[發(fā)明專利]一種六相磁通切換型永磁電機

無效

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• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103248158A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 花為;彭鋒;程明
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02K3/28
• 分類號: H02K3/28;H02K1/16;H02K1/14;H02K1/17;H02K1/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發(fā)明涉及多相發(fā)電或電動技術，尤其是一種六相磁通切換型永磁電機。

背景技術

永磁電機利用永磁體來產(chǎn)生磁場，由于永磁體的固有特性，它經(jīng)過預先磁化以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場。與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，這樣既可以簡化電機結(jié)構(gòu)，省去了容易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電機運行的可靠性；又無需勵磁電流，即沒有勵磁損耗，提高了電機的效率和功率密度。磁通切換型永磁電機采用定子永磁型結(jié)構(gòu)，永磁體和電樞繞組均置于定子，定子鐵心由“U”形導磁鐵心與永磁體拼裝而成，電樞繞組采用集中式繞組線圈，端部短，電阻較小，而轉(zhuǎn)子上既無永磁體又無繞組，結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、效率與功率密度均較高。

采用一定規(guī)律定轉(zhuǎn)子齒槽配合的磁通切換型永磁電機由于具備繞組互補性，可以大大減少或抵消單個線圈永磁磁鏈和感應電勢中的高次諧波分量，使得該電機在采用集中式電樞繞組和轉(zhuǎn)子直槽的條件下就可以獲得較高正弦度的每相空載永磁磁鏈和感應電勢，特別適合于交流調(diào)速的應用場合，如電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)；而且，其電樞反應磁場和永磁磁場從磁路上說是并聯(lián)的，具有較強的抗去磁能力，作為發(fā)電機運行時具有良好的特性，電壓調(diào)整率可以保持較低水平。

另一方面，隨著電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的功率等級、電機轉(zhuǎn)速等不斷增加，對車用電動機、發(fā)電機本體及其控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標也提出了越來越高的要求。主要包括：無論是電動機還是發(fā)電機要具有更大的功率等級、可控性好、運行平穩(wěn)、可靠性高、容錯能力強，特別是故障狀態(tài)下仍然能夠輸出一定的機械轉(zhuǎn)矩以保證車輛的安全。然而，傳統(tǒng)的磁通切換型永磁電機都采用三相繞組結(jié)構(gòu)，無論是作為大功率驅(qū)動電動機或風力發(fā)電機使用，存在以下三個缺點：

（1）在大功率應用場合，三相結(jié)構(gòu)導致每相電樞繞組需承擔的功率等級很高，增加了每相繞組線圈的設計難度，同時較大功率的輸出也會對繞組的冷卻水平提出更高的要求，增加了整個系統(tǒng)的設計要求與成本；

（2）在大功率應用場合，每相繞組都會被分配很大的功率，三相電機對應的功率變換系統(tǒng)中必須選擇電流等級較大的功率器件，或者采用小電流功率器件并聯(lián)和串聯(lián)的方式，但是這會引起靜態(tài)和動態(tài)的均流和均壓問題，增加功率變換器的設計難度與可靠性；

（3）對于三相電機，當其中一相出現(xiàn)故障時，如要保證輸出的功率不變，則其他的兩相的要承擔的功率是正常運行的1.5倍，這就需要繞組設計時留有較大的裕量，但這又會導致系統(tǒng)正常運行時利用率較低，且當運行于故障狀態(tài)時，轉(zhuǎn)矩（功率）脈動較大。

基于上述缺點，本發(fā)明提出了一種新型六相繞組磁通切換型永磁電機，利用六相繞組的不同組合方式，可以產(chǎn)生兩套互為冗余的三相對稱繞組。該電機既能繼承傳統(tǒng)三相磁通切換型永磁電機功率密度高、抗去磁能力強等優(yōu)點，同時又能克服上述缺點，且通過對定、轉(zhuǎn)子齒槽配合、電機尺寸優(yōu)化設計、主動缺相運行控制等，能夠獲得綜合最優(yōu)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是，提出一種可運行于大功率場合，且具有高轉(zhuǎn)矩（功率）密度、高可靠性、可控性強的六相繞組永磁同步電機。尤其是本發(fā)明電機提出尺寸的優(yōu)化設計以提高感應電勢的正弦度，并降低定位力矩，同時兩套三相對稱繞組互為冗余，增強了該電機的可靠性等電磁性能。

本發(fā)明技術方案是：六相磁通切換型永磁電機，包括定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，其特征是定子采用永磁型雙凸極結(jié)構(gòu)，即永磁體與定子鐵心、電樞繞組都置于定子，且定子鐵心是由“U”形導磁鐵心及嵌在導磁鐵心間的各永磁體拼裝而成，且永磁體均為切向交替充磁；電樞繞組是置于定子的六相電樞繞組，六相電樞繞組采用集中式線圈，均勻分布在定子圓周，每個電樞線圈橫跨繞制在由兩塊“U”形導磁鐵心與一塊永磁體夾在中間所組成的定子鐵心單元左右兩側(cè)的電樞槽中，每一個電樞槽中并排布置有分屬不同相的電樞線圈；轉(zhuǎn)子由導磁材料制成；其中永磁體的充磁方向都為定子圓周的切向，相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反；電樞線圈和定子槽數(shù)均為相數(shù)的偶數(shù)倍；即此偶數(shù)個電樞線圈串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)組成每相電樞繞組，產(chǎn)生每相的磁場；六相電樞繞組分為兩套對稱分布且互為冗余的三相繞組，兩套三相繞組獨立供電或發(fā)電。

每相2n個線圈繞組，各有n個線圈均勻分布在定子圓周的直徑的兩端，n為正整數(shù)，如24槽/22極時，每相4個線圈、各有2個線圈均勻分布在定子圓周直徑的兩端。或2n個線圈分布在定子圓周的直徑的一端；當六相電機為24槽/20極時，每相的4個線圈，這4個線圈均分布在上半圓周。

將線圈組合成的每相繞組感應電勢最大化為設計原則，并考慮線圈具有繞組互補性，從而得到每相繞組線圈的最優(yōu)組合方式。轉(zhuǎn)子既無永磁體，也沒有電樞繞組。