[发明专利]一种双定子可变磁通双永磁磁场调制电机

说明书

本发明公开了一种双定子可变磁通双永磁磁场调制电机，包括外定子、内定子、转子、电枢绕组和直流励磁绕组。外定子包括外定子轭部和外定子齿；电枢绕组绕在外定子齿上；内定子包括内定子轭部、内定子齿和内定子永磁体；每个内定子齿放置两块具有相同充磁方向的永磁体，且相邻齿上的永磁体充磁方向相反；直流励磁绕组绕在内定子齿上；转子由调磁极和采用Halbach阵列的转子永磁体构成。本发明电机通过同时利用转子调磁极对内定子永磁体磁场的调制作用和外定子齿对转子永磁体磁场的调制作用，获得丰富的气隙磁场工作谐波，从而大幅度提高电机转矩密度。此外，电机通过利用直流励磁绕组可有效调节气隙磁密，实现弱磁功能。

技术领域

本发明涉及一种双定子可变磁通双永磁磁场调制电机，属于可变磁通直驱永磁电机技术领域。

背景技术

直驱永磁电机凭借高效率、高可靠性、低噪声和低振动等优点，有着广阔的工业应用前景。然而传统直驱永磁电机通常具有较大的体积，导致电机的转矩密度相对较低。因此研究具有高转矩密度的新型直驱永磁电机具有重要意义，其中磁场调制永磁电机作为热点之一受到了广泛关注。磁场调制永磁电机通过利用“磁场调制效应”所产生的气隙磁场谐波，可以打破传统永磁电机电枢绕组与永磁体之间的极对数配合规则，在体积较小的情况下实现高转矩输出。基于高转矩密度的特点，磁场调制永磁电机被视为一种理想的直驱电机方案。

对于具有宽调速范围的直驱应用场合，例如电动汽车、电力船舶驱动等，对电机的主要需求包括在低速恒转矩区具有较高的转矩输出，以及在恒功率区有着较宽的速度范围。然而由于永磁体磁通不可调节，磁场调制永磁电机在恒功区的运行速度范围通常受到一定限制。为提高磁场调节能力，国内外学者将直流励磁绕组引入到磁场调制永磁电机的设计中，提出了可变磁通型磁场调制永磁电机。在直流励磁的参与下，磁场调制永磁电机的气隙磁场可以被有效调节。然而，由于电枢绕组和励磁绕组放置于同一定子，两种绕组之间会存在明显的空间冲突，导致电机转矩能力和磁场调节能力均有不同程度的下降。此外，如何进一步提高磁场调制永磁电机在低速恒转矩区的转矩能力也是有待解决的技术问题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提出一种具有高转矩密度和良好弱磁能力的双定子可变磁通双永磁磁场调制电机。

技术方案：本发明的一种双定子可变磁通双永磁磁场调制电机包括外定子、内定子、转子、电枢绕组和直流励磁绕组；所述外定子设置在转子外部，外定子包括外定子轭部和外定子齿；电枢绕组绕在外定子齿上；内定子设置在转子内部，内定子包括内定子轭部、内定子齿、和内定子永磁体；直流励磁绕组绕在内定子齿上；转子包括调磁极和转子永磁体。

所述外定子的外定子轭部位于电机的最外圈，外定子齿呈Y形状，其外端连接在外定子轭部的内侧；其内端向电机的圆心延伸至转子的外侧。

所述内定子的内定子轭部位于电机的最内圈，内定子齿呈十字形状，其内端连接在内定子轭部的外侧，其外端沿电机的直径向外延伸至转子的内侧，每一个内定子齿的外端设有两块内定子永磁体，分别位于内定子齿外端的两边；内定子永磁体的外端与内定子齿的外端平齐位于转子的内侧。

每个内定子齿的外端两边放置的内定子永磁体具有相同径向充磁方向；相邻两内定子齿上的内定子永磁体充磁方向相反。

所述内定子齿数量是外定子齿数量的两倍。

所述转子中的调磁极为圆弧形，转子永磁体为圆弧形，调磁极与转子永磁体交替排布，形成一个圆环形的转子。

所述转子上的转子永磁体采用Halbach阵列排布，转子永磁体中间部分的磁场方向沿电机的直径方向向外，转子永磁体两边部分的磁场方向分别指向转子永磁体的中间部分。

所述调磁极数量与转子永磁体数量相等。

所述调磁极数量等于外定子齿数量与电枢绕组极对数之和。

所述电枢绕组和直流励磁绕组采用集中绕组形式，有利于减少端部长度，降低铜耗。