[发明专利]一种磁场调制混合励磁电机及其多工作波设计方法

说明书

本发明公开一种磁场调制混合励磁电机及其多工作波设计方法，包括定子和转子，其中定子包括定子铁心、两套绕组、永磁体，两套绕组包括电枢绕组和励磁绕组，定子铁心设计为开口槽，一套绕组分布于定子铁心的开口槽内，采用集中缠绕在一个定子齿上，每个定子齿外表面开设凹槽，另一套绕组放置在定子齿的凹槽内，每个定子齿通过凹槽分裂成两个调制齿，每个调制齿上放置一块永磁体，另一套绕组采用集中式缠绕在由不同定子齿分裂而成的两个相邻调制齿上，永磁体的充磁方向与励磁绕组在该齿上形成的磁场方向一致或相反。本发明永磁磁动势和励磁磁动势在磁路上并联且相互独立，避免通入励磁电流永磁体产生不可逆退磁的风险，确保调磁能力的有效发挥。

技术领域

本发明涉及到混合励磁电机及其多工作波设计方法，属于电机领域，具体适用于要求高转矩、宽调速范围的电动汽车应用场合，此外，根据其所有激励均放置于定子上的结构特点，可适用于长行程的轨道交通。

背景技术

与传统的电励磁电机相比，永磁电机具有输出转矩大和效率高的优点，因而广泛应用于各行各业。然而，受制于永磁材料本身的特性，永磁电机中的永磁磁场相对固定，调磁能力受到局限。为了提高电机的调磁能力和维持较高的输出转矩，混合励磁电机应运而生。该电机具有永磁体和励磁绕组两种激励源，此设计充分继承了永磁电机高的输出转矩和电励磁电机灵活的调磁性能。

根据永磁磁动势和励磁磁动势磁路的关系，混合励磁电机可分为串联混合励磁电机和并联混合励磁电机两种。对于串联混合励磁电机，励磁磁路经过永磁体形成回路，随着励磁电流的增加，使永磁体产生不可逆退磁的风险。

中国发明专利申请号201510474238.2公开了磁场调制式混合励磁电机，该电机基于磁场调制原理进行发明设计，电枢绕组和励磁绕组设置在定子铁心的同一开口槽内，永磁体设置于转子槽内。虽然该电机为多工作波电机，但磁路上为串联磁路，励磁磁路经过永磁体，当通入较大励磁电流时，永磁体可能会发生不可逆退磁，且永磁体磁阻较大，大大降低了励磁磁场的调节能力。永磁体和励磁绕组分别放置在转子和定子上，对于混合励磁电机而言不利于激励源温度的统一控制。此外，转子永磁型电机需要对转子采取固定措施以克服高速运行时的离心力，也增加了电机设计的复杂度也降低了电机的性能。

对于并联混合励磁电机，励磁磁路与永磁磁路平行，有效地避免了永磁体不可逆退磁的风险，提升了电机的调磁能力。中国发明专利申请号201210572574.7公开了一种并联磁路混合励磁永磁电机，电机定子由定子铁心和电枢绕组组成，转子由永磁体和励磁绕组组成，永磁磁路和励磁磁路为并联结构，可以有效的避免永磁体不可逆退磁的风险和励磁磁场磁阻较大的问题。但是，由于励磁绕组放置于转子上，需要滑环和电刷才能使励磁绕组通电，滑环和电刷的引入，大大降低了电机运行的可靠性，甚至会产生电火花，增加了电机定期的维护的工作量。

中国发明专利申请号200910022794公开了一种采用谐波励磁的混合励磁永磁电机，该电机定子上设置了主绕组和谐波励磁绕组，转子上由永磁体、励磁绕组和励磁绕组，定子主绕组与永磁体相互作用，定子谐波励磁绕组与转子谐波绕组相互作用，转子谐波绕组通过旋转整流器整流得到直流电给转子励磁绕组供电，通过调节定子谐波励磁绕组实现转子磁场的调节，该发明专利电机结构上虽然省去了电刷和滑环，通过谐波绕组将磁场谐波充分利用，但是共有四套绕组相互作用，结构复杂。

综上分析，对于混合励磁电机而言，除需在设计时考虑电机磁路串并联带来的影响外，如何巧妙的利用磁场调制原理，将多工作波的设计引入其中，也是提升电机输出转矩和调磁性能的有效途径。另外，由于其激励源较多，特殊的结构和电磁设计所带来的机械强度、温升问题、加工工艺性也是在设计时，需要考虑的问题。

发明内容