[發(fā)明專利]雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910162958.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109951038B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李健;王凱;劉闖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K21/14
• 分類號(hào): H02K21/14;H02K3/12;H02K1/27
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、切向磁鋼、導(dǎo)磁橋、電樞繞組和勵(lì)磁繞組。電樞繞組和勵(lì)磁繞組均為交流繞組，分別繞制在定子中的定子槽兩側(cè)；其中，電樞繞組極對(duì)數(shù)與勵(lì)磁繞組極對(duì)數(shù)相等，且均等于轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；切向磁鋼沿周向均勻內(nèi)置在轉(zhuǎn)子中，相鄰兩個(gè)切向磁鋼的充磁方向相反；在每個(gè)切向磁鋼的頂部、底部或中部均設(shè)置有導(dǎo)磁橋。本發(fā)明通過(guò)控制定子中勵(lì)磁繞組的交流電流，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷交流勵(lì)磁；通過(guò)控制勵(lì)磁繞組電流中勵(lì)磁分量的大小與方向來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)，提高電機(jī)的輸出能力；同時(shí)還能提高電機(jī)空間和材料利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)。

背景技術(shù)

永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度和高效率等優(yōu)點(diǎn)，已在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。其中，切向磁鋼永磁電機(jī)的每極磁通由兩個(gè)切向充磁的永磁體產(chǎn)生，具有聚磁效應(yīng)，從而有著高轉(zhuǎn)矩密度和永磁材料利用率。盡管如此，該電機(jī)的弱磁只能通過(guò)在電樞繞組中施加負(fù)的直軸電流分量（-i_d）來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得永磁體有著不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，且弱磁能力有限。

混合勵(lì)磁電機(jī)具有兩個(gè)磁勢(shì)源（勵(lì)磁繞組和永磁體），即具備電勵(lì)磁電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)，又具有永磁電機(jī)的高功率密度和高效率等優(yōu)點(diǎn)。因此，混合勵(lì)磁電機(jī)在電動(dòng)汽車和航空航天等寬轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)行場(chǎng)合有著很大的應(yīng)用潛力。

現(xiàn)有的混合勵(lì)磁電機(jī)（無(wú)論是轉(zhuǎn)子永磁型還是定子永磁型）都采用直流勵(lì)磁。其中，轉(zhuǎn)子永磁型混合勵(lì)磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化勵(lì)磁的方式主要有如下三種：

（1）借助附加磁路和導(dǎo)磁部件來(lái)構(gòu)建電勵(lì)磁回路；這種勵(lì)磁方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)磁效率和功率密度都受到限制。

（2）采用專門的勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)式無(wú)刷勵(lì)磁；這種勵(lì)磁方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低。

（3）將定子電勵(lì)磁電機(jī)與轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)并列組合；這種勵(lì)磁方式的結(jié)構(gòu)仍過(guò)于復(fù)雜，空間利用率和功率密度低。

另外，定子永磁型混合勵(lì)磁電機(jī)將直流勵(lì)磁繞組設(shè)置于定子，無(wú)刷化勵(lì)磁簡(jiǎn)單可靠；進(jìn)一步，該類電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)源，導(dǎo)致定子幾何約束嚴(yán)重，電機(jī)材料利用率低和勵(lì)磁效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)，該雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)采用無(wú)刷交流勵(lì)磁，且勵(lì)磁繞組和電樞繞組都位于定子上，切向磁鋼位于轉(zhuǎn)子上。另外還設(shè)置有導(dǎo)磁橋，其為交流勵(lì)磁磁場(chǎng)提供低磁阻路徑，使得交流勵(lì)磁磁勢(shì)和永磁磁勢(shì)呈并聯(lián)關(guān)系，即避免了電勵(lì)磁引起的不可逆退磁，有利于磁場(chǎng)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子交軸磁路上設(shè)有磁障，降低了電樞反應(yīng)對(duì)交流勵(lì)磁磁場(chǎng)及永磁磁場(chǎng)的影響，提高了電機(jī)的輸出能力。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種雙邊勵(lì)磁型切向磁鋼混合勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、切向磁鋼、導(dǎo)磁橋、電樞繞組和勵(lì)磁繞組；定子與轉(zhuǎn)子之間具有間隙。

電樞繞組和勵(lì)磁繞組均為交流繞組，分別繞制在定子中的定子槽兩側(cè)；其中，電樞繞組極對(duì)數(shù)與勵(lì)磁繞組極對(duì)數(shù)相等，且均等于轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)。

切向磁鋼沿周向均勻內(nèi)置在轉(zhuǎn)子中，相鄰兩個(gè)切向磁鋼的充磁方向相反；每個(gè)切向磁鋼均為長(zhǎng)邊沿徑向布設(shè)的條狀磁鋼。

在每個(gè)切向磁鋼的頂部、底部或中部均設(shè)置有導(dǎo)磁橋。

通過(guò)控制定子中勵(lì)磁繞組的交流電流，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷交流勵(lì)磁。

通過(guò)控制勵(lì)磁繞組電流中勵(lì)磁分量的大小與方向來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)，當(dāng)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生在導(dǎo)磁橋的磁場(chǎng)方向與切向磁鋼的磁化方向相同時(shí)，電機(jī)工作在增磁模式；當(dāng)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生在導(dǎo)磁橋的磁場(chǎng)方向與切向磁鋼的磁化方向相反時(shí)，電機(jī)工作在弱磁模式。