[发明专利]一种少稀土双边组合励磁定子分区磁通可调式永磁电机

说明书

本发明公开了一种少稀土双边组合励磁定子分区磁通可调式永磁电机，电机径向从外至内，包括外区定子、中间转子、内区定子；外区定子包括定子齿、定子槽、定子轭，其中电枢齿上绕有三相电枢绕组，外励磁齿上绕有交流励磁绕组；中间转子由导磁块与非导磁块沿圆周方向间隔排布；切向充磁的稀土钕铁硼永磁体嵌入内区定子铁心，且其中心线与电枢齿中心线对齐，非稀土铁氧体与绕有直流励磁绕组的内励磁齿沿圆周方向间隔分布，中心线与外励磁齿中心线对齐。本发明通过采用定子分区结构，缓解了永磁体和电枢绕组的空间竞争问题，同时，混合永磁体和双边励磁绕组的应用，提升了转矩密度和效率，拓宽调速范围并减少稀土永磁材料用量。

技术领域

本发明涉及一种少稀土双边组合励磁定子分区磁通可调式永磁电机的本体设计和工作原理分析，属于电机制造领域。

背景技术

作为新能源电动汽车的关键部位之一，车用驱动电机的改良研发成为提高电动汽车性能的重要环节。由于稀土永磁材料具有高磁性能，高效率的优点，因此永磁电机在车用电机领域应用最为广泛。对比传统转子永磁型电机，定子永磁型磁通切换永磁电机，一方面，在定子永磁型结构中，转子上既无永磁体也无绕组，具有结构简单，散热能力好，适合高速运行的特点；另一方面，电机特有的聚磁效应可以有效的增加电机的转矩密度，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，由于永磁体和电枢绕组均集中于定子上，两者间的用量上相互制约，限制了电机的电磁性能的进一步提升，同时稀土永磁材料资源有限，价格波动不定，增加了电机的制造成本。另外，电机的永磁气隙磁场恒定，进而导致电机的固定的恒功率区，难以实现电机的宽调速运行。

为了实现永磁电机磁场的有效调节，早在1985年美国学者就提出了混合励磁的概念。中国专利201610267296.2提出的混合励磁型复合磁通切换永磁电机和201710854763.6提出的一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机，都通过增设电励磁绕组，改变励磁电流的方向和大小来调节电机气隙磁场，然而，在进行弱磁和增磁调速控制时，需要对电励磁绕组施加电励磁电流，由此产生的额外励磁损耗，影响了电机的运行效率。

2014年谢菲尔德大学的Z. Q. Zhu教授提出的新型分区定子结构，通过分离摆放电枢绕组和永磁体于内外分区定子，有效缓解磁通切换永磁电机中的定子空间竞争问题。中国专利201510756884.8公开了一种少稀土类宽调速混合永磁磁通切换双定子电机，采用定子分区的结构，大大提高了电机的空间利用率。由非稀土铝镍钴永磁体和稀土钕铁硼永磁体构成的混合永磁体单元，降低了稀土材料用量进而降低电机制造成本，同时利用非稀土铝镍钴的磁场记忆特性达到电机磁场调节功能。然而，非稀土铝镍钴永磁的在线充去磁控制不易，混合永磁体的耦合影响也使得电机的实际调磁范围有限。中国专利201710229480.2公开了一种双端混合励磁型定子分区式磁通切换电机，由稀土钕铁硼永磁体和非稀土铁氧体永磁体混合永磁励磁，外定子侧和内定子侧均放置了电励磁绕组，实现气隙磁场的灵活控制。然而该类电机的内定子结构复杂，需要放置两种类型的永磁体和电励磁绕组，不合理的布置与尺寸配比设计会直接影响励磁绕组的磁场调节范围，甚至会导致铁氧体永磁的不可逆失磁，复杂的结构也不易于实际的生产加工。

可见，现有技术中，组合励磁型磁通切换电机，在电机气隙磁场调节和控制、减少稀土永磁用量与提高电机输出性能以及拓宽电机调速范围的问题上，仍有许多难点等待研究与解决。

发明内容

为了解决传统永磁电机稀土永磁用量大、气隙磁场调节困难、调速范围窄以及高速运行情况下难以保证高输出功率，高效率的问题，提供一种采用混合永磁材料和交直流电励磁的组合励磁方案，具有宽调速范围和高效率的分区式双定子磁通可调式永磁电机。

本发明的目的是采用的技术方案实现的，一种少稀土双边组合励磁定子分区磁通可调式永磁电机，包括同心放置的外区定子、中间转子、内区定子；所述外区定子与内区定子间放置中间转子；

所述外区定子中，电枢齿与外励磁齿沿圆周方向交替均匀排布，其中电枢齿上绕有三相电枢绕组，外励磁齿上绕有交流励磁绕组；