，其体积较大、功率密度和启动转矩较低。

永磁式转子的电机由于转子磁通密度较高，使电机具有功率密度大、转矩大等优点，但其结构较为复杂，转子上镶嵌永磁体工艺较为复杂、成本较高、且永磁体在防震、耐离心力、耐温方面的性能较为局限，使电机的运转速度及运行条件方面受限。

开关磁阻电机是采用无励磁绕组的凸极结构的转子磁芯，转子上无励磁绕组，也没有永磁体，因此能够耐受更高的温度和转速、抗过载能力较强、对电池损耗较效、应用范围较宽，具有独特优势，但由于转子磁场完全受定子磁极的激发，因此转子的磁密受限，起步转矩较低，且容易产生磁力脉动噪声，需要较为复杂的定子励磁电流控制。

激磁式转子的电机可以克服永磁式电机的某些缺陷，但现有的激磁式电机的转子绕位于定于转子上与转子一同旋转，转子激磁绕组(或称为转子磁场绕组)需要碳刷与外界电路相连，使电机可靠性降低，增加了维护成本；若采用高频旋转耦合提供励磁能源的方式，则又需增设复杂的射频耦合接收线圈和发射线圈以及射频调制电路，该类电路较为复杂、电路转化效率及可靠性受限、成本较高，且容易产生较多的电磁干扰。

综上现有技术的不足，亟需研发具有较高转矩、特别是有较高的起步转矩、较高功率密度、较低启动电流、耐温升、高转速、能够适应较大范围转速及转矩变化的电机。

中国专利申请201610972658.8公开了具有周向绕组的功率电机，该申请的发明内容中提到“所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成激磁电机，所述转子包括由软磁材料制成的转子磁极，所述转子还包括转子绕组，用于在所述转子绕组的激磁电流作用下激活所述转子磁极的磁场”以及在其实施例15中提到“右图为转子结构示意图，转子中间具有外环槽353用于嵌放转子的周向绕组，槽的两侧均匀分布有软磁材料制成的转子磁极如615和618，磁极之间为磁极距如617，一般周向绕组的外径不超出磁极距617底部616所在圆周的直径；周向绕组两侧的磁极数目相等且一一轴向对齐构成转子磁极对，当转子的周向绕组通电时使转子磁极在转子轴向上显化为磁性相异的两个极性；使转子614与定子609同轴心组装成电机，这样，在所述转子外环槽之中的周向绕组通电时，通过定子磁极对与转子磁极对之间的磁力作用驱动电机转子轴614旋转，或转子轴614接收外界动力旋转时通过转子与定子之间磁场变化使周向绕组产生感应电动势，该电机转子磁场为激磁获得，其余工作原理与前述的永磁电机类似，这里不再赘述。转子的周向绕组可以采用有刷方式连接外部激磁电源或者采用无刷电磁感应式获取外部激磁能量，如适宜要求下采用射频耦合等技术手段”，虽然提到了转子所用的“周向绕组”，但其是采用转子上有刷连接方式或者采用“射频耦合等技术手段”，在其全部技术方案和具体实施方式中未能提供“具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法”，本申请的技术方案实质上是对专利申请201610972658.8中的第三方面的激磁电机的进一步发明，是在其基础上进一步创造性地提出“具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法”的新的技术方案，是具有独特的技术优势和有益效果的。

发明内容