CN103141009B - 具有双励磁转子的同步旋转电机 - Google Patents

具有双励磁转子的同步旋转电机 Download PDF

Info

Publication number
CN103141009B
CN103141009B CN201180047199.8A CN201180047199A CN103141009B CN 103141009 B CN103141009 B CN 103141009B CN 201180047199 A CN201180047199 A CN 201180047199A CN 103141009 B CN103141009 B CN 103141009B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
recess
rotating machine
electric rotating
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201180047199.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103141009A (zh
Inventor
A.吉美诺
G.弗雷德里克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of CN103141009A publication Critical patent/CN103141009A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103141009B publication Critical patent/CN103141009B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

一种电机（1ˊ）具有转子（11），所述转子包括永磁体（PM）和励磁线圈（EC）。磁体容置在第一轴向凹部（E1）中，所述第一轴向凹部分布在转子的磁性质量件的圆周部分上，因此限定圆周极段。线圈容置在第二轴向凹部（E4）中，所述第二轴向凹部分布在磁性质量件的中间部分中。根据本发明，圆周极段包括至少一个器件（ET），所述器件用于当基本上为零的励磁电流流动通过所述对应的励磁线圈（EC）时，将来自对应的永磁体的磁通的一部分引导至定子（10）以便引入转子-定子磁耦合。

Description

具有双励磁转子的同步旋转电机
技术领域
本发明涉及一种包括转子的同步旋转电机，所述转子配备有永磁体和励磁线圈。更特别地，本发明涉及该类型的用于如电动和混合动力机动车辆中的电牵引电动机和/或发电机的应用的电机。
背景技术
由于具有永磁体的同步电机在输出、特定功率和功率密度方面的增加的性能，当前，具有永磁体的同步电机在机动车辆领域具有广泛的应用。此外，稀土永磁体的具有可接受经济条件的大规模可用性使得，对于新世代的机动车辆，这些电机的选择可行。
这些电机可以以大范围的功率和速度生产，并在“全电动”类型的车辆以及具有已知为“轻度混合动力”和“全混合动力”类型的低CO2排放的车辆中找到应用。
“轻度混合动力”应用大致涉及约8至10KW的电机，例如，装配在热机的前表面上并通过驱动带联接至热机的电动机。借助该类型的电动机，可以通过提供特别是在加速期间供应额外动力的电扭矩辅助而减少热机械化(“发电机缩小化”)的立体容积。此外，在低速下的牵引，例如在城市环境中，还可以通过该相同电动机被提供。“全混合动力”类型的应用大致涉及用于串联和/或并联类型的架构的30至50KW的电动机，其具有将电动机(一个或多个)并入车辆的牵引链的更强化水平。
但是，具有仅通过永磁体进行的励磁的电机具有场弱化困难。在机动车辆中，当电机用作用于车辆的不同行进需求的牵引电动机时，电机必须能够以不同载荷率和速度运作，且因此其场必须可以被弱化，以便达到高速区段。
在具有双励磁的电机中更易于场弱化，这些电机提供在它们的转子中将由永磁体提供的高水平能量密度和控制气隙中由励磁线圈提供的磁流的能力结合的可能性。
用于双励磁电机的有利结构在LiLi等的、名称为“Somearmaturereactioncompensationmethods,numericaldesignofexperimentsandoptimizationforahybridexcitationmachine”并发表在IEMDC,Miami,USA(2009)的文章中披露。
发明内容
本发明提出一种双励磁的同步旋转电机，其具有在前述文章中披露的类型的转子技术，并且其设计已经被优化，以便增加用于汽车工业的这些电机的优势和性能。
根据第一方面，本发明涉及一种具有双励磁的旋转电机，包括设置有定子绕组的定子和包括多个交替的北极和南极的转子，所述北极和南极由多个永磁体和多个励磁线圈形成，
永磁体被容置在相应的第一凹部中，所述第一凹部轴向地延伸并规则地分布在转子的磁性质量件的圆周部分中，以便限定多个圆周极段，
励磁线圈被容置在相应的第二凹部中，所述第二凹部轴向地延伸并规则地分布在所述转子的磁性质量件的中间部分中，中间部分位于转子的中央部分和圆周部分之间，每一个励磁线圈插入到相应的径向极齿中，所述极齿在两个相继的第二凹部之间形成分隔部。
根据本发明，转子的至少一个圆周极段包括至少一个用于引导的器件，所述用于引导的器件当基本上为零的励磁电流通过励磁线圈时，用于使由对应的永磁体产生的磁流的预定部分朝向定子引导，以在转子和定子之间引入具有预定值的磁耦合。
根据一特定特征，用于引导的器件包括所述转子的磁性质量件的颈部。
根据另一特定特征，用于引导的器件包括专用凹部，所述专用凹部设置在转子的磁性质量件中，并填充有空气。
根据另一特定特征，用于引导的器件包括专用凹部，所述专用凹部设置在转子的磁性质量件中，并填充有非磁性材料。
根据本发明的特定实施例，用于引导的器件的颈部具有宽度，所述宽度小于或等于(Br/Bs)LPM，
Br是永磁体的剩余磁感应强度；
Bs是在颈部的位置处的磁性质量件的饱和感应强度；和
LPM是永磁体的宽度。
根据另一特定特征，颈部的宽度大于预定的下限。
根据本发明的旋转电机可有利地以用于机动车辆的电动机、发电机、或电动机/发电机的形式制造。
附图说明
本发明的其它特征和优势将通过阅读多个特定实施例的以下说明并参考以下附图而显现，在附图中：
图1是横截面图，显示出根据本发明的具有双励磁的旋转电机的第一特定实施例的大体结构；
图2是显示出图1中的电机的转子的极段的局部横截面图；和
图3是横截面图，显示出根据本发明的具有双励磁的旋转电机的第二特定实施例。
具体实施方式
图1显示出根据本发明的具有双励磁的旋转电机的特定实施例1的大体结构，所述旋转电机包括定子10和转子11。电机1的转子11包括多个交替的北凸极和南凸极，所述北凸极和南凸极由多个永磁体PM和多个励磁线圈EC形成。
根据本发明的该类型的电机的具体实施例例如是具有8至10KW的电动机/发电机，用于称为“轻度混合动力”类型的机动车辆中的应用。在作为电动机运作的模式下，该类型的电机可以被设计为用于热机的起动、热机的扭矩辅助、以及用于当车辆处于低速时的电牵引。在电机作为发电机运作的模式下，其可在正常交流发电机模式下、或在再生制动模式下运作。
该电机1包括定子10和转子11，所述定子10具有24个槽101，所述转子11包括4个交替的北极和南极。转子11包括4个永磁体PM。
定子10和转子11以常规方式制造有形成磁性质量件的金属板组。
定子10的槽101设计为接收定子绕组(未示出)并且在彼此之间形成多个定子齿。根据一些实施例，槽101将被设计为容置缠绕到大齿上的集中式绕组或分布式绕组。
磁体PM根据所谓的“极间”组装而布置在转子11的圆周部分中，并沿转子11的整个长度轴向地延伸。磁体PM被容置在相应的极间凹部E1中，并分布在转子11的圆周部分中，使得沿周向方向，两个相继的磁体PM以不同的极取向布置，如图1所示。例如，如果PM1和PM2是相继的磁体，则相应的极取向可以是N-S和S-N或S-N和N-S，总是沿相同的周向方向。
磁体PM优选地是包括稀土的永磁体，诸如钕铁硼(NeFeB)、钐铁(SmFe)、钐钴(SmCo)类型的磁体或从烧结或粘结的铁氧体获得的磁体。
转子11包括中央孔，所述中央孔在转子的两个面端部敞开，且设计为接收转子的驱动轴A。将注意到，在本发明中，轴A可以由磁性材料制成。
除了容纳磁体PM的凹部E1，转子11还包括凹部E2和E3，所述凹部E2和E3对于每一个极重复并沿转子的基本上整个长度延伸。
凹部E2设计为在转子11中容置励磁线圈EC。凹部E2位于磁体PM之下，其中凹部E2与磁体PM一样多。两个相继的凹部E2由形成极齿RT的径向分隔部分开，对应的励磁线圈EC绕所述极齿RT缠绕。励磁线圈EC可根据串联、并联、或串联/并联的组装而被电连接。
将注意到的是，在根据本发明的电机1的一些实施例中，一些凹部E2可用作用于转子11的组装支架。
凹部E3在该情况下敞开到凹部E2中，且它们的功能是有助于磁流的控制。将注意到，这些凹部E3还对转子惯量的减少具有有益效果。
更具体地，凹部E3允许通过由励磁线圈EC供应的低励磁、或零励磁而进行转子11和定子10之间的磁耦合的定大小。因此，当励磁线圈EC被供应有很小励磁电流或没有励磁电流时，可以确保转子11和定子10之间的从动(follower)磁耦合。
参考图2，已知对于转子11的所有极所描述的运作均相同，现在将详细描述凹部E3履行的功能。
图2显示出双励磁运作状态，其中供应至励磁线圈EC的励磁电流为零。在该情况下，设置在极的磁性质量件中的凹部E3建立流动屏障，所述流动屏障抵抗由磁体PM产生的通过转子11的磁性质量件的磁流的总反馈。
如在图2中所示的，在以上运作状态下，磁体的磁流于是包括定子耦合流(标记为FS，其流过定子10)和转子反馈流(标记为FR，其流过转子11)。本发明允许当励磁线圈EC被供应有很少励磁电流或没有励磁电流时流FS相对于流FR的部分的定大小，或相反地，使得为转子11和定子10之间的磁耦合定大小。
当励磁线圈EC被供应有显著量的电流时，其产生的磁流(未示出)抵抗转子反馈流，且由磁体产生的所有磁流随后在定子中流动。
因此可以通过本发明提供一种具有永磁体的双励磁电机，其中，当转子被很少励磁电流激励或没有励磁电流激励时，确保了转子和定子之间的可观(scalable)的从动磁耦合。
如图2中所示，凹部E3在电动机的磁性质量件中在凹部E3和转子的外圆周之间产生颈部ET。该颈部ET使得可以限制由于线性模式下引入的磁阻和/或由于磁饱和而造成的转子磁反馈流FR。
将注意到，颈部LET(图2中所示)的宽度的参数是在存在很少励磁或没有励磁的模式下调节转子和定子之间的磁耦合的定大小参数(dimensioningparameter)。
根据应用，凹部E3必须通过磁场线上的模拟而被优化，以便获得尽可能好的平衡(compromise)，特别是在发电机模式下运作和在电动机模式下运作之间，例如在可逆电机的情况下。
由发明实体实行的测量和测试已经显示出，电机作为电动机运作的情况下，在颈部ET的磁饱和时运作是有利的。但是，在一些应用中，在磁饱和时的这种运作可还对于电机作为发电机运作有利。
作为对颈部ET中的磁饱和的限制，应用以下公式：
BrLPM＝BsLET(1)
其中：
Br是磁体PM的剩余磁感应强度；
Bs是在颈部ET的位置处的金属板的饱和感应强度；和
LPM是磁体PM的宽度。
公式(1)给出等式：
LET＝(Br/Bs)LPM(2)
对于等于或小于(Br/Bs)LPM的颈部LET的宽度，磁饱和因此将介入，但是已知LET的下限由材料的机械强度(即，形成转子11的金属板的机械强度)强制决定。可施加在转子上的显著的离心力必须被考虑用于对LET的该下限定大小。
在低的电励磁情况下，作为发电机运作时，可有利的是，通过适当定颈部LET的宽度的大小，朝向定子引导由磁体PM提供的磁流或该流的一部分，从而该流不抵抗由激励线圈EC产生的流。由本发明提供的该可能性使得可以例如调节机动车辆交流发动机中的从动动力传递。在机动车辆交流发电机中，从动动力传递对应于交流发动机在没有电励磁的情况下在21000rpm的旋转速度时必须传递的最大电流。
图3示出根据本发明的电机的第二实施例1'。该实施例对应于本发明的特定应用，已知之前关于图1描述的第一实施例更多地是笼统实施例，没有针对工业应用优化。
电机1'包括定子10和转子11，所述定子10具有36个槽101，所述转子11包括6个交替的北极和南极。转子11包括6个永磁体PM。该电机1'还不同于图1中的电机1大致在于凹部的构造。实际上，在该实施例中，在电机1的极段中的凹部E2和E3的功能由单个凹部E4实现，凹部E4的形式被限定为引入具有与电机1的颈部相同功能的颈部ET。
在电机1中，凹部E3容纳空气。在电机1'中，凹部E4尽可能地被励磁线圈EC的铜填充。将注意到，本发明的其他应用可以包括凹部E3，在该情况下凹部E3被非磁性材料、或被磁性但具有低密度的材料填充。

Claims (9)

1.一种具有双励磁的旋转电机，包括设置有定子绕组的定子(10)和包括多个交替的北极和南极的转子(11)，所述北极和南极由多个永磁体(PM)和多个励磁线圈(EC)形成，
所述永磁体(PM)被容置在相应的第一凹部(E1)中，所述第一凹部(E1)轴向地延伸并规则地分布在所述转子(11)的磁性质量件的圆周部分中，以便限定多个圆周极段，
所述励磁线圈(EC)被容置在相应的第二凹部(E2；E4)中，所述第二凹部(E2；E4)轴向地延伸并规则地分布在所述转子(11)的磁性质量件的中间部分中，所述中间部分位于所述转子(11)的中央部分(A)和所述圆周部分之间，每一个所述励磁线圈(EC)插入到相应的径向极齿(RT)中，所述极齿(RT)在两个相继的所述第二凹部(E2；E4)之间形成分隔部，
其特征在于，至少一个所述圆周极段包括至少一个用于引导的器件(E3、ET)，所述用于引导的器件当基本上为零的励磁电流通过所述励磁线圈(EC)时，用于使由对应的所述永磁体(PM)产生的磁流的预定部分(Fs)朝向所述定子(10)引导，以在所述转子(11)和所述定子(10)之间引入具有预定值的磁耦合。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述用于引导的器件包括所述转子(11)的磁性质量件的颈部(ET)。
3.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述用于引导的器件包括专用凹部(E3)，所述专用凹部(E3)设置在所述转子(11)的磁性质量件中，并填充有空气。
4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述用于引导的器件包括专用凹部(E3)，所述专用凹部(E3)设置在所述转子(11)的磁性质量件中，并填充有非磁性材料。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述颈部(ET)具有颈部宽度(LET)，所述颈部宽度小于或等于(Br/Bs)LPM，
Br是所述永磁体(PM)的剩余磁感应强度；
Bs是在所述颈部(ET)的位置处的磁性质量件的饱和感应强度；和
LPM是永磁体(PM)的宽度。
6.根据权利要求2或3所述的旋转电机，其特征在于，颈部(LET)的宽度大于预定下限。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，其以用于机动车辆的电动机的形式被制造。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，其以用于机动车辆的发电机的形式被制造。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，其以用于机动车辆的电动机/发电机的形式被制造。
CN201180047199.8A 2010-09-30 2011-07-28 具有双励磁转子的同步旋转电机 Expired - Fee Related CN103141009B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1057892A FR2965682B1 (fr) 2010-09-30 2010-09-30 Machine electrique tournante synchrone avec rotor a double excitation
FR1057892 2010-09-30
PCT/FR2011/051824 WO2012042135A1 (fr) 2010-09-30 2011-07-28 Machine electrique tournante synchrone avec rotor a double excitation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103141009A CN103141009A (zh) 2013-06-05
CN103141009B true CN103141009B (zh) 2016-02-17

Family

ID=44064829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180047199.8A Expired - Fee Related CN103141009B (zh) 2010-09-30 2011-07-28 具有双励磁转子的同步旋转电机

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2622715B1 (zh)
CN (1) CN103141009B (zh)
FR (1) FR2965682B1 (zh)
PL (1) PL2622715T3 (zh)
WO (1) WO2012042135A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2993108B1 (fr) * 2012-07-04 2015-07-24 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante a compensation de reaction magnetique d'induit
ES2925389T3 (es) * 2018-07-31 2022-10-17 Ge Renewable Tech Rotor para un generador síncrono
WO2021067713A1 (en) * 2019-10-03 2021-04-08 Magna International Inc. Wound-field synchronous machines and control
CN112787435B (zh) * 2021-01-04 2022-09-16 珠海格力电器股份有限公司 转子结构及电机
CN112787476B (zh) * 2021-01-28 2021-11-23 南京航空航天大学 基于交替极转子的集成式直流感应混合励磁无刷电机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1228639A (zh) * 1998-03-09 1999-09-15 瓦莱奥电机设备公司 具有双励磁的电机,特别是机动车交流发电机
US7701104B2 (en) * 2002-08-14 2010-04-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Double-excitation rotating electrical machine for adjustable defluxing
CN101772876A (zh) * 2007-06-04 2010-07-07 罗伯特·博世有限公司 带有混合励磁转子的电机

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5120586B2 (ja) * 2005-06-28 2013-01-16 株式会社デンソー 界磁巻線型同期機
JP4489002B2 (ja) * 2005-10-26 2010-06-23 三菱電機株式会社 ハイブリッド励磁回転電機、及びハイブリッド励磁回転電機を備えた車両
DE102008041605B4 (de) * 2008-08-27 2017-09-21 Robert Bosch Gmbh Hybriderregte elektrische Maschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1228639A (zh) * 1998-03-09 1999-09-15 瓦莱奥电机设备公司 具有双励磁的电机,特别是机动车交流发电机
US7701104B2 (en) * 2002-08-14 2010-04-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Double-excitation rotating electrical machine for adjustable defluxing
CN101772876A (zh) * 2007-06-04 2010-07-07 罗伯特·博世有限公司 带有混合励磁转子的电机

Also Published As

Publication number Publication date
EP2622715B1 (fr) 2015-07-08
FR2965682A1 (fr) 2012-04-06
WO2012042135A1 (fr) 2012-04-05
FR2965682B1 (fr) 2012-09-21
CN103141009A (zh) 2013-06-05
EP2622715A1 (fr) 2013-08-07
PL2622715T3 (pl) 2015-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106357024B (zh) 转子和电机
Woolmer et al. Analysis of the yokeless and segmented armature machine
CN102474143B (zh) 车辆用旋转电机
JP5961344B2 (ja) 永久磁石を備える、磁束収束タイプの同期回転電気機械
US9302577B2 (en) Halbach array electric motor with substantially contiguous electromagnetic cores
US8207645B2 (en) Magnetic flux controllable rotating electric machine system
JP4897924B2 (ja) 特に自動車の駆動に適した電流励磁型同期電動機
JP6211524B2 (ja) 回転電気機械の回転子および回転子を備えた回転電気機械
CN103683593A (zh) 电机的转子、具有该转子的同步电机及绕线转子同步电机
US20050200223A1 (en) Permanent magnet rotating electric machine and electric car using the same
JP2011217601A (ja) 永久磁石を備える、磁束収束タイプの同期回転電気機械
CN103141009B (zh) 具有双励磁转子的同步旋转电机
JP2009219331A (ja) 永久磁石式ジェネレータとそれを用いたハイブリッド車両
CN109690910B (zh) 旋转电机
JP2014068497A (ja) 回転電機およびそれを用いた電動パワーステアリング装置
CN103038988B (zh) 具有混合励磁转子的同步旋转电机
CN108028584A (zh) 旋转电机
US20200106338A1 (en) Rotating electric machine, controller, vehicle system, and maintenance method of rotating electric machine
JP2000224790A (ja) 回転電機及びそれを用いた電動車両
CN103069700B (zh) 具有双励磁转子的同步旋转电机
CN108141076B (zh) 磁铁式转子、具备磁铁式转子的旋转电机以及具备旋转电机的电动汽车
CN105914981B (zh) 一种电动车混合励磁轮毂电机
CN103038987B (zh) 具有混合励磁转子的同步旋转电机
CN102306996B (zh) 一种圆筒形直线电机
Senevirathna Design of a Permanent Magnet Synchronous Motor for an Electric Traction Application

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160217

Termination date: 20200728

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee