CN110994928A - 一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，用以解决现有轴向增设励磁装置的永磁电机存在着轴向励磁线圈利用率较低的问题。本发明包括转子，所述转子两侧设有轴向励磁装置和铁磁桥，铁磁桥固定在转子上，转子两侧的铁磁桥相匹配，转子上嵌有永磁体；轴向励磁装置设置在铁磁桥的外侧，且轴向励磁装置与铁磁桥相匹配；两个轴向励磁装置间隔导通。本发明利用磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合的原理，在对磁场调节的同时提供了力矩，提升了能量的利用率；很大程度的提高了轴向磁场的利用率。本发明可以由轴向提供转矩，充分发挥了电机轴向励磁装置的性能，提升了电机整体的功率密度。

Description

一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构

技术领域

本发明涉及永磁电机的技术领域，尤其涉及一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构。

背景技术

永磁电机由于具有体积小，质量轻，损耗小，效率高，电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，在各个领域逐渐得到了广泛利用。但传统永磁的电机由于永磁体磁场的特性，在电机设计完成后，电机内部的磁场几乎保持不变。永磁电机在面临不同运行工况时需要对电机磁场进行调节，尤其在从低速升至高速的过程中，必须要进行弱磁来维持端电压的恒定，防止对电机造成损害。因此在一些条件下需要增设轴向电励磁线圈，以辅助调节永磁磁场。然而轴向增设励磁装置的永磁电机存在着轴向励磁线圈利用率较低的缺陷。

发明内容

针对现有轴向增设励磁装置的永磁电机存在着轴向励磁线圈利用率较低的技术问题，本发明提出一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，利用了电机中磁路的闭合方向，通过在轴向上设置凸极结构，实现借助轴向磁场获得磁阻转矩的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，包括转子，所述转子两侧设有轴向励磁装置和铁磁桥，铁磁桥固定在转子上，转子两侧的铁磁桥相匹配，转子上嵌有永磁体；轴向励磁装置设置在铁磁桥的外侧，且轴向励磁装置与铁磁桥相匹配；两个轴向励磁装置间隔导通。

所述轴向励磁装置包括端盖和励磁线圈，励磁线圈内置于端盖上的调磁机构内，端盖固定在机壳；所述转子两侧的励磁线圈周期性通入直流电，且在任何时刻有且只有一侧励磁线圈有电流通过。

所述调磁机构固定在端盖内侧，调磁机构包括两个同心的圆柱环，两个圆柱环之间设有容纳励磁线圈的间隙，励磁线圈固定在调磁机构靠近端盖一端的间隙内；两个圆柱环的另一端设有凸极结构I，两个圆柱环上的凸极结构I相对应。

所述铁磁桥包括N极铁磁桥和S极铁磁桥，N极铁磁桥固定在转子上的N区域，S极铁磁桥4固定在转子上的S区域；所述N极铁磁桥和S极铁磁桥在转子的径向设有间隔。

所述N极铁磁桥和S极铁磁桥分别与两个同心的圆柱环相对应，N极铁磁桥和S极铁磁桥的两端分别设有爪式结构和凸极结构II；所述爪式结构包括若干个固定爪，固定爪沿圆周方向等间距均匀向内设置，固定爪固定在转子上，固定爪的个数为转子的极数的一半。

所述凸极结构I和凸极结构II均包括开槽，开槽沿圆周方向等间距均匀向内设置，开槽之间设有凸起，开槽和凸起的大小相等；所述凸极结构II与圆柱环上的凸极结构I相对应，且凸极结构II上的开槽数量与凸极结构I上的开槽数量相等。

所述转子上沿径向均匀设置有若干个永磁体，相邻的永磁体组成的扇形区域为N区域或S区域，N区域和S区域沿圆周方向在转子上间隔设置，转子的上表面的N区域和下表面的N区域上下相对应，转子的上表面的S区域和下表面的S区域上下相对应；所述转子一侧的N极铁磁桥的凸极结构II上开槽和S极铁磁桥的凸极结构II上开槽相对应；转子两侧同极性的铁磁桥结构尺寸上相一致，但在角度上存在偏差，偏差角度为铁磁桥上每个凸极结构II所划过的圆心角度数；所述转子两侧的N极铁磁桥的爪式结构的固定爪上下对应，转子两侧的S极铁磁桥的爪式结构的固定爪上下对应；所述爪式结构的固定爪的下表面在圆周方向铺满对应的N区域或S区域但不覆盖永磁体。

所述端盖的下部近转子侧的凸极结构I的单个开槽所占的区域面积应小于铁磁桥单个凸极结构II所占区域面积的两倍。

当转子一侧的励磁线圈通电工作时，由于电流的磁效应，励磁线圈周围产生磁场，励磁线圈内置于端盖中，端盖下部存在单向的闭合磁通路径：端盖外侧圆柱环→轴向气隙→N极铁磁桥→转子→主气隙→转子→S极铁磁桥→轴向气隙→端盖内侧圆柱环→端盖外侧圆柱环，所述轴向气隙存在于端盖与N极铁磁桥或S极铁磁桥之间，主气隙是指静止的电机定子和旋转的电机转子之间的气隙；当该励磁线圈中通入相反的电流时，轴向磁通的闭合路径为：端盖内侧圆柱环→轴向气隙→S极铁磁桥→转子→主气隙→转子→N极铁磁桥→轴向气隙→端盖外侧圆柱环→端盖内侧圆柱环。

一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构的增强气隙磁场的步骤如下：

步骤一：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧的端盖与铁磁桥的凸极结构II同位；Ⅰ侧励磁线圈通正向电，Ⅰ侧的端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由Ⅰ侧的端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时Ⅰ侧的端盖的凸极结构I和铁磁桥的凸极结构II之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极同位方向转动，为转子提供了辅助力矩；

步骤二：转子Ⅰ侧的励磁线圈通正向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧端盖和铁磁桥进入转子；N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子；该磁场方向与转子永磁体磁场方向一致，增强了主气隙磁场；

步骤三：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通正向电，返回步骤一；

其中，削弱气隙磁场的步骤如下：

S1：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位，Ⅰ侧励磁线圈通反向电，Ⅰ侧侧端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时二者之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极结构同位方向转动，因此为转子提供了辅助力矩；

S2：转子Ⅰ侧的励磁线圈通反向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧的端盖和铁磁桥进入转子，N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，此时N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，该磁场方向与转子永磁体磁场方向相反，削弱了主气隙磁场；

S3：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥凸极错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通反向电，返回步骤S1。

本发明的有益效果：在永磁同步电机的基础上，可以通过轴向励磁装置对于电机的主磁场进行调节，一方面扩大了电机运行时的调速范围，另一方面也提升了电机的故障容错率，提高系统动态性能的上限；并且在对磁场调节的同时提供了力矩，提升了能量的利用率；可以在电机进行调磁的过程中利用轴向的磁场对于转子提供转矩，很大程度的提高了轴向磁场的利用率。本发明可以由轴向提供转矩。本发明利用磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合的原理，通过对于电机轴向励磁装置的结构设计，在保留轴向励磁装置调磁能力的同时，在转子的侧面提供沿圆周方向的磁阻转矩。结合了开关磁阻电机和轴径向混合励磁电机的优点，充分发挥了电机轴向励磁装置的性能，提升了电机整体的功率密度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的爆炸视图。

图2为图1所示端盖的示意图。

图3为本发明的N极铁磁桥装配示意图。

图4为本发明的S极铁磁桥装配示意图。

图5为本发明励磁线圈的电流波形示意图，其中，（a）为上段励磁线圈，（b）为下段励磁线圈。

图6为本发明整体装配及调磁磁路的示意图，其中，（a）为装配示意图，（b）为（a）中的局部放大图。

图7为本发明调磁方法的流程图。

图8为本发明的端盖和N极铁磁桥相对位置变化示意图，其中，（a）为凸极完全错位位置，（b）为凸极靠近后的位置，（c）为凸极同位位置。

图9为本发明的端盖和S极铁磁桥相对位置变化示意图，其中，（a）为凸极完全错位位置，（b）为凸极靠近后的位置，（c）为凸极同位位置。

图10为本发明转子的俯视图。

图11为本发明通电励磁线圈周围磁场示意图，其中，（a）为电流垂直离开平面，（b）为电流垂直进入平面。

图12为本发明转子上的永磁体磁场分布示意图，其中，（a）为N极铁磁桥轴向磁场流入，（b）为N极铁磁桥轴向磁场流出。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，包括转子5，转子5两侧设有轴向励磁装置和铁磁桥，铁磁桥固定在转子5上，转子5两侧的铁磁桥相匹配，转子5上嵌有永磁体；轴向励磁装置设置在铁磁桥的外侧，且轴向励磁装置与铁磁桥相匹配。轴向励磁装置利用通电线圈周围产生磁场的原理提供轴向的“磁性能”。铁磁桥的作用是充当沟通该磁场和转子的“路径”，类比电流和电阻，轴向励磁装置、铁磁桥以及转子均为磁导率较大的材料，相对于磁导率很小的空气，磁路几乎都在导磁性能好的材料里通过。

如图2所示，所述轴向励磁装置包括端盖1和励磁线圈2，励磁线圈2内置于端盖1上的调磁机构内。所述调磁机构固定在端盖1上且位于端盖1上靠近转子5的一侧，调磁机构包括两个同心的圆柱环，且圆柱环的中心与端盖1的中心相重叠，两个圆柱环之间设有容纳励磁线圈2的间隙，励磁线圈2固定在调磁机构靠近端盖1一端的间隙内。两个圆柱环的另一端即远离端盖1靠近转子5的端部设有凸极结构I，两个圆柱环上的凸极结构I相对应。凸极结构I包括开槽，开槽沿圆周向等间距均匀向内设置，开槽之间设有凸起，其中开槽的个数k和开槽的深度h1据实际要求进行选择。开槽的个数越多，线圈需要通断电的频率越高；开槽深度越大，调磁机构的调磁能力变得（相对）较差，但提供转矩的能力也会有所上升。两个圆柱环上的凸极结构I的开槽相对应，凸起相对应，端盖的凸起目的是为了与铁磁桥凸起相配合，端盖只是磁路的一部分。

如图3和图4所示，所述铁磁桥包括N极铁磁桥3和S极铁磁桥4，N极铁磁桥3和S极铁磁桥4分别与转子5上的N极和S极相对应。N极铁磁桥3和S极铁磁桥4均固定在转子5上。N极铁磁桥3和S极铁磁桥4分别与两个同心的圆柱环相对应，N极铁磁桥3和S极铁磁桥4不存在接触。N极铁磁桥3和S极铁磁桥4的上端分别和端盖1下部的两圆柱环相互对应，间隙和圆柱环间隙相一致，依据励磁线圈的体积大小设置。N极铁磁桥3和S极铁磁桥4的两端分别设有爪式结构和凸极结构II，爪式结构包括固定爪，固定爪固定在转子5上。固定爪的个数n与转子极数p一致，转子上N区域或S区域的总数称之为极数，N铁磁桥下部每个爪式结构对应一个N区域，同理S铁磁桥下部每个爪式结构对应一个S区域。转子上N和S永磁体数量总是一致的，这意味着N和S区域的数量是一致的，因此，固定爪的个数n是转子极数p的一半。

如图10所示为转子5的俯视图，转子5上沿径向均匀设置有永磁体6，相邻的永磁体组成的扇形区域为N区域或S区域，N区域和S区域沿圆周方向在转子5的上表面或下表面间隔设置，转子5的上表面的N区域和下表面的N区域上下相对应，转子5的上表面的S区域和下表面的S区域上下相对应。N极铁磁桥3的爪式结构对应固定在永磁体6构成的转子5的N区域上，S极铁磁桥4的爪式结构对应固定在永磁体6构成的转子的S区域上。如图3和图4所示，爪式结构区域尽量大但不覆盖永磁体，即N极铁磁桥3和S极铁磁桥4的爪式结构的下表面在圆周方向铺满对应的N区域或S区域，转子5一侧的N极铁磁桥3的爪式结构和S极铁磁桥4的爪式结构固定在转子5的表面不同的扇形结构内。凸极结构II包括开槽，开槽沿圆周向等间距均匀向内设置在N极铁磁桥3或S极铁磁桥4的外侧，相连的开槽之间设有凸起。凸极结构II与圆柱环上的凸极结构I相对应，即凸极结构II上的开槽数量与凸极结构I上的开槽数量k一致。其中，开槽深度h₂据实际要求进行选择。铁磁桥下部设计成凸极结构II，可以针对性的使励磁线圈2产生的磁场进入转子上的不同区域。

端盖1与铁磁桥之间存在轴向气隙。由于端盖是固定的，铁磁桥跟随转子旋转，二者（转动物体和固定物体）间存在一小段间隔，称之为气隙。气隙的长度在电机设计初已经确定。两侧的端盖均固定在电机上，两侧铁磁桥均随转子一起转动。

同一侧不同极性的N极铁磁桥3和S极铁磁桥4远转子5侧的凸极结构II呈现相同的分布规律。转子5一侧的N极铁磁桥3的凸极结构I上开槽和S极铁磁桥4的凸极结构I上开槽在相对应即在圆周方向内外对应。转子5两侧同极性的铁磁桥在结构尺寸上相一致，但在角度上存在偏差，偏差角度为铁磁桥上每个凸极结构II所划过的圆心角度数。即转子5两侧的铁磁桥的爪式结构的固定爪是上下对应的，转子5两侧的铁磁桥的凸极结构II的开槽是相对的，即转子5两侧的凸极结构II的一侧开槽和另一侧凸起上下对应。转子5两侧N极铁磁桥3或S极铁磁桥4上的凸极结构II的开槽和凸起上下对应。

如图5所示，转子5两侧励磁线圈2内周期性通入幅值一定的直流电，但在任何时刻都保证有且只有一侧励磁线圈2有电流通过，即上段励磁线圈通电时，下段励磁线圈断电，上段励磁线圈断电时，下段励磁线圈通电，如图5（a）和（b）的对应关系。

转子两侧的励磁线圈2分别通入阶段性的直流电，当转子一侧励磁线圈通电工作时，由于电流的磁效应，励磁线圈2周围产生磁场。励磁线圈2内置于导磁性能好的端盖中，端盖下部圆柱环内存在单向的磁通路径。结合图6说明该装置的弱磁原理，若规定符号“+”表示电流由平面外侧垂直进入平面内侧，如图6（b）所示，该流程大意为磁路（类比电路）形成了一整个闭合路径，由端盖外侧开始，经过一连串路径，再到端盖外侧闭合。端盖外侧指其下侧的外面一圈结构即调磁机构的外侧圆柱环，端盖内侧即调磁机构的内侧圆柱环。磁路的闭合路径为端盖外侧→轴向气隙→N极铁磁桥→转子→主气隙→转子→S极铁磁桥→轴向气隙→端盖内侧→端盖外侧，主气隙是指静止的电机定子和旋转的电机转子之间的气隙。同理，当该励磁线圈中通入与图6（b）所示相反的电流时，轴向磁通的闭合路径为端盖内侧→轴向气隙→S极铁磁桥→转子→主气隙→转子→N极铁磁桥→轴向气隙→端盖外侧→端盖内侧。

本发明是一种辅助调节装置，通过轴向的附加装置调节电机定转子之间的磁场，从而满足电机运行的特定要求，并且提供了一部分转矩。轴向的励磁线圈产生的磁场可以通过端盖、铁磁桥的路径进入转子，起到对于转子磁场或增强或削弱的作用，就可以完成调节磁场的作用。

结合图6说明本装置的调磁原理，规定“×”为电流垂直进入平面的方向，“· ”为电流垂直离开平面的方向，通电励磁线圈周围磁场示意图如图11所示。

根据磁场的特性，磁场的闭合方向总是由N极指向S极，转子上的永磁体磁场分布如图12所示，阴影箭头所示表示永磁体形成磁场。且标出了N极铁磁桥和S极铁磁桥下端的爪式结构与转子位置示意。结合图6（b），励磁线圈通入电流方向为“×”时，磁路在端盖内方向为顺时针，但由于端盖下端并不是闭合的，所以磁场优先进入导磁性能好的铁磁桥，并且经过铁磁桥进入到转子。这种通电情况下，N极铁磁桥的磁场是向下的，S极铁磁桥的磁场是向上的，因此增强了转子上永磁体形成的磁场，即通过N极铁磁桥轴向磁场进入，通过S桥铁磁桥轴向磁场离开，N极铁磁桥或S桥铁磁桥上的箭头表示由铁磁桥进入或离开转子的磁场。

如果改变励磁线圈里电流的方向，则励磁线圈产生的磁场方向相反，在端盖内方向为逆时针。N极铁磁桥的磁场是向上的，S极铁磁桥的磁场是向下的，因此削弱了转子上永磁体形成的磁场，从而达到了对于转子磁场增强或者削弱的作用。轴向的励磁线圈2所产生的磁通经过该路径进入电机的主气隙内，与转子上永磁体所产生的主磁通方向或一致或相反，从而达到对于电机进行调磁的作用。

增强气隙磁场的步骤如下：

步骤一：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧的端盖与铁磁桥的凸极结构II同位，即Ⅰ侧的凸极结构I与凸极结构II相对于转子的轴向方向错位，Ⅱ侧的凸极结构I与凸极结构II与转子的轴向距离相等，单一某侧上N极铁磁桥和S极铁磁桥的凸极结构II相对于转子是对应的，正视图下外侧的N极铁磁桥的凸极结构II会挡住S极铁磁桥的凸极结构II，与转子间的轴向距离是相等的。Ⅰ侧励磁线圈通正向电，Ⅰ侧的端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由Ⅰ侧的端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时Ⅰ侧的端盖的凸极结构I和铁磁桥的凸极结构II之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极同位方向转动，为转子提供了辅助力矩；

步骤二：转子Ⅰ侧的励磁线圈通正向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧端盖和铁磁桥进入转子；N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子；该磁场方向与转子永磁体磁场方向一致，增强了主气隙磁场；

步骤三：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通正向电，返回步骤一。

其中，削弱气隙磁场的步骤如下：

S1：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位，Ⅰ侧励磁线圈通反向电，Ⅰ侧侧端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时二者之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极结构同位方向转动，因此为转子提供了辅助力矩；

S2：转子Ⅰ侧的励磁线圈通反向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧的端盖和铁磁桥进入转子，N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，此时N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，该磁场方向与转子永磁体磁场方向相反，削弱了主气隙磁场；

S3：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥凸极错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通反向电，返回步骤S1。

当电机处于图6（a）所示状态时，端盖下侧凸极结构I与铁磁桥的凸极结构II相对位置如图8（a）和图9（a）所示。由于磁路总是沿磁阻最小的路径闭合，端盖和铁磁桥相对位置在达到图8（c）和图9（c）之前，转子上会受到一个单向的磁拉力。在达到图8（c）和图9（c）所示相对位置之后，该侧励磁线圈断电停止工作，转子另一侧励磁线圈通电工作，此时通电的励磁线圈侧的铁磁桥与端盖相对位置又如图8和图9（a）所示，其运动规律如图8和图9所示。图8和图9分别表示了N、S铁磁桥在运动过程中和端盖的相对位置变化。图中小箭头表示磁路方向。

首先，以生活中的现象为例：两块磁铁同性相斥异性相吸，产生力的根本原因是由于磁场的作用。磁场总是由N极指向S极，磁路总是沿着磁阻最小的方向闭合，因此，当两异性磁极相邻时，由于磁场的作用会有磁拉力作用在磁铁上使二者相吸引。如图8所示，当端盖和铁磁桥相对位置为8（a）或8（b）所示时，端盖的凸极结构I与铁磁桥的凸极结构II的中心线不重合、磁阻不为最小，磁场会产生磁拉力F，形成磁阻转矩，促使转子转到磁阻最小的位置，图8（c）或图9（c）位置。

如图7所示，当Ⅰ侧的端盖和铁磁桥相对位置达到图8（c）或图9（c）所示时，仅表示其中的一侧，用以区分另外一侧；端盖的凸极结构I与铁磁桥的凸极结构II的中心线重合，二者之间磁阻为最小，磁场不会产生磁拉力F。此时Ⅱ侧端盖和铁磁桥相对位置如图8或9（a）所示，于是断开Ⅰ侧励磁线圈的电流，通入Ⅱ侧励磁线圈的电流，两侧间断性的产生磁拉力和磁阻转矩。

转子本身就处于旋转的状态，铁磁桥固定在转子上一同旋转，铁磁桥上的凸极结构II和端盖上的凸极结构I相对位置不断发生变化。在某些特定位置，如I侧二者凸极位置如图8（a）所示时，让I侧励磁线圈中有电流通过，该侧线圈产生磁场，励磁装置工作。磁路总是沿磁阻最小的路径闭合，这时磁场就会驱使图8（a）状态达到图8（c）状态，二者相吸引。通过在不同位置控制线圈通电，就可以控制力的方向是沿转子转动的方向。达到图8（c）位置后，为了不使原磁场阻碍转子转动，选择将该侧励磁线圈断电，另一侧励磁线圈通电，也就是说两侧线圈周期性通断电、两侧调磁装置周期性调节磁场，周期性提供转矩。

通过本发明的装置，可以利用轴向装置对于电机内的磁场进行有效调节，一方面扩大了电机运行时的调速范围，调节电机的磁场可以调节电机的电磁转矩等性能，进而改变电机运行时速度的调节范围，提高系统动态性能的上限。通过本方法，可以在电机进行调磁的过程中利用轴向的磁场对于转子提供转矩，很大程度的提高了轴向磁场的利用率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，包括转子（5），其特征在于，所述转子（5）两侧设有轴向励磁装置和铁磁桥，铁磁桥固定在转子（5）上，转子（5）两侧的铁磁桥相匹配，转子（5）上嵌有永磁体；轴向励磁装置设置在铁磁桥的外侧，且轴向励磁装置与铁磁桥相匹配；两个轴向励磁装置间隔导通。

2.根据权利要求1所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述轴向励磁装置包括端盖（1）和励磁线圈（2），励磁线圈（2）内置于端盖（1）上的调磁机构内，端盖（1）固定在机壳；所述转子（5）两侧的励磁线圈（2）周期性通入直流电，且在任何时刻有且只有一侧励磁线圈（2）有电流通过。

3.根据权利要求2所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述调磁机构固定在端盖（1）内侧，调磁机构包括两个同心的圆柱环，两个圆柱环之间设有容纳励磁线圈（2）的间隙，励磁线圈（2）固定在调磁机构靠近端盖（1）一端的间隙内；两个圆柱环的另一端设有凸极结构I，两个圆柱环上的凸极结构I相对应。

4.根据权利要求1或3所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述铁磁桥包括N极铁磁桥（3）和S极铁磁桥（4），N极铁磁桥（3）固定在转子（5）上的N区域，S极铁磁桥4固定在转子（5）上的S区域；所述N极铁磁桥（3）和S极铁磁桥（4）在转子（5）的径向设有间隔。

5.根据权利要求4所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述N极铁磁桥（3）和S极铁磁桥（3）分别与两个同心的圆柱环相对应，N极铁磁桥（3）和S极铁磁桥（4）的两端分别设有爪式结构和凸极结构II；所述爪式结构包括若干个固定爪，固定爪沿圆周方向等间距均匀向内设置，固定爪固定在转子（5）上，固定爪的个数为转子（5）的极数的一半。

6.根据权利要求5所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述凸极结构I和凸极结构II均包括开槽，开槽沿圆周方向等间距均匀向内设置，开槽之间设有凸起，开槽和凸起的大小相等；所述凸极结构II与圆柱环上的凸极结构I相对应，且凸极结构II上的开槽数量与凸极结构I上的开槽数量相等。

7.根据权利要求6所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述转子（5）上沿径向均匀设置有若干个永磁体（6），相邻的永磁体（6）组成的扇形区域为N区域或S区域，N区域和S区域沿圆周方向在转子（5）上间隔设置，转子（5）的上表面的N区域和下表面的N区域上下相对应，转子（5）的上表面的S区域和下表面的S区域上下相对应；所述转子（5）一侧的N极铁磁桥（3）的凸极结构II上开槽和S极铁磁桥（4）的凸极结构II上开槽相对应；转子（5）两侧同极性的铁磁桥结构尺寸上相一致，但在角度上存在偏差，偏差角度为铁磁桥上每个凸极结构II所划过的圆心角度数；所述转子（5）两侧的N极铁磁桥（3）的爪式结构的固定爪上下对应，转子（5）两侧的S极铁磁桥（4）的爪式结构的固定爪上下对应；所述爪式结构的固定爪的下表面在圆周方向铺满对应的N区域或S区域但不覆盖永磁体（6）。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，所述端盖（1）的下部近转子（5）侧的凸极结构I的单个开槽所占的区域面积应小于铁磁桥单个凸极结构II所占区域面积的两倍。

9.根据权利要7所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，当转子一侧的励磁线圈（2）通电工作时，由于电流的磁效应，励磁线圈（2）周围产生磁场，励磁线圈（2）内置于端盖中，端盖下部存在单向的闭合磁通路径：端盖外侧圆柱环→轴向气隙→N极铁磁桥→转子（5）→主气隙→转子（5）→S极铁磁桥→轴向气隙→端盖内侧圆柱环→端盖外侧圆柱环，所述轴向气隙存在于端盖（1）与N极铁磁桥（3）或S极铁磁桥（4）之间，主气隙是指静止的电机定子和旋转的电机转子之间的气隙；当该励磁线圈中通入相反的电流时，轴向磁通的闭合路径为：端盖内侧圆柱环→轴向气隙→S极铁磁桥→转子→主气隙→转子→N极铁磁桥→轴向气隙→端盖外侧圆柱环→端盖内侧圆柱环。

10.根据权利要求5、6、7或9中任意一项所述的转矩提升与调磁型琴键式复合转子结构，其特征在于，其增强气隙磁场的步骤如下：

步骤一：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧的端盖与铁磁桥的凸极结构II同位；Ⅰ侧励磁线圈通正向电，Ⅰ侧的端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由Ⅰ侧的端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时Ⅰ侧的端盖的凸极结构I和铁磁桥的凸极结构II之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极同位方向转动，为转子提供了辅助力矩；

步骤二：转子Ⅰ侧的励磁线圈通正向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧端盖和铁磁桥进入转子；N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子；该磁场方向与转子永磁体磁场方向一致，增强了主气隙磁场；

步骤三：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通正向电，返回步骤一；

其中，削弱气隙磁场的步骤如下：

S1：转子在转动至其中Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构错位的位置时，Ⅱ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位，Ⅰ侧励磁线圈通反向电，Ⅰ侧侧端盖和铁磁桥上有磁场通过，磁场由端盖的凸极结构I进入铁磁桥的凸极结构II，且总沿磁阻最小的方向闭合，此时二者之间会产生磁阻转矩驱使转子向凸极结构同位方向转动，因此为转子提供了辅助力矩；

S2：转子Ⅰ侧的励磁线圈通反向电，Ⅱ侧励磁线圈不通电工作，Ⅰ侧通电的励磁线圈周围空间上产生磁场，磁场通过Ⅰ侧的端盖和铁磁桥进入转子，N极铁磁桥对应转子永磁体N区域、S极铁磁桥对应转子永磁体S区域，此时N极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流出转子，S极铁磁桥与转子对应区域磁通方向为流入转子，该磁场方向与转子永磁体磁场方向相反，削弱了主气隙磁场；

S3：当转子转动至Ⅰ侧端盖与铁磁桥的凸极结构同位的位置时，转子Ⅱ侧端盖与铁磁桥凸极错位，Ⅰ侧励磁线圈断电，Ⅱ侧励磁线圈通反向电，返回步骤S1。

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