[發明專利]一種交替磁極無刷混合勵磁同步電機

在審

• 申請號: 202010020622.6
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111082625A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 姚飛;孫立志;安群濤
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K29/00;H02K19/28
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明提供了一種交替磁極無刷混合勵磁同步電機，包括定子和轉子，其特征在于：定子繞組為三相交流繞組或雙三相交流繞組，轉子為電勵磁磁極和永磁磁極交替排列成至少四極結構，轉子諧波繞組連接勵磁繞組。本發明在已有諧波勵磁技術的基礎上，提出交替磁極諧波勵磁?永磁無刷混合勵磁同步電機，可應用于風力發電和混合動力汽車等各個工業領域。

技術領域

本發明涉及一種交替磁極無刷混合勵磁同步電機。

背景技術

同步電機具有功率密度高、效率高等優良特性，在電動汽車、風力發電和自動化制造設備等工業領域中得到廣泛應用。然而，永磁同步電機一直存在三個有待解決的問題：(1)永磁體所產生的勵磁磁通難以調節；(2)永磁材料存在失磁風險導致電機不能工作；(3)隨著永磁材料的日益廣泛應用，導致其價格昂貴，需減少用量。兼具永磁電機高功率密度和電勵磁電機勵磁磁通可調節的混合勵磁電機是解決上述問題的重要途徑。

混合勵磁電機中的勵磁源包含永磁體和電勵磁線圈兩部分。永磁體自帶磁場，無需外部激勵，因此，無刷混合勵磁電機的結構及性能主要取決于電勵磁的方式。按電勵磁線圈所處的位置來劃分，現有無刷混合勵磁電機方案可以分為定子側電勵磁型無刷混合勵磁電機和轉子側電勵磁型無刷混合勵磁電機。

定子側電勵磁型無刷混合勵磁電機主要有：無刷爪極混合勵磁電機，轉子磁分路混合勵磁電機，磁極交錯軸向磁通混合勵磁電機和雙凸極混合勵磁電機。無刷爪極混合勵磁電機勵磁線圈處于定子端部，與有刷爪極電機相比，有附加氣隙，加上本來存在漏磁較大等不足，導致功率密度較低。轉子磁分路混合勵磁電機存在軸向磁通路徑，增大了渦流損耗，同樣也存在附加氣隙。磁極交錯軸向磁通混合勵磁電機也存在軸向磁通路徑，以及鐵芯被分為兩段，導致功率密度和材料利用率難以提高。雙凸極混合勵磁電機勵磁部分都在定子上，轉子結構簡單，但是由于保持較大轉矩與輸出波形的正弦性存在固有矛盾，導致該電機的轉矩波動大和輸出電壓波形非正弦等問題始終不好解決。由上述可得，定子側電勵磁型無刷混合勵磁電機勵磁能量主要通過直流磁場傳遞，沒有利用動生電動勢，勵磁效率低。磁路中存在附加氣隙，導致需要較大的勵磁電流。

轉子側電勵磁型無刷混合勵磁電機主要有：齒諧波混合勵磁電機，耦合變壓器勵磁電機。齒諧波混合勵磁電機能實現無刷勵磁，但是其勵磁源來自電機固有的齒諧波，導致勵磁電流調節范圍有限。耦合變壓器勵磁電機增加了電機的軸向長度，加上磁通經過附加氣隙，導致功率密度降低。此外，由硅鋼片構成的殼式U形同心鐵芯的制作工藝復雜，體積笨重，增加了制造成本。根據上述可知，轉子側電勵磁型無刷混合勵磁電機勵磁能量主要通過交變磁場傳遞，并利用動生電動勢，勵磁效率高。但是現有轉子側電勵磁型無刷混合勵磁電機依然存在磁場調節范圍有限，軸向長度增加等不足。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：現有混合勵磁電機中存在軸向磁通路徑、軸向長度增加和磁場調節范圍有限等問題。

為了解決上述問題，本發明的技術方案是提供了一種交替磁極無刷混合勵磁同步電機，包括定子和轉子，其特征在于：定子繞組為三相交流繞組或雙三相交流繞組，轉子為電勵磁磁極和永磁磁極交替排列成至少四極結構，轉子諧波繞組連接勵磁繞組。

優選地，所述電勵磁磁極采用諧波電流無刷勵磁，永磁磁極采用永磁體V型內嵌式排列。

優選地，所述轉子諧波繞組為單相繞組，轉子諧波繞組的節距為勵磁繞組節距的1/3。

優選地，所述轉子包括主齒和分齒，主齒與分齒連接，轉子諧波繞組嵌套在永磁磁極和電勵磁磁極的分齒結構上。

優選地，所述雙三相繞組的電角度相位差為30度。

優選地，所述定子繞組為開放式繞組，通過雙三相功率變換器注入三次諧波電流實現轉子勵磁。

優選地，所述轉子諧波繞組通過旋轉整流器與勵磁繞組連接。