[发明专利]一种混合励磁磁通切换电机

说明书

技术领域

本发明属于电工、电机领域，涉及一种具有较强转矩输出能力和较高功率密度的永磁电机，具体涉及一种混合励磁磁通切换电机。

背景技术

磁通切换电机是一种定子永磁型电机，定子永磁型电机将永磁体和电枢绕组均置于定子上，转子仅为设有凸极的铁心，转子无绕组、无滑环和无电刷。相对于转子永磁型电机，定子永磁电机具有转子结构简单、便于永磁体冷却和高功率密度等优势。磁通切换电机的永磁体和电枢绕组都位于定子上，转子既无永磁体也无绕组，具有结构简单、运行可靠、易于散热、高功率密度和高效率等特点，有可能替代转子永磁型永磁电机。然而现有的磁通切换电机由于只有永磁体励磁，其调磁能力有限，在恒转矩区的最大转矩和恒功率区的最高运行速度之间是一对无法调和的矛盾：一方面，增大永磁磁链可以提高电机的最大转矩输出能力，但同时会限制电机的高速运行；另一方面，当逆变器的电流限额和电机的直轴电感固定时，减小永磁磁链有利于提高电机的恒功率运行范围，但会限制转矩输出能力。因此上述缺点限制了其在电动汽车等工业领域的应用。为克服上述缺点，出现了具有永磁体和励磁绕组这两个磁势源的混合励磁磁通切换电机，混合励磁磁通切换电机能够实现气隙磁场的调节，从而实现恒转矩区的大转矩和恒功率区的宽调速功能。例如，中国专利公开号为CN101277053A、名称为“混合励磁磁通切换电机”的文献中公开的电机，具有较好的调磁性能，但是以减小永磁体体积为代价，加入励磁绕组，这样不可避免的降低了功率密度和转矩密度等。中国专利公开号为CN104539125A、名称为“一种混合励磁磁通切换电机” 的文献中公开的电机，调磁性能良好，但是以减小电枢线圈匝数为代价，加入励磁绕组，同样降低了转矩密度。更为重要的是，这两种公开的混合励磁磁通切换电机均采用直流励磁方式对永磁磁场进行直接调磁，调磁效果较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种新型拓扑结构的混合励磁磁通切换电机，使用交流励磁电流产生旋转磁场对永磁磁场进行调节，保留了磁通切换永磁电机的优点，无需通过减小永磁体体积或减小电枢绕组匝数来安放励磁绕组，在不额外增加电机体积的条件下在内定子上合理安排电励磁绕组空间，可以实现恒转矩区的大转矩和恒功率区的宽调速功能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：本发明包括外定子、转子和内定子，内定子外同轴套有转子，转子外同轴套有外定子，外定子由外定子铁心、永磁体和三相电枢绕组组成，所述外定子铁心由12n个沿圆周方向均匀分布的U型导磁铁心组成，n为整数，n≥1，U型导磁铁心的U型槽口朝向外定子的轴心，U型的两个侧壁是外定子齿，在相邻两个U型导磁铁心之间紧密嵌入一个切向充磁的永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反，在U型导磁铁心的U型槽中放置三相电枢绕组且三相电枢绕组套在相应的永磁体外部；所述转子包括10n个沿圆周方向均匀布置的导磁块；所述内定子由内定子铁心和三相交流励磁绕组组成，内定子铁心包含12n个内定子铁心凸极齿，三相交流励磁绕组套在内定子铁心凸极齿上，三相交流励磁绕组绕制成4n对极，内定子铁心凸极齿的数量与所述永磁体的数量相等，内定子铁心凸极齿的径向中心轴线与所述永磁体的径向中心轴线重合；在三相交流励磁绕组通入超前或者滞后于三相电枢绕组感应电势相位90°的三相对称交流电流。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

本发明混合励磁磁通切换电机的外定子结构和传统磁通切换永磁电机定子结构一致，电机整体结构包括外定子、转子和内定子，保留了传统磁通切换永磁电机结构紧凑、转矩出力大、功率密度高的优势，在无需增加电机体积的条件下在内定子中安放励磁绕组，并通入不同幅值的对称三相交流电流。基于本发明提出的电机结构，可以有效解决现有技术中需通过减小永磁体体积或减小电枢绕组匝数来安放励磁绕组的问题，增加了电机的电磁负荷，有效提高了电机功率密度；此外，内定子励磁绕组中通入的幅值可调的对称三相交流电流，产生幅值和极性可调的旋转磁场，并与永磁磁场中的有效气隙磁场进行叠加，进而增强或减弱永磁磁场中有效的谐波分量，实现调磁运行的目的，能调节电机总磁场，弱磁控制时，可以实现恒转矩区的大转矩和恒功率区的宽调速功能。与现有技术中采用直流电流进行励磁的方案相比，调磁效果更加有效。由于电枢绕组与励磁绕组都是集中绕组，端部短，效率较高。转子省去了导磁轭部，减小了转子尺寸，降低了转动惯量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明一种混合励磁磁通切换电机的结构示意图；

图2为图1中转子采用连接桥连接的结构示意图；