[發明專利]基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機

有效

• 申請號: 202110784194.9
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113489275B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 李健;王凱;范子涵;劉闖
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/16;H02K1/2783
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機，包括外定子、混合極轉子、內定子、電樞繞組和交流勵磁繞組；外定子、混合極轉子和內定子從外至內依次同軸設置，混合極轉子和外定子之間具有主氣隙，混合極轉子與內定子之間具有副氣隙；電樞繞組繞設在外定子的定子槽中，電樞繞組的極對數等于p；交流勵磁繞組繞設在內定子的定子槽中，交流勵磁繞組的極對數等于i，且p=3i或p=5i；其中，i為正整數；混合極轉子能在主氣隙內產生p階諧波和i階諧波。本發明能有效地提高空間利用率和功率密度；每極勵磁磁動勢能同時作用于多個鐵心極；交流勵磁繞組的利用率和調磁效率均得到有效提高。

技術領域

本發明涉及電機設計和制造領域，特別是一種基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機。

背景技術

由于具有高轉矩/功率密度、高效率和高功率因素等優點，永磁電機不僅在工業領域和家用電器得到廣泛應用，而且在電動汽車、船舶推進和航空航天上也極具競爭力。

然而，永磁電機的弱磁是通過控制電樞繞組中的直軸電流分量（-i_d）來實現，永磁體有著不可逆退磁的風險，且弱磁能力有限。而且，永磁電機在應用于船艦或航空電源等發電場合時，需要全功率的可控變換器來實現調壓，系統重量和成本增加。

具有兩個磁勢源（勵磁繞組和永磁體）的混合勵磁電機，不僅具有電勵磁電機磁場調節方便的優點，又具有永磁電機的高功率密度和高效率等優點。因此，混合勵磁電機在需要寬轉速或寬負載范圍運行的場合有著重要的應用前景。

對于常用的轉子永磁型混合勵磁電機，根據勵磁電流的供電方式可分為：直流勵磁型和交流勵磁型。直流勵磁型混合勵磁電機的無刷化設計通常需要借助三維磁路或旋轉整流器，結構復雜，旋轉整流器在高速高溫下的適應性差。而交流勵磁型混合勵磁電機的無刷化簡單可靠，通過在交流繞組中通入直軸電流，就可以產生與轉子同步旋轉的勵磁磁場。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機，該基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機能有效地提高空間利用率和功率密度；每極勵磁磁動勢能同時作用于多個鐵心極；交流勵磁繞組的利用率和調磁效率均得到有效提高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于混合極轉子的定子分區式交流勵磁型混合勵磁無刷電機，包括外定子、混合極轉子、內定子、電樞繞組和交流勵磁繞組。

外定子、混合極轉子和內定子從外至內依次同軸設置，混合極轉子和外定子之間具有主氣隙，混合極轉子與內定子之間具有副氣隙。

電樞繞組繞設在外定子的定子槽中，電樞繞組的極對數等于p。

交流勵磁繞組繞設在內定子的定子槽中，交流勵磁繞組的極對數等于i，且p=3i或p=5i；其中，i為正整數。

混合極轉子能在主氣隙內產生p階諧波和i階諧波。

混合極轉子包括轉子鐵心、永磁極、鐵心極和切向磁鋼。

當p=3i時，永磁極的數量為2i個，切向磁鋼的數量為2i個；2i個切向磁鋼沿轉子鐵心周向均勻布設，相鄰兩個切向磁鋼充磁方向沿周向相反；相鄰兩個切向磁鋼之間的轉子鐵心上內置一個永磁極；每個永磁極與相鄰的切向磁鋼之間形成一個鐵心極；相鄰兩個永磁極充磁方向相反。

當p=5i時，永磁極的數量為4i個，切向磁鋼的數量為2i個；2i個切向磁鋼沿轉子鐵心周向均勻布設，相鄰兩個切向磁鋼充磁方向沿周向相反；相鄰兩個切向磁鋼之間的轉子鐵心上內置兩個極性相同的永磁極，兩個極性相同的永磁極之間形成一個鐵心極；切向磁鋼與相鄰的永磁極之間各形成一個鐵心極。