[发明专利]基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机

说明书

本发明公开了一种基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机，包括外定子、混合极转子、内定子、电枢绕组和交流励磁绕组；外定子、混合极转子和内定子从外至内依次同轴设置，混合极转子和外定子之间具有主气隙，混合极转子与内定子之间具有副气隙；电枢绕组绕设在外定子的定子槽中，电枢绕组的极对数等于p；交流励磁绕组绕设在内定子的定子槽中，交流励磁绕组的极对数等于i，且p=3i或p=5i；其中，i为正整数；混合极转子能在主气隙内产生p阶谐波和i阶谐波。本发明能有效地提高空间利用率和功率密度；每极励磁磁动势能同时作用于多个铁心极；交流励磁绕组的利用率和调磁效率均得到有效提高。

技术领域

本发明涉及电机设计和制造领域，特别是一种基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机。

背景技术

由于具有高转矩/功率密度、高效率和高功率因素等优点，永磁电机不仅在工业领域和家用电器得到广泛应用，而且在电动汽车、船舶推进和航空航天上也极具竞争力。

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。而且，永磁电机在应用于船舰或航空电源等发电场合时，需要全功率的可控变换器来实现调压，系统重量和成本增加。

具有两个磁势源（励磁绕组和永磁体）的混合励磁电机，不仅具有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，混合励磁电机在需要宽转速或宽负载范围运行的场合有着重要的应用前景。

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通常需要借助三维磁路或旋转整流器，结构复杂，旋转整流器在高速高温下的适应性差。而交流励磁型混合励磁电机的无刷化简单可靠，通过在交流绕组中通入直轴电流，就可以产生与转子同步旋转的励磁磁场。

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，而提供一种基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机，该基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机能有效地提高空间利用率和功率密度；每极励磁磁动势能同时作用于多个铁心极；交流励磁绕组的利用率和调磁效率均得到有效提高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于混合极转子的定子分区式交流励磁型混合励磁无刷电机，包括外定子、混合极转子、内定子、电枢绕组和交流励磁绕组。

外定子、混合极转子和内定子从外至内依次同轴设置，混合极转子和外定子之间具有主气隙，混合极转子与内定子之间具有副气隙。

电枢绕组绕设在外定子的定子槽中，电枢绕组的极对数等于p。

交流励磁绕组绕设在内定子的定子槽中，交流励磁绕组的极对数等于i，且p=3i或p=5i；其中，i为正整数。

混合极转子能在主气隙内产生p阶谐波和i阶谐波。

混合极转子包括转子铁心、永磁极、铁心极和切向磁钢。

当p=3i时，永磁极的数量为2i个，切向磁钢的数量为2i个；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永磁极；每个永磁极与相邻的切向磁钢之间形成一个铁心极；相邻两个永磁极充磁方向相反。

当p=5i时，永磁极的数量为4i个，切向磁钢的数量为2i个；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永磁极，两个极性相同的永磁极之间形成一个铁心极；切向磁钢与相邻的永磁极之间各形成一个铁心极。