CN101764492A - 混合励磁分块定、转子开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合励磁分块定、转子开关磁阻电机，属于开关磁阻电机领域。该电机可为三相6/4、四相8/6或三相12/8结构等，包括U形定子块、励磁线圈、隔磁板、永磁体、扇形转子齿块和不导磁的转子金属套，扇形转子齿块嵌入在不导磁的转子金属套中，相邻的两个U形定子块之间隔一个隔磁板，U形定子块的两个定子齿槽口之间嵌入永磁体，励磁线圈缠绕在U形定子块的轭上，每个缠绕在U形定子块轭上的励磁线圈产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块两个定子齿槽口间的永磁体产生的永磁磁场并联。本发明电机转矩高，转子高速运行时风阻损耗小，端部绕组小，容错性强，生产成本低。

Description

混合励磁分块定、转子开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种混合励磁分块定、转子开关磁阻电机，属于开关磁阻电机技术领域。

背景技术

开关磁阻电机的结构简单、坚固，成本低，性能可靠，控制灵活，容错能力强，并具有高温和高速适应性等优点。但开关磁阻电机凹凸结构的转子使得高速运行时的风阻力很大，油冷却条件下高速运行时的阻力更大，为了减小风(油)阻力，可以采用转子注塑方法，即把转子凹陷部分注满塑料，但该方法实现工艺复杂且成本高。开关磁阻电机是半周期出力，如何在现有基础上进一步提高电机效率和功率密度，也是开关磁阻电机调速系统一个重要的研究方向。采用永磁体励磁提高电机功率密度已成为电机领域的一个研究热点。

目前，国际上研究的三相6/4结构、三相12/8结构及三相12/10结构的分块转子开关磁阻电机，分块扇形转子嵌入高强度不导磁套中，转子外表面为一圆柱面，使得转子高速运行时的风阻大大减小，并且特有的短磁路结构使得铁心损耗大大减小。

日本学者和中国学者分别提出了一种12/8结构和12/10结构的混合励磁开关磁阻电机，永磁体镶嵌在两个相邻的定子齿端部，转子结构与普通开关磁阻电机一样。上述两种混合励磁开关磁阻电机对永磁体磁场方向均有特殊要求，因此只有一些特定定子齿数的开关磁阻电机才能满足这个要求，并且永磁体磁力线交链非导通绕组，在非导通绕组中会产生感应电动势，影响电机性能。上述缺陷影响了这两种结构电机的进一步应用。

中国发明专利(申请号200910263110.6)提出了一种混合励磁开关磁阻电机，该电机扇形块状的转子齿块嵌入在不导磁的转子金属套中组成转子，永磁体嵌在C形定子块的两个定子齿槽口之间，多个C形定子块相间隔磁板组成一个整体定子，但其励磁绕组采用FullyPitched绕组，即每个绕组需跨越m个定子齿(m为电机的相数)绕制，这使得绕组在电机端部交叠，端部绕组大，可靠性降低，特别在电机轴向长度较短时，铜的利用率低。

发明内容

本发明针对背景技术中混合励磁开关磁阻电机技术上存在的缺陷，而提出一种端部绕组小、低损耗、高转矩、容错性强且成本低的混合励磁分块定、转子开关磁阻电机。

本发明的混合励磁分块定、转子开关磁阻电机，包括U形定子块、励磁线圈、隔磁板、永磁体、扇形转子齿块和不导磁的转子金属套，扇形转子齿块嵌入在不导磁的转子金属套中，相邻的两个U形定子块之间隔一个隔磁板，U形定子块的两个定子齿槽口之间嵌入永磁体，励磁线圈缠绕在U形定子块的轭上，每个缠绕在U形定子块轭上的励磁线圈产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块两个定子齿槽口之间的永磁体产生的永磁磁场并联。

本发明具有如下有益效果：

1)转子外表面为一圆柱面，无凹凸，风(油)阻损耗小；电机磁路为短磁路，磁利用率高，电机损耗低。

2)U形定子块的尺寸与扇形转子齿块的尺寸一致，便于模块化生产，制造成本低。

3)容错性强。由于隔磁板的存在，每相线圈的电励磁磁力线和永磁体磁力线不与其他相线圈的磁力线闭合，定子单元间磁场几乎完全独立，无耦合；永磁磁场和电励磁磁场相互并联，独立性好，励磁绕组的一个线圈发生短路故障时，相应的永磁体磁通虽穿过短路线圈，但因其磁通不变所以线圈内不会产生感应电势，且不需要做永磁灭磁处理；永磁体发生失磁故障时电机仍可正常电励磁；当同相励磁线圈并联连接，一个线圈发生断路故障时，出力仅减少N分之一，比采用Fully Pitched绕组的电机少减少N分之一(N为定子励磁线圈数目)。

4)励磁线圈缠绕在U形定子块的轭上，不会造成绕组在电机端部交叠，端部绕组小。

5)高转矩，控制简单。永磁体只有电励磁绕组通电时才有转矩产生，并且混合励磁使得电机出力大，功率密度高，功率电路及控制策略与普通开关磁阻电机一样简单方便。

综上所述，本发明在各种驱动系统中具有广阔的应用前景，尤其适合应用于额定状态和过载状态的电动驱动车辆和混合动力驱动车辆的驱动场合。

附图说明

图1为本发明的三相6/4结构电机的截面结构示意图。

图2为本发明的三相6/4结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图3为本发明的三相6/4结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图4为本发明的四相8/6结构电机的截面结构示意图。

图5为本发明的四相8/6结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图6为本发明的四相8/6结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图7为本发明的三相12/8结构电机的截面结构示意图。

图8为本发明的三相12/8结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图9为本发明的三相12/8结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图1、图4、图7中标号名称：1、U形定子块；2、励磁线圈；3、隔磁板；4、永磁体；5、扇形转子齿块；6、不导磁的转子金属套。

具体实施方式

本发明的混合励磁分块定、转子开关磁阻电机可为三相6/4、四相8/6或三相12/8结构等，其工作原理相同。扇形转子齿块中心线与定子槽中心线对齐时定义为转子对齐位置，此时绕组电感最大；扇形转子齿块中心线与相邻两定子齿中心对齐时定义为转子不对齐位置，此时绕组电感最小。

下面结合附图分别对本发明电机的以上三种结构进行详细说明：

本发明的三相6/4结构电机的截面结构如图1所示，包括U形定子块1、励磁线圈2、隔磁板3、永磁体4、扇形转子齿块5和不导磁的转子金属套6。四个扇形转子齿块5嵌入在不导磁的转子金属套6中，转子外表面为一圆柱面，相邻的两个U形定子块1之间隔一个隔磁板3，六个U形定子块1和六个隔磁板3固定在一起，永磁体4嵌在U形定子块1的两个定子齿槽口之间，位于定子齿端部，励磁线圈2缠绕在U形定子块1的轭上，每个缠绕在U形定子块1轭上的励磁线圈2产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块1两个定子齿槽口之间的永磁体4产生的永磁磁场并联，三相绕组由三个励磁线圈2组成，A相绕组为a1、a2，B相绕组为b1、b2，C相绕组为c1、c2。当一相励磁绕组不通电时，永磁体磁力线不经过气隙而沿定子极、定子轭部闭合，不产生转矩；电励磁磁力线的路径与永磁体磁力线的路径形成并联磁路：当一相励磁绕组通有较小电流时，永磁体磁力线将一部分磁力线经气隙、转子闭合，另一部分沿定子极、定子轭部闭合，此时永磁体一部分磁场产生转矩；当一相励磁绕组电流较大时，全部永磁体磁力线将只经气隙、转子闭合，永磁体磁场将全部产生转矩。

本发明的三相6/4结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布如图2所示。此时A相绕组导通，B、C两相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线一部分经转子闭合，另一部分沿定子齿和定子轭闭合。B、C两相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场弱于B、C两相定子磁场。

本发明的三相6/4结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布如图3所示。此时A相绕组导通，B、C两相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线基本上经转子闭合。B、C两相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场强于B、C两相定子磁场。

本发明的四相8/6结构电机的截面结构如图4所示，包括U形定子块1、励磁线圈2、隔磁板3、永磁体4、扇形转子齿块5和不导磁的转子金属套6。六个扇形转子齿块5嵌入在不导磁的转子金属套6中，转子外表面为一圆柱面，相邻的两个U形定子块1之间隔一个隔磁板3，八个U形定子块1和八个隔磁板3固定在一起，永磁体4嵌在U形定子块1的两个定子齿槽口之间，位于定子齿端部，励磁线圈2缠绕在U形定子块1的轭上，每个缠绕在U形定子块1轭上的励磁线圈2产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块1两个定子齿槽口之间的永磁体4产生的永磁磁场并联，四相绕组由四个励磁线圈2组成，A相绕组为a1、a2，B相绕组为b1、b2，C相绕组为c1、c2，D相绕组为d1、d2。当一相励磁绕组不通电时，永磁体磁力线不经过气隙而沿定子极、定子轭部闭合，不产生转矩；电励磁磁力线的路径与永磁体磁力线的路径形成并联磁路：当一相励磁绕组通有较小电流时，永磁体磁力线将一部分磁力线经气隙、转子闭合，另一部分沿定子极、定子轭部闭合，此时永磁体一部分磁场产生转矩；当一相励磁绕组电流较大时，全部永磁体磁力线将只经气隙、转子闭合，永磁体磁场将全部产生转矩。

本发明的四相8/6结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布如图5所示。此时A相绕组导通，B、C、D三相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线一部分经转子闭合，另一部分沿定子齿和定子轭闭合。B、C、D三相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场弱于其他三相定子磁场。

本发明的四相8/6结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布如图6所示。此时A相绕组导通，B、C、D三相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线基本上经转子闭合。B、C、D三相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场强于其他三相定子磁场。

本发明的三相12/8结构电机的截面结构如图7所示，包括U形定子块1、励磁线圈2、隔磁板3、永磁体4、扇形转子齿块5和不导磁的转子金属套6。八个扇形转子齿块5嵌入在不导磁的转子金属套6中，转子外表面为一圆柱面，相邻的两个U形定子块1之间隔一个隔磁板3，十二个U形定子块1和十二个隔磁板3固定在一起，永磁体4嵌在U形定子块1的两个定子齿槽口之间，位于定子齿端部，励磁线圈2缠绕在U形定子块1的轭上，每个缠绕在U形定子块1轭上的励磁线圈2产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块1两个定子齿槽口之间的永磁体4产生的永磁磁场并联，三相绕组由六个励磁线圈2组成，A相绕组由a1、a2和a3、a4两个线圈构成，B相绕组由b1、b2和b3、b4两个线圈构成，C相绕组由c1、c2和c3、c4两个线圈构成。当一相励磁绕组不通电时，永磁体磁力线不经过气隙而沿定子极、定子轭部闭合，不产生转矩；电励磁磁力线的路径与永磁体磁力线的路径形成并联磁路：当一相励磁绕组通有较小电流时，永磁体磁力线将一部分磁力线经气隙、转子闭合，另一部分沿定子极、定子轭部闭合，此时永磁体一部分磁场产生转矩；当一相励磁绕组电流较大时，全部永磁体磁力线将只经气隙、转子闭合，永磁体磁场将全部产生转矩。

本发明的三相12/8结构电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布如图8所示。此时A相绕组导通，B、C两相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线一部分经转子闭合，另一部分沿定子齿和定子轭闭合。B、C两相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场弱于B、C两相定子磁场。

本发明的三相12/8结构电机转子处于对齐位置时的磁力线分布如图9所示。此时A相绕组导通，B、C两相无电流，A相电励磁磁力线和永磁体磁力线基本上经转子闭合。B、C两相永磁体磁力线全部经定子齿和定子轭闭合，并且A相定子内的磁场强于B、C两相定子磁场。

本发明电机的运行原理与普通开关磁阻电机一样，三相6/4结构电机的三相绕组依次开通，导通周期角为30度；四相8/6结构电机的四相绕组依次开通，导通周期角为15度；三相12/8结构电机的三相绕组依次开通，导通周期角为15度。

由于隔磁板的存在，每相电励磁磁力线和永磁体磁力线不与其他相的磁力线闭合，相间磁路完全隔离，无耦合，对不同相间的永磁体磁场方向没有特殊要求，因此，只要相内永磁体磁力线的路径与电励磁磁力线的路径构成并联磁路即可，而相间永磁体的磁场方向可以排列，故本发明电机的定、转子齿数与普通开关磁阻电机一样，说明本发明电机具有结构上的通用性。

Claims (1)

1.一种混合励磁分块定、转子开关磁阻电机，包括U形定子块(1)、励磁线圈(2)、隔磁板(3)、永磁体(4)、扇形转子齿块(5)和不导磁的转子金属套(6)，扇形转子齿块(5)嵌入在不导磁的转子金属套(6)中，相邻的两个U形定子块(1)之间隔一个隔磁板(3)，U形定子块(1)的两个定子齿槽口之间嵌入永磁体(4)，其特征在于：所述励磁线圈(2)缠绕在U形定子块(1)的轭上，每个缠绕在U形定子块(1)轭上的励磁线圈(2)产生的励磁磁场与嵌在该U形定子块(1)两个定子齿槽口之间的永磁体(4)产生的永磁磁场并联。

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