[发明专利]一种双工作谐波转子及交流励磁无刷电机

说明书

本发明公开了一种双工作谐波转子及交流励磁无刷电机，包括定子和双工作谐波转子，双工作谐波转子具有p次高阶谐波和i次低阶谐波，p＞i；定子槽中具有均为交流的主绕组和励磁绕组，主绕组的极对数与高阶谐波次数相等；励磁绕组的极对数与低阶谐波次数相等；pi。当p=2i时，内置永磁极为2i个，切向磁钢为i个；当p=3i时，内置永磁极为2i个，切向磁钢为2i个；当p=5i时，内置永磁极为4i个，切向磁钢为2i个；每个切向磁钢的顶部、中部或底部均设置有导磁桥。本发明能通过在定子中设置励磁绕组，并通过控制励磁绕组电流的交流励磁分量来提供旋转的励磁磁通，励磁磁通经过导磁桥和铁心极进行闭合，从而能调节高阶谐波和低阶谐波的含量。

技术领域

本发明涉及电机设计和制造领域，特别是一种双工作谐波转子及交流励磁无刷电机。

背景技术

永磁电机具有高转矩/功率密度、高效率和高功率因素等优点，已在许多场合得到应用。然而，永磁电机的弱磁是通过控制电枢绕组中的直轴电流分量（-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。

由于转子直流励磁绕组的存在，电励磁同步电机的气隙磁场易于调节。但是，转子为旋转体，转子直流励磁的无刷化复杂。因此，电励磁同步电机需要额外的励磁机来实现无刷化励磁，增加了电机复杂性，功率密度低。

因此，既具有气隙磁场的灵活调节，又具有高功率密度和高效的混合励磁电机应运而生。现有的混合励磁电机几乎都采用直流励磁，继承了电励磁同步磁阻电机的无刷化复杂的缺点。而且，现有的混合励磁电机都基于单个工作谐波，要想让励磁磁通通过低磁阻的铁心形成闭合回路（获得好的调磁性能），需要额外的辅助装置。

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，而提供一种双工作谐波转子及交流励磁无刷电机，该双工作谐波转子及交流励磁无刷电机具有两个主要的工作谐波。同时，定子有两套交流绕组，一套作为主绕组（功率绕组），其极对数与转子工作谐波中的高阶谐波次数相等；另一套绕组可为励磁绕组，其极对数与转子工作谐波中的低阶谐波次数相等。通过调节转子中两种工作谐波的含量，进而实现增磁和弱磁。另外，通过控制励磁绕组中的直轴励磁电流，进而实现主绕组（工作绕组）的感应电动势的有效调节。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种双工作谐波转子，包括内置永磁极、切向磁钢、导磁桥和铁心极；

双工作谐波转子的极对数为p，具有p次高阶谐波和i次低阶谐波，p＞i。

当p=2i时，内置永磁极的数量为2i个，切向磁钢的数量为i个，其中，i为大于1的正整数。i个切向磁钢沿转子铁心周向均匀布设，相邻两个切向磁钢充磁方向沿周向相同。相邻两个切向磁钢之间的转子铁心上内置一对相邻且极性相反的内置永磁极。一个内置永磁极与相邻的一个切向磁钢之间形成一个铁心极。i个切向磁钢的顶部、中部或底部均设置有导磁桥。

当p=3i时，内置永磁极的数量为2i个，切向磁钢的数量为2i个，其中，i为正整数。2i个切向磁钢沿转子铁心周向均匀布设，相邻两个切向磁钢充磁方向沿周向相反。相邻两个切向磁钢之间的转子铁心上内置一个内置永磁极。一个内置永磁极与相邻的切向磁钢之间形成一个铁心极。相邻两个内置永磁极充磁方向相反。2i个切向磁钢的顶部、中部或底部均设置有导磁桥。

当p=5i时，内置永磁极的数量为4i个，切向磁钢的数量为2i个，其中，i为正整数。2i个切向磁钢沿转子铁心周向均匀布设，相邻两个切向磁钢充磁方向沿周向相反。相邻两个切向磁钢之间的转子铁心上内置两个极性相同的内置永磁极，两个极性相同的内置永磁极之间形成一个铁心极，切向磁钢与相邻的内置永磁极之间各形成一个铁心极。2i个切向磁钢的顶部、中部或底部均设置有导磁桥。