CN114844260A - 一种磁场可调电机和车辆 - Google Patents

Abstract

一种磁场可调电机和车辆。磁场可调电机的励磁环组件包括励磁环和励磁绕组，励磁环具有外环壁和内环壁，励磁绕组设于外环壁和内环壁之间；磁场可调电机的励磁转子包括转子铁芯和多个第一永磁体，转子铁芯设有第一磁极配合部、第二磁极配合部以及沿周向交替设置的第一磁极形成区和第二磁极形成区，第一磁极配合部对应第一磁极形成区，第二磁极配合部对应第二磁极形成区，多个第一永磁体对应第一磁极形成区和第二磁极形成区，使第一磁极形成区形成第一磁极、第二磁极形成区形成第二磁极；外环壁对应第一磁极配合部、并构造出第二气隙，内环壁对应第二磁极配合部、并构造出第三气隙。该磁场可调电机更好地达到了低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

Description

一种磁场可调电机和车辆

技术领域

本文涉及车辆技术，尤指一种磁场可调电机和一种车辆。

背景技术

永磁电机以高转矩密度、高效率、轻量小型化等特点越来越受到重视，在各个领域都得到了广泛的应用。然而永磁电机的气隙磁场(即转子和定子之间的第一气隙的磁场)由永磁磁钢提供，几乎保持恒定，调节困难，限制了永磁电机的进一步发展和应用。因此，国内外诸多学者针对气隙磁场可调的电机展开了广泛和深入的研究。

近几年，学者们先后提出了诸如磁极分割型、组合转子、独立磁路型、双凸极等多种新型结构的磁场可调电机，并对电机的结构、工作原理、磁路特征等进行了大量深入的研究。

磁场可调电机由于气隙磁场可调，在低速要求大转矩时，能够提供更高的输出转矩，在高速运行区域，能够省去永磁电机调节磁场时的弱磁电流，因而效率高，同时磁场可调电机还可以实现在更宽的速度范围内保持恒功率运行。特别适合于恒功率、宽调速驱动及恒压发电等场合，在航空航天、风力发电、电动车辆等领域具有广阔的应用前景。

因此，磁场可调电机如何更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点，也是本领域技术人员一直致力于解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本申请提供了一种磁场可调电机，更好地达到了低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

本申请还提供了一种车辆。

本发明实施例提供的磁场可调电机，包括壳体、定子、永磁转子、励磁转子和励磁环组件，所述定子、所述永磁转子、所述励磁转子和所述励磁环组件均位于所述壳体内，所述永磁转子设于所述定子的径向内侧，所述永磁转子和所述定子之间具有第一气隙，所述励磁环组件设于所述壳体的端壁上，所述励磁转子设于所述励磁环组件和所述永磁转子之间；所述励磁环组件包括励磁环和励磁绕组，所述励磁环具有外环壁和内环壁，所述励磁绕组设于所述外环壁和所述内环壁之间；所述励磁转子包括转子铁芯和多个第一永磁体，所述转子铁芯设有第一磁极配合部、第二磁极配合部以及沿周向交替设置的第一磁极形成区和第二磁极形成区，所述第一磁极配合部对应所述第一磁极形成区，所述第二磁极配合部对应所述第二磁极形成区，多个所述第一永磁体对应所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区设于所述转子铁芯上，使所述第一磁极形成区形成第一磁极、使所述第二磁极形成区形成第二磁极；其中，所述外环壁对应所述第一磁极配合部、并构造出第二气隙，所述内环壁对应所述第二磁极配合部、并构造出第三气隙。

在一示例性实施例中，所述外环壁位于所述第一磁极配合部的径向内侧，所述第二气隙位于所述外环壁的径向外侧面和所述第一磁极配合部的径向内侧面之间，所述内环壁位于所述第二磁极配合部的径向内侧，所述第三气隙位于所述内环壁的径向外侧面和所述第二磁极配合部的径向内侧面之间，所述第一永磁体为切向式永磁磁钢，所述切向式永磁磁钢设于所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区之间。

在一示例性实施例中，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区均位于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面，所述内环壁相对于所述外环壁朝向所述转子铁芯凸出，所述第一磁极配合部设于所述第一磁极形成区的端面，所述第二磁极配合部设于所述第二磁极形成区的径向内侧面。

在一示例性实施例中，所述外环壁与所述第一磁极配合部在所述壳体的轴向相对，所述第二气隙位于所述外环壁的端面和所述第一磁极配合部的端面之间，所述内环壁与所述第二磁极配合部在所述壳体的轴向相对，所述第三气隙位于所述内环壁的端面和所述第二磁极配合部的端面之间，所述第一永磁体为第一径向式永磁磁钢，在所述壳体的周向上，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区一一对应位于多个所述第一径向式永磁磁钢围成区域的内侧。

在一示例性实施例中，所述第一磁极形成区的径向内侧设有隔磁结构，所述第二磁极形成区的径向内侧设有过磁结构。

在一示例性实施例中，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区均位于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面，所述第一磁极配合部设于所述第一磁极形成区的端面，所述第二磁极配合部设于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面、并处于所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区的径向内侧。

在一示例性实施例中，所述第一磁极配合部的端面与所述第二磁极配合部的端面平齐或不平齐，所述内环壁的端面与所述外环壁的端面平齐或不平齐。

在一示例性实施例中，所述第一磁极配合部为第一磁极凸部，所述第二磁极配合部为第二磁极凸部。

在一示例性实施例中，所述永磁转子包括永磁转子铁芯和第二永磁体，所述第二永磁体设于所述永磁转子铁芯上，且所述第二永磁体为第二径向式永磁磁钢，所述第二径向式永磁磁钢的径向内端的第一磁极和第二磁极所处的位置处均设有隔磁结构。

在一示例性实施例中，所述励磁环组件和所述励磁转子均包括两个，所述永磁转子位于两个所述励磁转子之间，两个所述励磁转子位于两个所述励磁环组件之间。

本发明实施例提供的车辆，包括上述任一实施例所述的磁场可调电机。

本申请提供的磁场可调电机，励磁转子的第一永磁体和永磁转子产生的主磁场，通过励磁转子的励磁绕组电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组电流的大小和方向来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本发明一实施例所述的磁场可调电机的剖视结构示意图；

图2为图1中永磁转子的结构示意图；

图3为图1中励磁转子的结构示意图；

图4为图1中励磁环组件的结构示意图；

图5为励磁转子主磁通走向的结构示意图；

图6为励磁转子漏磁通走向的结构示意图；

图7为永磁转子主磁通走向的结构示意图；

图8为励磁转子助磁磁通走向的结构示意图；

图9为励磁转子减磁磁通走向的结构示意图；

图10为本发明另一实施例所述的磁场可调电机的剖视结构示意图；

图11为图10中励磁转子的结构示意图；

图12为图10中励磁环组件的结构示意图。

其中，图1至图12中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

110机壳，120第一端盖，130第二端盖，210定子铁芯，220第一端部绕组，230定子绕组，240第二端部绕组，300永磁转子，310永磁转子铁芯，320第二径向式永磁磁钢，321第二径向式永磁磁钢的径向外端的第一磁极，322第二径向式永磁磁钢的径向外端的第二磁极，400励磁转子，410转子铁芯，411第一凸台，412第二凸台，413第一磁极凸部，414第二磁极凸部，420切向式永磁磁钢，430第一径向式永磁磁钢，500励磁环组件，510励磁环，511外环壁，512内环壁，520励磁绕组，610第一气隙，620第二气隙，630第三气隙，640隔磁结构，650过磁结构，710转轴，720轴承，730波形弹簧。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本发明实施例提供的磁场可调电机，如图1至图4所示，包括壳体、定子、永磁转子300、励磁转子400和励磁环组件500，定子、永磁转子300、励磁转子400和励磁环组件500均位于壳体内，永磁转子300设于定子的径向内侧，永磁转子300和定子之间具有第一气隙610，励磁环组件500设于壳体的端壁上，励磁转子400设于励磁环组件500和永磁转子300之间；励磁环组件500包括励磁环510和励磁绕组520，励磁环510具有外环壁511和内环壁512，励磁绕组520设于外环壁511和内环壁512之间；励磁转子400包括转子铁芯410和多个第一永磁体，转子铁芯410设有第一磁极配合部、第二磁极配合部以及沿周向交替设置的第一磁极形成区和第二磁极形成区，第一磁极配合部对应第一磁极形成区，第二磁极配合部对应第二磁极形成区，多个第一永磁体对应第一磁极形成区和第二磁极形成区设于转子铁芯410上，使第一磁极形成区形成第一磁极、使第二磁极形成区形成第二磁极；其中，外环壁511对应第一磁极配合部，外环壁511和第一磁极配合部之间具有第二气隙620，内环壁512对应第二磁极配合部，内环壁512和第二磁极配合部之间构造出第三气隙630。

该磁场可调电机，励磁转子400的第一永磁体和永磁转子300产生的主磁场，通过励磁转子400的励磁绕组520电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组520电流的大小和方向(即：根据调节磁场的大小和方向)来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

在一示例性实施例中，如图1、图3和图4所示，外环壁511位于第一磁极配合部的径向内侧，第二气隙620位于外环壁511的径向外侧面和第一磁极配合部的径向内侧面之间，内环壁512位于第二磁极配合部的径向内侧，第三气隙630位于内环壁512的径向外侧面和第二磁极配合部的径向内侧面之间，第一永磁体为切向式永磁磁钢420，切向式永磁磁钢420设于第一磁极形成区和第二磁极形成区之间。第二气隙620和第三气隙630均为径向气隙。在壳体的周向上，第一永磁体的一端为第一磁极、另一端为第二磁极，且周向相邻的两个切向式永磁磁钢420的布置方式为N极和N极相对，S极和S极相对，也即每一磁极两侧的永磁体极性相同。周向、轴向和径向均以壳体为参照。

在一示例中，如图3所示，第一磁极形成区为第一凸台411，第二磁极形成区为第二凸台412，第一凸台411和第二凸台412均位于转子铁芯410的朝向励磁环组件500的侧面，内环壁512相对于外环壁511朝向转子铁芯410凸出，第一磁极配合部为第一磁极凸部413，第二磁极配合部为第二磁极凸部414，第一磁极凸部413设于第一凸台411的端面，第二磁极凸部414设于第二凸台412的径向内侧面。第一凸台411和第二凸台412可以采用软磁复合材料压制而成，也可采用导磁材料如10#钢加工制成，也可采用硅钢片叠压而成、也可采用以上几种材料复合叠加而成，均制造简单、方便、成本低。可以是，转子铁芯410采用10#钢和硅钢片叠压复合叠压而成，形成连接导通的3D轴向磁路和2D轴向磁路，充分利用硅钢片叠压削除涡流效应。

在一示例中，如图1所示，励磁环组件500和励磁转子400均为两个，永磁转子300位于两个励磁转子400之间，两个励磁转子400位于两个励磁环组件500之间，这样能够更好地通过励磁绕组520电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组520电流的大小和方向来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

在一示例中，如图2所示，永磁转子300包括永磁转子铁芯310和多个第二永磁体，多个第二永磁体沿周向依次设于永磁转子铁芯310上，且第二永磁体为第二径向式永磁磁钢320，相邻第二径向式永磁磁钢320的径向外端的磁极相异、径向内端的磁极相异，而且第二径向式永磁磁钢320的径向内端的第一磁极和第二磁极所处的位置处均设有隔磁结构640，隔磁结构640可以设置为隔磁槽。第二径向式永磁磁钢320可以设置为V型永磁磁钢、双V型永磁磁钢或U型永磁磁钢等，永磁转子铁芯310通过硅钢片冲压叠压而成。可以是，永磁转子300采用双V型永磁磁钢架构，这样可以更充分地利用磁阻转矩。

励磁转子400的第一永磁体和永磁转子300的第二永磁体产生的主磁场，通过励磁转子400的励磁绕组520电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组520电流的大小和方向(即：根据调节磁场的大小和方向)来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

在一示例中，如图1所示，壳体包括组装在一起的机壳110、第一端盖120和第二端盖130。定子包括定子铁芯210和设于定子铁芯210上的第一端部绕组220、定子绕组230和第二端部绕组240。永磁转子300和励磁转子400均设于转轴710上，转轴710和第一端盖120之间以及转轴710与第二端盖130之间设有轴承720和波形弹簧730。

励磁环组件500充分利用了壳体内定子绕组230两端处的空间，制成的磁场可调电机结构紧凑，有效提高了磁场可调电机的空间利用率，实现用最小的体积获取更多的输出，有助于提高磁场可调电机的功率密度和转矩密度。另外，励磁绕组520固定在励磁环510上，两个励磁环510对应固定在第一端盖120和第二端盖130上，无需电刷和滑环，增加了磁场可调电机的可靠性。再者，转子铁芯410、励磁环510可采用不同的材料和工艺制造，如转子铁芯410采用硅钢片叠压制成，硅钢片低频下的铁损耗低；励磁环510采用软磁复合材料直接模压制成，制造方式简单、方便、成本低，且软磁复合材料高频下的铁损耗低，有助于平衡和改善整个转速区间内的效率。

下面以“第一磁极为N极，第二磁极为S极”为例进行详细说明。当然也可以是，第一磁极为S极，第二磁极为N极，也可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，也应属于本申请的保护范围内。

当励磁绕组520不通电时，励磁转子400上切向式永磁磁钢420产生的永磁磁通一部分从其一侧(N极)出发，经第一凸台411：如图5所示，经第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻定子齿部、第一气隙610，到达相邻的第二凸台412，而后到达切向式永磁磁钢420的另一侧(S极)，形成磁路闭环。切向式永磁磁钢420产生的永磁磁通另一部分，从其一侧(N极)出发，经第一凸台411，磁通路径如图6所示，经第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511、内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、到达第二凸台412，而后到达切向式永磁磁钢420的另一侧(S极)，形成磁路闭环。

当励磁绕组520不通电时，永磁转子300上第二径向式永磁磁钢320产生的磁通经第二径向式永磁磁钢320的径向外端的第一磁极321出发：如图7所示，一部分经第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻定子齿部、第一气隙610，到达相邻的第二径向式永磁磁钢320的径向外端的第二磁极322，而后经永磁转子300的转子轭部形成磁路闭环；另一部分经第一凸台411、第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511、内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、到达第二凸台412，而后经第二径向式永磁磁钢320的径向内端的第二磁极、永磁转子300的转子轭部，形成磁路闭环(图中未示出)。

通过第二气隙620和第三气隙630的磁通属于漏磁通，因此通过第二气隙620和第三气隙630的磁通路径为漏磁通路径。通过第一气隙610的磁通参与对外的能量转换，对外输出转矩，通过第二气隙620和第三气隙630的磁通(即漏磁通)不参与对外的能量转换，不对外输出转矩。这里根据需要调整设置，使得第二气隙620和第三气隙630均小于第一气隙610，根据磁阻最小原理，较多部分的永磁磁通经漏磁通路径闭合。当然也可根据需要调整设置，使得第二气隙620和第三气隙630大于或等于第一气隙610，本领域技术人员可以根据需要进行合理设定。该磁通可调电机能够提供一个常开的漏磁通路径，使得励磁转子400的切向式永磁磁钢420产生的永磁磁通以及永磁转子300的第二径向式永磁磁钢320产生的永磁磁通通过该漏磁通路径进行泄流。

当励磁绕组520正向通电，使外环壁511形成第一磁极时：一方面，励磁绕组520的励磁电流产生的磁场将抑制漏磁通路径，相当于将常开的漏磁通路径的开通大小进行控制调节，当励磁电流较大时，此漏磁通路径闭合；另一方面，如图8所示，励磁电流产生的磁通，经外环壁511、第二气隙620、第一磁极凸部413、第一凸台411、第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻的定子齿部、第一气隙610、第二凸台412、第二磁极凸部414、第三气隙630、内环壁512，到达外环壁511，形成磁路闭环。此时，对于第一气隙610来讲，励磁电流产生的磁通和励磁转子400中的切向式永磁磁钢420产生的永磁磁通的磁场方向相同，属于增磁作用，大幅提高转矩的输出，尤其适合低速运行工况。

当励磁绕组520反向通电，使外环壁511形成第二磁极时：一方面，励磁电流产生的磁场将为漏磁通路径拓宽、拓广，漏磁通路径的开通变大，更多的永磁磁通经漏磁通路径形成磁路闭环；另一方面，如图9所示，励磁电流产生的磁通，经内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、第二凸台412、第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻的定子齿部、第一气隙610、第一凸台411、第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511，到达内环壁512，形成磁路闭环。此时，对于第一气隙610来讲，励磁电流产生(由励磁绕组产生)的磁场和励磁转子400中的永磁磁通(由切向式永磁磁钢产生)产生的永磁磁场方向相反，属于去磁作用，进一步降低了通过第一气隙610的主磁通(即永磁磁通)，实现了第一气隙610磁场的进一步调节，尤其适合超高速运行工况。

该磁场可调电机，通过对励磁转子400的励磁绕组520通电，实现了漏磁通路径的开通、关断以及开通大小的调节，间接地实现第一气隙610磁场的调节。低速需要大转矩输出时，励磁电流为正向电流，励磁电流提供增磁，提高第一气隙610磁场的强度，进而提高输出转矩；高速时，可以根据需要，如励磁电流为零，使得漏磁通路径常开，此时将永磁转子300的永磁磁通、励磁转子400的永磁磁通通过漏磁通路径进行泄流，降低通过第一气隙610的磁通，在不需要任何输入电流的情况下，将通过第一气隙610的主磁通进行了弱磁，这样在无外界输入的情况下完成了通过第一气隙610永磁磁通的削弱，有助于提高电机的运行效率(也就是励磁电流为零时，永磁转子300的永磁磁通和励磁转子400的永磁磁通通过漏磁通路径，使得通过第一气隙610的主磁通实现了分流，间接的实现了通过第一气隙610的主磁通的弱磁，相当于在励磁绕组520电流为零的条件下实现了弱磁，有助于提高高速区的运行效率)；当转速进一步提高时，励磁电流为反向电流，励磁电流提供减磁，进一步削弱通过第一气隙610的磁通，实现弱磁，可以大幅改善电机的运行范围，实现宽调速范围内恒功率运行。

该磁场可调电机，通过调节经过第二气隙620和第三气隙630的漏磁通的大小实现调节通过第一气隙610的主磁通。低速需求大转矩时，励磁电流提供助磁，使得经过第一气隙610的主磁通增加，实现低速下的大转矩输出；高速时，励磁电流为零，使得漏磁通路径开启，在无外部输入的情况下，实现通过第一气隙610的主磁通的弱磁；超高速时，励磁绕组520的励磁电流提供反向磁通，进一步实现通过第一气隙610的主磁通的弱磁，大幅改善电机的运行转速范围，实现宽调速范围内恒功率运行。

实施例二

该实施例与实施例一的主要区别在于：如图10至图12所示，外环壁511与第一磁极配合部在壳体的轴向相对，第二气隙620位于外环壁511的端面和第一磁极配合部的端面之间，内环壁512与第二磁极配合部在壳体的轴向相对，第三气隙630位于内环壁512的端面和第二磁极配合部的端面之间，第一永磁体为第一径向式永磁磁钢430，在壳体的周向上，第一磁极形成区和第二磁极形成区一一对应位于多个第一径向式永磁磁钢430围成区域的内侧。且第一磁极形成区的径向内侧设置有隔磁结构640，第二磁极形成区的径向内侧设置有过磁结构650，第二气隙620和第三气隙630均为轴向气隙。相邻第一径向式永磁磁钢430的经向外端的磁极相异、径向内端的磁极相异。第二磁极凸部414设于转子铁芯410的朝向励磁环组件500的侧面、并处于第一凸台411和第二凸台412的径向内侧。第二磁极凸部414设置为环形凸台。

该实施例提供的磁场可调电机，第一永磁体和第二径向式永磁磁钢320产生的主磁场，通过励磁转子400的励磁绕组520电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组520电流的大小和方向来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，同样能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

在一示例中，如图11所示，第一径向式永磁磁钢430的径向内端的第一磁极所处的位置处设有隔磁结构640，第一径向式永磁磁钢430的径向内端的第二磁极所处的位置处设有过磁结构650(也就是不设置隔磁结构)，隔磁结构640可以设置为隔磁槽，第一径向式永磁磁钢430可以设置为V型永磁磁钢。

在一实施例中，第一磁极凸部413的端面与第二磁极凸部414的端面平齐，也可不平齐，内环壁512的端面与外环壁511的端面平齐，也可不平齐，具体根据励磁环的外环壁511和内环壁512进行匹配；(结合图11进行理解)。

下面以“第一磁极为N极，第二磁极为S极”为例进行详细说明。当然也可以是，第一磁极为S极，第二磁极为N极，也可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，也应属于本申请的保护范围内。

当励磁绕组520不通电时，励磁转子400上第一径向式永磁磁钢430的径向外端的第一磁极产生的一部分永磁磁通从其一侧(N极)出发：如图5所示，经第一凸台411、第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻定子齿部、第一气隙610，到达相邻的第二凸台412，而后到达切向式永磁磁钢420的另一侧(S极)，形成磁路闭环；另一部分永磁磁通从其一侧(N极)出发，如图6所示，经第一凸台411、第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511、内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、到达第二凸台412，而后到达切向式永磁磁钢420的另一侧(S极)，形成磁路闭环(结合图6进行理解)。

当励磁绕组520不通电时，永磁转子300上第二径向式永磁磁钢320产生的磁通经第二径向式永磁磁钢320的径向外端的第一磁极出发：一部分经第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻定子齿部、第一气隙610，到达相邻的第二径向式永磁磁钢320的径向外端的第二磁极，而后经永磁转子300的转子轭部形成磁路闭环(结合图7进行理解)；另一部分经第一凸台411、第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511、内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、到达第二凸台412，而后经第二径向式永磁磁钢320的径向内端的第二磁极、永磁转子300的转子轭部，形成磁路闭环。

通过第二气隙620和第三气隙630的磁通属于漏磁通，因此通过第二气隙620和第三气隙630的磁通路径为漏磁通路径。通过第一气隙610的磁通参与对外的能量转换，对外输出转矩，通过第二气隙620和第三气隙630的磁通(即漏磁通)不参与对外的能量转换，不对外输出转矩。这里根据需要调整设置，使得第二气隙620和第三气隙630均小于第一气隙610，根据磁阻最小原理，较多部分的永磁磁通经漏磁通路径闭合。当然也可根据需要调整设置，使得第二气隙620和第三气隙630大于或等于第一气隙610。该磁通可调电机能够提供一个常开的漏磁通路径，使得励磁转子400的第一径向式永磁磁钢430产生的永磁磁通以及永磁转子300的第二径向式永磁磁钢320产生的永磁磁通通过该漏磁通路径进行泄流。

当励磁绕组520正向通电，使外环壁511形成第一磁极时：一方面，励磁绕组520的励磁电流产生的磁场将抑制漏磁通路径，相当于将常开的漏磁通路径的开通大小进行控制调节，当励磁电流较大时，此漏磁通路径闭合；另一方面，励磁电流产生的磁通，经外环壁511、第二气隙620、第一磁极凸部413、第一凸台411、第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻的定子齿部、第一气隙610、第二凸台412、第二磁极凸部414、第三气隙630、内环壁512，到达外环壁511，形成磁路闭环(结合图8进行理解)。此时，对于第一气隙610来讲，励磁电流产生的磁通和励磁转子400中的第一径向式永磁磁钢430产生的永磁磁通的磁场方向相同，属于增磁作用，大幅提高转矩的输出，尤其适合低速运行工况。

当励磁绕组520反向通电，使外环壁511形成第二磁极时：一方面，励磁电流产生的磁场将为漏磁通路径拓宽、拓广，漏磁通路径的开通变大，更多的永磁磁通经漏磁通路径形成磁路闭环；另一方面，励磁电流产生的磁通，经内环壁512、第三气隙630、第二磁极凸部414、第二凸台412、第一气隙610、定子齿部、定子轭部、相邻的定子齿部、第一气隙610、第一凸台411、第一磁极凸部413、第二气隙620、外环壁511，到达内环壁512，形成磁路闭环(结合图9进行理解)。此时，对于第一气隙610来讲，励磁电流产生的磁场和励磁转子400中的永磁磁通产生的永磁磁场方向相反，属于去磁作用，进一步降低了通过第一气隙610的主磁通(即永磁磁通)，实现了第一气隙610磁场的进一步调节，尤其适合超高速运行工况。

该磁场可调电机，通过对励磁转子400的励磁绕组520通电，实现了漏磁通路径的开通、关断以及开通大小的调节，间接地实现第一气隙610磁场的调节。低速需要大转矩输出时，励磁电流为正向电流，励磁电流提供增磁，提高第一气隙610磁场的强度，进而提高输出转矩；高速时，可以根据需要，如励磁电流为零，使得漏磁通路径常开，此时将永磁转子300的永磁磁通、励磁转子400的永磁磁通通过漏磁通路径进行泄流，降低了通过第一气隙610的永磁磁通，在不需要任何输入电流的情况下，将通过第一气隙610的主磁通进行了弱磁，这样在无外界输入的情况下完成了通过第一气隙610的永磁磁通的削弱，有助于提高电机的运行效率(也就是励磁电流为零时，永磁转子300的永磁磁通和励磁转子400的永磁磁通通过漏磁通路径，使得通过第一气隙610的主磁通实现了分流，间接的实现了通过第一气隙610的主磁通的弱磁，相当于在励磁绕组520电流为零的条件下实现了弱磁，有助于提高高速区的运行效率)；当转速进一步提高时，励磁电流为反向电流，励磁电流提供减磁，进一步削弱通过第一气隙610的永磁磁通，实现弱磁，可以大幅改善电机的运行范围，实现宽调速范围内恒功率运行。

实施例三

本发明实施例提供的车辆，包括上述任一实施例所述的磁场可调电机。

该实施例提供的车辆，具备上述任一实施例提供的磁场可调电机的全部优点，在此不再赘述。

综上所述，本申请提供的磁场可调电机，第一永磁体和永磁转子产生的主磁场，通过励磁转子的励磁绕组电流产生辅助的调节磁场，根据励磁绕组电流的大小和方向来决定助磁和去磁，实现主磁场的调节与控制，能够更好地达到低速转矩高、高速效率高、恒功率运行范围宽的优点。

在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种磁场可调电机，其特征在于，包括壳体、定子、永磁转子、励磁转子和励磁环组件，所述定子、所述永磁转子、所述励磁转子和所述励磁环组件均位于所述壳体内，所述永磁转子设于所述定子的径向内侧，所述永磁转子和所述定子之间具有第一气隙，所述励磁环组件设于所述壳体的端壁上，所述励磁转子设于所述励磁环组件和所述永磁转子之间；

所述励磁环组件包括励磁环和励磁绕组，所述励磁环具有外环壁和内环壁，所述励磁绕组设于所述外环壁和所述内环壁之间；

所述励磁转子包括转子铁芯和多个第一永磁体，所述转子铁芯设有第一磁极配合部、第二磁极配合部以及沿周向交替设置的第一磁极形成区和第二磁极形成区，所述第一磁极配合部对应所述第一磁极形成区，所述第二磁极配合部对应所述第二磁极形成区，多个所述第一永磁体对应所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区设于所述转子铁芯上，使所述第一磁极形成区形成第一磁极、使所述第二磁极形成区形成第二磁极；

其中，所述外环壁对应所述第一磁极配合部、并构造出第二气隙，所述内环壁对应所述第二磁极配合部、并构造出第三气隙。

2.根据权利要求1所述的磁场可调电机，其特征在于，所述外环壁位于所述第一磁极配合部的径向内侧，所述第二气隙位于所述外环壁的径向外侧面和所述第一磁极配合部的径向内侧面之间，所述内环壁位于所述第二磁极配合部的径向内侧，所述第三气隙位于所述内环壁的径向外侧面和所述第二磁极配合部的径向内侧面之间，所述第一永磁体为切向式永磁磁钢，所述切向式永磁磁钢设于所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区之间。

3.根据权利要求2所述的磁场可调电机，其特征在于，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区均位于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面，所述内环壁相对于所述外环壁朝向所述转子铁芯侧凸出，所述第一磁极配合部设于所述第一磁极形成区的端面，所述第二磁极配合部设于所述第二磁极形成区的径向内侧面。

4.根据权利要求1所述的磁场可调电机，其特征在于，所述外环壁与所述第一磁极配合部在所述壳体的轴向相对，所述第二气隙位于所述外环壁的端面和所述第一磁极配合部的端面之间，所述内环壁与所述第二磁极配合部在所述壳体的轴向相对，所述第三气隙位于所述内环壁的端面和所述第二磁极配合部的端面之间，所述第一永磁体为第一径向式永磁磁钢，在所述壳体的周向上，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区一一对应位于多个所述第一径向式永磁磁钢围成区域的内侧。

5.根据权利要求4所述的磁场可调电机，其特征在于，所述第一磁极形成区的径向内侧设有隔磁结构，所述第二磁极形成区的径向内侧设有过磁结构。

6.根据权利要求4所述的磁场可调电机，其特征在于，所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区均位于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面，所述第一磁极配合部设于所述第一磁极形成区的端面，所述第二磁极配合部设于所述转子铁芯的朝向所述励磁环组件的侧面、并处于所述第一磁极形成区和所述第二磁极形成区的径向内侧。

7.根据权利要求6所述的磁场可调电机，其特征在于，所述第一磁极配合部的端面与所述第二磁极配合部的端面平齐或不平齐，所述内环壁的端面与所述外环壁的端面平齐或不平齐。

8.根据权利要求3或5所述的磁场可调电机，其特征在于，所述第一磁极配合部为第一磁极凸部，所述第二磁极配合部为第二磁极凸部。

9.根据权利要求1所述的磁场可调电机，其特征在于，所述励磁环组件和所述励磁转子均包括两个，所述永磁转子位于两个所述励磁转子之间，两个所述励磁转子位于两个所述励磁环组件之间。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的磁场可调电机。

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