[发明专利]基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机

说明书

本发明公开了一种基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机，包括定子和内置磁钢转子。定子的定子槽内分别绕制有电枢绕组和交流励磁绕组，电枢绕组和交流励磁绕组均为交流绕组；内置磁钢转子包括转子铁心和沿转子铁心周向均匀布设的2p组内置磁钢；每组内置磁钢均为“一”字型、V型、W型、U型和弧型磁钢中的一种、两种或多种组合；当每组内置磁钢中包括“一”字型磁钢时，“一”字型磁钢的长边垂直于径向布设。本发明采用无刷交流励磁和内置磁钢转子，针对不同形状的内置磁钢，均能避免电励磁引起的不可逆退磁，又利于磁场调节。另外，在转子交轴磁路上设置磁障，以降低电枢反应对交流励磁磁场及永磁磁场的影响，提高电机的输出能力。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，特别是一种基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机。

背景技术

永磁电机具有高转矩密度、高功率密度和高效率等优点，已在许多场合得到应用。根据永磁体位置分类，永磁电机分为转子永磁型电机和定子永磁型电机。其中，转子永磁型电机又可分为表贴式永磁电机和内置式永磁电机。由于内置式永磁电机容易获得大的凸极率和磁阻转矩分量，从而可以获得比表贴式永磁电机更好的恒功率运行能力。然而，永磁电机的弱磁是通过在电枢绕组中施加负的直轴电流分量（-i_d）来实现，永磁体有着不可逆退磁的风险，且弱磁能力有限。

混合励磁电机具有两个磁势源（励磁绕组和永磁体），即具备电励磁电机磁场调节方便的优点，又具有永磁电机的高功率密度和高效率等优点。因此，混合励磁电机在电动汽车和航空航天等宽转速范围运行场合有着很大的应用潜力。

现有的混合励磁电机（无论是转子永磁型还是定子永磁型）都采用直流励磁。其中，转子永磁型混合励磁电机实现无刷化励磁的方式主要有如下三种：

（1）借助附加磁路和导磁部件来构建电励磁回路。这种励磁方式结构复杂，调磁效率和功率密度都受到限制。

（2）采用专门的励磁机和旋转整流器来实现两级式无刷励磁。这种励磁方式结构复杂、可靠性低。

（3）将定子电励磁电机与转子永磁型电机并列组合。这种励磁方式的结构仍过于复杂，空间利用率低和功率密度低。另外，定子永磁型混合励磁电机将直流励磁绕组设置于定子，无刷化励磁简单可靠；进一步，该类电机转子无源，导致定子几何约束严重，电机材料利用率低和励磁效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机，该基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机采用无刷交流励磁和内置磁钢转子，针对不同形状的内置磁钢，均能避免电励磁引起的不可逆退磁，又利于磁场调节。另外， 在转子交轴磁路上设置磁障，以降低电枢反应对交流励磁磁场及永磁磁场的影响，提高电机的输出能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于无刷交流励磁的内置磁钢混合励磁电机，包括定子和内置磁钢转子，定子和内置磁钢转子之间具有气隙。

定子的定子槽内分别绕制有电枢绕组和交流励磁绕组，电枢绕组和交流励磁绕组均为交流绕组，电枢绕组极对数与交流励磁绕组极对数相等，且均等于内置磁钢转子极对数p。

内置磁钢转子包括转子铁心和沿转子铁心周向均匀布设的2p组内置磁钢，相邻两组内置磁钢的充磁方向相反。

每组内置磁钢均为“一”字型、V型、W型、U型和弧型磁钢中的一种、两种或多种组合。

当每组内置磁钢中包括“一”字型磁钢时，“一”字型磁钢的长边垂直于径向布设。

通过控制交流励磁绕组的电流，产生与转子同步旋转的励磁磁场，实现无刷交流励磁。