[发明专利]基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机

说明书

本发明公开了一种基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机，包括定子铁心、交替极转子、电枢绕组和交流励磁绕组；定子铁心和交替极转子之间具有气隙；交替极转子的极对数为p，且其产生的气隙磁场具有p次高阶谐波和i次低阶谐波，p＞i；朝向气隙侧的定子铁心沿周向均匀布设有Nmt个主齿；朝向气隙侧的每个主齿均分裂有k个小齿；其中，Nmt和k均为大于1的正整数，则小齿总数Nst=k*Nmt；电枢绕组绕制在小齿两侧的定子槽中，且电枢绕组的极对数等于交替极转子的极对数p；交流励磁绕组绕制在主齿两侧的定子槽中，交流励磁绕组的极对数为i，且p=ni；其中，p、n和i均为正整数，且n≠1。本发明在不降低电枢绕组的绕组系数的同时，有效提高了交流励磁绕组的绕组系数。

技术领域

本发明涉及电机设计和制造领域，特别是一种基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机。

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，已在电动汽车和航空航天等许多场合得到广泛应用。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。

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。

对于常用的转子永磁型混合励磁电机，根据励磁电流的供电方式可分为：直流励磁型和交流励磁型。直流励磁型混合励磁电机的无刷化设计复杂，通常需要借助三维磁路或旋转整流器。而交流励磁型混合励磁电机的无刷化简单可靠。

为构建调磁效率高且退磁风险低的交流励磁型混合励磁电机，需设计交流励磁磁势和永磁磁势呈并联关系的合理电机拓扑。交替极转子的固有特征正好为构建并联励磁磁路提供了有利条件，即交替极拓扑中的铁心极可以为电励磁磁通提供低磁阻路径。然而，由于电枢绕组和交流励磁绕组都位于定子上，且电枢绕组的极对数为交流励磁绕组极对数的整数倍，因此传统定子结构在满足电枢绕组的绕组系数最大的同时却降低了交流励磁绕组的绕组系数，进而降低了励磁绕组的利用率及调磁效率。

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，而提供一种基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机，该基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机在不降低电枢绕组的绕组系数的同时，有效提高了交流励磁绕组的绕组系数。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于交流励磁的裂齿型交替极混合励磁无刷电机，包括定子铁心、交替极转子、电枢绕组和交流励磁绕组。

定子铁心和交替极转子之间具有气隙。

交替极转子的极对数为p，且其产生的气隙磁场具有p次高阶谐波和i次低阶谐波，p＞i。

朝向气隙侧的定子铁心沿周向均匀布设有Nmt个主齿。朝向气隙侧的每个主齿均分裂有k个小齿。其中，Nmt和k均为大于1的正整数，则小齿总数Nst=k*Nmt。

电枢绕组绕制在小齿两侧的定子槽中，且电枢绕组的极对数等于交替极转子的极对数p。

交流励磁绕组绕制在主齿两侧的定子槽中，交流励磁绕组的极对数为i，且p=ni。其中，p、n和i均为正整数，且n≠1。

通过控制交流励磁绕组中的直轴励磁电流，调节励磁磁通以及交替极转子中高阶谐波和低阶谐波的含量，进而实现电枢绕组中感应电动势的调节。

电枢绕组感应电动势的调节包括增磁和弱磁，具体调节方法为：