CN112491231B - 一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机 - Google Patents

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Abstract

一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，属于汽车电器技术领域，包括定子铁心、电枢绕组、励磁绕组、外壳、永磁体、凸极分块转子铁心、轴和转子铁心架；定子铁心均布有6X对平行的定子齿，相邻的各对平行的定子极由定子轭部连接，转子铁心架有奇数个均布的U形槽，U形槽的底部呈燕尾状；同一对平行的定子极的末端之间嵌有永磁体，每隔一个定子齿绕有电枢绕组，未绕有电枢绕组的定子极上绕有励磁绕组。本发明的优点在于所述励磁绕组产生的电励磁磁通路径与永磁体产生的永磁磁通路径可以形成并联磁路，具有更好的调磁性能，以分别适应不同的工作状况。

Description

一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机
技术领域
本发明涉及一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
开关磁通电机具有结构简单，成本低，系统可靠性高的优点。但单独运行的电励磁开关磁通电机功率密度和效率相对较低，转矩脉动较大。
混合励磁开关磁通电机能够兼具能量密度大，便于调节输出转矩以及易于实现弱磁控制的优点。在目前公开的技术中，大多数混合励磁开关磁通电机都是永磁体的永磁磁通路径和励磁绕组的电励磁磁通路径形成串联磁路，电励磁磁场需要经过高磁阻的永磁体，励磁电流的利用率不高，且调磁能力有限。开关磁通电机的转子结构大致分为凸极整体式转子和分块扇形转子两种。凸极转子可以通过增加定子极对数的方式来实现大转矩输出，且具有良好的散热性能，但高速运行时的风阻和铁心损耗大，效率低。相互独立的分块转子为短磁路结构，转矩密度大，电机效率高，容错能力强。
在相近的专利中，公开号为CN101764492A的发明专利：一种电子定子和转子均分块的开关磁阻电机，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。该发明的电励磁线圈安装在定子轭上，增加了漏磁，降低了电磁利用率，本发明与上述发明相比，在其结构、原理以及实现的效果上都有本质的区别。公开号为CN102315746A的发明专利：一种采用了混合励磁方式的短磁路开关磁阻电机，该电机永磁体放置位置加大了等效气隙长度，既增加了电机体积，又减弱了气隙磁密，限制了电机转输出能力。该发明的转子上安装有永磁体时，存在散热困难的问题，导致永磁体存在退磁、失磁等风险，电机可靠性降低。将永磁体埋入转子段中，会影响转子的机械强度。本发明与上述发明相比，在其结构、原理以及实现的效果上都有本质的区别。
本发明提出了一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，定子铁心均布有6X对平行的定子齿，相邻的各对平行的定子极由定子轭部连接，同一对平行的定子极的末端之间嵌有永磁体，每隔一个定子齿绕有电枢绕组，未绕有电枢绕组的定子极上绕有励磁绕组。本发明的开关磁通电机转子采用整体呈U形的凸极分块转子结构，通过分裂定子齿形成更多的极对数来产生更大的转矩输出和更小的转矩脉动，同时采用分块转子结构可有效减小运行时的风阻和铁心损耗，提高电机的效率和容错能力。定子侧励磁绕组产生的电励磁磁通路径与永磁体产生的永磁磁通路径可以形成并联磁路，具有更好的调磁性能，以分别适应不同的工作状况。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的上述技术。
发明内容
本发明针对混合励磁开关磁通电机励磁电流利用率不高，调磁能力有限，平均转矩小，转矩脉动大的问题，提出了一种混合励磁磁通路径可以形成并联磁路，而且转子为整体呈U形的分块结构的开关磁通电机。本发明采用如下技术方案：
一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
包括定子铁心、电枢绕组、励磁绕组、外壳、永磁体、凸极分块转子铁心、轴和转子铁心架；
所述外壳由圆形不导磁材料制成，内部固定有定子铁心；
一对平行的定子极组成一个定子齿，定子铁心均布有6X个定子齿，X为正整数；
相邻的定子齿由定子轭部连接，且一个定子极的圆弧角为15/X°机械角；
转子由转子铁心架、轴和固定在转子铁心架上的凸极分块转子铁心组成；
转子铁心架位于定子铁心内侧，能够绕轴旋转；转子铁心架有奇数个均布的U形槽，U形槽的底部呈燕尾状；
整体呈U型的凸极分块转子铁心靠底部的燕尾型凸起固定在转子铁心架的U形槽内，同一对平行的定子极的末端之间嵌有永磁体，永磁体切向充磁；
每隔一个定子齿绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；
未绕有电枢绕组的定子极上绕有励磁绕组，电枢绕组和励磁绕组皆为集中式绕组。
如上所述的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
所述励磁绕组分别绕在同一个定子齿的两个定子极上，同一定子齿上的两个励磁绕组绕向相反，所有的电枢绕组绕向相同。
如上所述的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
所述永磁体为钕铁硼永磁材料；
所述励磁绕组为充磁绕组，低速大负荷运行时，励磁绕组通以大电流；
高速小负荷运行时，励磁绕组通以小电流。
本发明的有益效果如下：
（1）电励磁磁通路径与永磁磁通路径可以形成并联磁路，励磁电流利用率高，高剩磁的永磁材料可以有效使用；
（2）电励磁磁通路径与永磁磁通路径可以形成并联磁路，具有更好的调磁能力；
（3）本发明采用的凸极分块转子结构，容错能力、高温和高速适应能力强，高速运行时的风阻小，电机效率高；
（4）凸极分块转子的个数为奇数，可有效降低转矩脉动，提高转矩输出的平稳性。
附图说明
图1是本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机结构示意图。其中： 1、定子铁心，2、电枢绕组，3、励磁绕组，4、外壳，5、永磁体，6、凸极分块转子铁心，7、轴，8、转子铁心架。
图2是本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机励磁电流为0时的磁链示意图。
图3是本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机弱磁调速状态的磁链示意图。
图4是本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机增磁状态的磁链示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机结构示意图。所述一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，包括定子铁心1、电枢绕组2、励磁绕组3、外壳4、永磁体5、凸极分块转子铁心6、轴7和转子铁心架8；
所述外壳4由圆形不导磁材料制成，内部固定有定子铁心1；
一对平行的定子极组成一个定子齿，定子铁心1均布有6X个定子齿，X为正整数，在本实施例中X=2；
相邻的各定子齿由定子轭部连接，且一个定子极的圆弧角为15/X°机械角；
转子由转子铁心架8、轴7和固定在转子铁心架上的凸极分块转子铁心6组成；
转子铁心架8位于定子铁心1内侧，能够绕轴旋转；转子铁心架8有奇数个均布的U形槽，U形槽的底部呈燕尾状；
整体呈U型的凸极分块转子铁心6靠底部的燕尾型凸起固定在转子铁心架8的U形槽内，
同一对平行的定子极的末端之间嵌有永磁体5，永磁体切向充磁；
每隔一个定子齿绕有电枢绕组2，依据相位的不同，电枢绕组2分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；
未绕有电枢绕组2的定子极上绕有励磁绕组3，电枢绕组2和励磁绕组3皆为集中式绕组。
所述励磁绕组分别绕在同一个定子齿的两个定子极上，同一定子齿上的两个励磁绕组绕向相反，所有的电枢绕组绕向相同。
所述永磁体为钕铁硼永磁材料；
所述励磁绕组为充磁绕组，低速大负荷运行时，励磁绕组通以大电流；
高速小负荷运行时，励磁绕组通以小电流。
图2为本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机励磁电流为0时的磁链示意图，图3和图4分别为本发明一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机弱磁调速状态和增磁状态的磁链示意图。当励磁绕组电流为0时，永磁体产生的磁通在定子铁心内形成磁通回路，转子内无磁通通过，如图2所示，此时电机处于静止状态；当励磁绕组通以小电流时，励磁绕组产生的部分磁通在转子铁心内通过，永磁体产生的磁通不经过转子铁心，如图3所示，此时电机处于弱磁增速状态；当励磁绕组通以大电流时，励磁电流产生的磁通和永磁体产生的磁通均通过定子铁心，如图4所示，此时电机处于低速大转矩输出状态。
下面对本发明提出的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机进行工作原理的说明。
本发明所述的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机依据“磁阻最小原理”工作，在定、转子“未对齐”时产生磁阻转矩。定子设有三相或多相绕组，使整个360°内被不同相的电感上升区所覆盖，且当转子转到“对齐位置”时，定子电流从前一相即刻转换到后一相，从而可以得到恒定的正向磁阻转矩。当励磁绕组的励磁电流为0时，励磁绕组无磁通产生，永磁体产生的磁通不经过转子铁心，磁阻转矩为0；当励磁绕组通以大电流时，电励磁磁通路径与永磁磁通路径形成并联磁路，磁通依次通过定子齿上的一个定子极、气隙、转子极、分块转子铁心、相邻的另一转子极、气隙、相邻定子齿上的一个定子极、定子轭部，最后回到初始定子极，形成闭合磁路。两个磁场在气隙处和转子上相互叠加，从而可以实现大转矩输出。当励磁绕组通以小电流时，转子内的磁动势等于励磁绕组产生的磁动势减去永磁体产生的磁动势，此时仅有励磁绕组产生的部分磁通在转子铁心内通过，从而可以实现弱磁增速。同时，凸极分块转子的个数为奇数，可以有效减少反电势谐波，使反电势波形接近标准正弦曲线，从而有效降低转矩脉动。

Claims (3)

1.一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
包括定子铁心、电枢绕组、励磁绕组、外壳、永磁体、凸极分块转子铁心、轴和转子铁心架；
所述外壳由圆形不导磁材料制成，内部固定有定子铁心；
一对平行的定子极组成一个定子齿，定子铁心均布有6X个定子齿，X为正整数；
相邻的定子齿由定子轭部连接，且一个定子极的圆弧角为15/X°机械角；
转子由转子铁心架、轴和固定在转子铁心架上的凸极分块转子铁心组成；
转子铁心架位于定子铁心内侧，能够绕轴旋转；转子铁心架有奇数个均布的U形槽，U形槽的底部呈燕尾状；
整体呈U型的凸极分块转子铁心依靠底部的燕尾型凸起固定在转子铁心架的U形槽内，
同一对平行的定子极的末端之间嵌有永磁体，永磁体切向充磁；
每隔一个定子齿绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；
未绕有电枢绕组的定子极上绕有励磁绕组，电枢绕组和励磁绕组皆为集中式绕组。
2.如权利要求1所述的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
所述励磁绕组分别绕在同一个定子齿的两个定子极上，同一定子齿上的两个励磁绕组绕向相反，所有的电枢绕组绕向相同。
3.如权利要求1所述的一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机，其特征在于：
所述永磁体为钕铁硼永磁材料；
所述励磁绕组为充磁绕组，低速大负荷运行时，励磁绕组通以大电流；
高速小负荷运行时，励磁绕组通以小电流。
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