[發明專利]一種軸向磁場調制型復合電機

在審

• 申請號: 202210617585.6
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN114915127A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張蔚;徐曉斌;趙建維;何堅彪;馬朝;錢峰
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K21/24;H02K21/02;H02K1/2798;H02K1/14;H02K1/17;H02K3/48;H02K3/28
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開了一種軸向磁場調制型復合電機，包括第一轉子、定子、第二轉子、第一調磁轉子、第二調磁轉子。轉子為雙層Halbach復合陣列的磁齒輪結構，下層由鐵芯塊和釹鐵硼永磁體間隔構成；上層由多個鋁鎳鉆永磁體和脈沖調磁繞組構成，鋁鎳鈷永磁體與下層鐵芯塊連接，且相鄰鋁鎳鉆永磁體之間設有間隔槽，脈沖調磁繞組纏繞在鋁鎳鉆永磁體上。定子由定子鐵芯、釹鐵硼永磁體和三相電樞繞組組成，定子鐵芯為雙E型結構，相鄰兩個釹鐵硼永磁體的充磁方向相反；調磁轉子為整體結構，在作為軸向磁通切換電機調磁機構的同時，又能作為磁齒輪的輸入轉子，使本電機比傳統磁齒輪電機擁有更小的體積和更高的傳動效率。

技術領域

本發明涉及一種軸向磁場調制型復合電機，屬于永磁電機技術領域。

背景技術

隨著環境污染和能源短缺問題的日益嚴重，純電動汽車由于其零排放污染物質的特性逐漸成為未來新能源汽車發展的主流趨勢。驅動電機作為電動汽車的核心部件，提高其轉矩密度和效率已成為各國專家學者爭相研究的熱點。

軸向磁通切換電機相對于傳統徑向永磁電機，擁有結構簡單、運行可靠、轉矩密度大、效率高等優點。然而，該電機的恒功率區較窄，調速范圍有限。傳統永磁電機將機械行星齒輪作為減速裝置，實現電機轉矩的傳動，但機械行星齒輪會帶來機械損耗、振動噪聲和潤滑系統的定期維護等問題。磁齒輪是一種利用磁場相互耦合作用傳遞力矩的機械裝置，相比傳統機械行星齒輪，具有免維護、噪聲小、傳遞效率高、轉矩密度大和過載保護能力強等優點。磁場調制型復合電機結合了磁齒輪與傳統永磁電機的優點，合理利用空間將二者復合，實現了變轉矩直接驅動，與傳統減速式電驅系統相比，它可以減小整體尺寸和重量。

近年來Halbach永磁體陣列在電機中得到了廣泛應用，不僅能增強電機的輸出轉矩，而且降低了損耗，提高了效率。然而使用單一釹鐵硼(NdFeB)永磁體的Halbach陣列存在聚磁性能無法調節的缺點，限制了Halbach電機的調速范圍。鋁鎳鈷(AlNiCo)永磁體具有高剩磁、低矯頑的特性，可利用脈沖電流來控制其磁化強度，從而實現永磁磁場的靈活調節，實現寬調速范圍運行。然而由于鋁鎳鈷的低矯頑力，使氣隙磁通很難達到傳統永磁電機的水平，轉矩密度較低。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種軸向磁場調制型復合電機，使電機在輸出大轉矩的同時，獲得較寬的調速范圍。

技術方案：一種軸向磁場調制型復合電機，包括第一轉子、定子、第二轉子、第一調磁轉子、第二調磁轉子；第一轉子和第二轉子與定子同軸設置并且分別設置在定子兩側，第一調磁轉子設置在定子與第一轉子之間，第二調磁轉子設置在定子與第二轉子之間，第一調磁轉子和第二調磁轉子與定子同軸設置；

所述第一轉子和第二轉子為Halbach復合永磁陣列與鐵芯塊構成的磁齒輪結構，Halbach復合永磁陣列分成上下兩層，下層包括若干釹鐵硼永磁體，鐵芯塊和釹鐵硼永磁體沿圓周依次交替設置，相鄰兩個釹鐵硼永磁體的充磁方向相反；Halbach復合永磁陣列靠近氣隙的上層包括脈沖調磁繞組以及沿圓周排布的若干鋁鎳鉆永磁體，鋁鎳鈷永磁體分別與下層正對的鐵芯塊通過厭氧膠相互粘連，相鄰兩個鋁鎳鉆永磁體的充磁方向相反，且相鄰鋁鎳鉆永磁體之間設有間隔槽，脈沖調磁繞組通過嵌入所述間隔槽來纏繞在鋁鎳鉆永磁體上；

所述定子包括沿圓周依次交替設置的雙E型定子鐵芯和定子永磁體，雙E型定子鐵芯的上下兩層分別包括側齒和中間齒，側齒和中間齒之間分別形成定子槽；所述定子還包括若干電樞繞組，在雙E型定子鐵芯的同一層上，相鄰兩個E型定子鐵芯的相鄰定子槽內嵌入一個電樞繞組。

進一步的，所述第一轉子和第二轉子中，釹鐵硼永磁體、鋁鎳鈷永磁體和鐵芯塊各20個且均為扇形，其中釹鐵硼永磁體周向充磁，鋁鎳鈷永磁體軸向充磁，構成10對極Halbach復合永磁陣列；通過調節脈沖調磁繞組的脈沖電流改變鋁鎳鈷永磁體的磁化水平，實現Halbac復合永磁陣列的性能調節。