專利名稱：混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，尤其涉及一種混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機，屬于開
關(guān)磁阻電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)簡單、堅固，成本低，性能可靠，控制靈活，容錯能力強，并具
有高溫和高速適應(yīng)性等優(yōu)點。但開關(guān)磁阻電機凹凸結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子使得高速運行時的風(fēng)阻力很
大，油冷卻條件下高速運行時的阻力更大，為了減小風(fēng)(油)阻力，可以采用轉(zhuǎn)子注塑方法，
即把轉(zhuǎn)子凹陷部分注滿塑料，但該方法實現(xiàn)工藝復(fù)雜且成本高。開關(guān)磁阻電機是半周期出
力，如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步提高電機效率和功率密度，也是開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)一個
重要的研究方向。采用永磁體勵磁提高電機功率密度已成為電機領(lǐng)域的一個研究熱點。 目前，國際上研究的三相6/4結(jié)構(gòu)、三相12/8結(jié)構(gòu)及三相12/10結(jié)構(gòu)的分塊轉(zhuǎn)子
開關(guān)磁阻電機，分塊扇形轉(zhuǎn)子嵌入高強度不導(dǎo)磁套中，轉(zhuǎn)子外表面為一圓柱面，使得轉(zhuǎn)子高
速運行時的風(fēng)阻大大減小，并且特有的短磁路結(jié)構(gòu)使得鐵心損耗大大減小。 日本學(xué)者和中國學(xué)者分別提出了一種12/8結(jié)構(gòu)和12/10結(jié)構(gòu)的混合勵磁開關(guān)磁
阻電機，永磁體鑲嵌在兩個相鄰的定子齒端部，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通開關(guān)磁阻電機一樣。上述兩
種混合勵磁開關(guān)磁阻電機對永磁體磁場方向均有特殊要求，因此只有一些特定定子齒數(shù)的
開關(guān)磁阻電機才能滿足這個要求，并且永磁體磁力線交鏈非導(dǎo)通繞組，在非導(dǎo)通繞組中會
產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，影響電機性能。上述缺陷影響了這兩種結(jié)構(gòu)電機的進一步應(yīng)用。 中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910263110. 6)提出了一種混合勵磁開關(guān)磁阻電機，該
電機扇形塊狀的轉(zhuǎn)子齒塊嵌入在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套中組成轉(zhuǎn)子，永磁體嵌在C形定子塊
的兩個定子齒槽口之間，多個C形定子塊相間隔磁板組成一個整體定子，但其勵磁繞組采
用FullyPitched繞組，即每個繞組需跨越m個定子齒(m為電機的相數(shù))繞制，這使得繞組
在電機端部交疊，端部繞組大，可靠性降低，特別在電機軸向長度較短時，銅的利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術(shù)中混合勵磁開關(guān)磁阻電機技術(shù)上存在的缺陷，而提出一種端 部繞組小、低損耗、高轉(zhuǎn)矩、容錯性強且成本低的混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機。
本發(fā)明的混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機，包括U形定子塊、勵磁線圈、隔磁 板、永磁體、扇形轉(zhuǎn)子齒塊和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套，扇形轉(zhuǎn)子齒塊嵌入在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬 套中，相鄰的兩個U形定子塊之間隔一個隔磁板，U形定子塊的兩個定子齒槽口之間嵌入永 磁體，勵磁線圈纏繞在U形定子塊的軛上，每個纏繞在U形定子塊軛上的勵磁線圈產(chǎn)生的勵 磁磁場與嵌在該U形定子塊兩個定子齒槽口之間的永磁體產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)。
本發(fā)明具有如下有益效果 1)轉(zhuǎn)子外表面為一圓柱面，無凹凸，風(fēng)(油)阻損耗?。浑姍C磁路為短磁路，磁利 用率高，電機損耗低。
3
2)U形定子塊的尺寸與扇形轉(zhuǎn)子齒塊的尺寸一致，便于模塊化生產(chǎn)，制造成本低。
3)容錯性強。由于隔磁板的存在，每相線圈的電勵磁磁力線和永磁體磁力線不與 其他相線圈的磁力線閉合，定子單元間磁場幾乎完全獨立，無耦合；永磁磁場和電勵磁磁場 相互并聯(lián)，獨立性好，勵磁繞組的一個線圈發(fā)生短路故障時，相應(yīng)的永磁體磁通雖穿過短路 線圈，但因其磁通不變所以線圈內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，且不需要做永磁滅磁處理；永磁體發(fā)
生失磁故障時電機仍可正常電勵磁；當(dāng)同相勵磁線圈并聯(lián)連接，一個線圈發(fā)生斷路故障時， 出力僅減少N分之一，比采用Fully Pitched繞組的電機少減少N分之一 (N為定子勵磁線 圈數(shù)目)。 4)勵磁線圈纏繞在U形定子塊的軛上，不會造成繞組在電機端部交疊，端部繞組 小。 5)高轉(zhuǎn)矩，控制簡單。永磁體只有電勵磁繞組通電時才有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，并且混合勵磁 使得電機出力大，功率密度高，功率電路及控制策略與普通開關(guān)磁阻電機一樣簡單方便。
綜上所述，本發(fā)明在各種驅(qū)動系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其適合應(yīng)用于額定 狀態(tài)和過載狀態(tài)的電動驅(qū)動車輛和混合動力驅(qū)動車輛的驅(qū)動場合。


圖1為本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布圖。 圖3為本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布圖。 圖4為本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布圖。 圖6為本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布圖。 圖7為本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布圖。 圖9為本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布圖。
圖1、圖4、圖7中標(biāo)號名稱1、 U形定子塊；2、勵磁線圈；3、隔磁板；4、永磁體；5、
扇形轉(zhuǎn)子齒塊；6、不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套。
具體實施例方式
本發(fā)明的混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機可為三相6/4、四相8/6或三相12/8 結(jié)構(gòu)等，其工作原理相同。扇形轉(zhuǎn)子齒塊中心線與定子槽中心線對齊時定義為轉(zhuǎn)子對齊位 置，此時繞組電感最大；扇形轉(zhuǎn)子齒塊中心線與相鄰兩定子齒中心對齊時定義為轉(zhuǎn)子不對 齊位置，此時繞組電感最小。 下面結(jié)合附圖分別對本發(fā)明電機的以上三種結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明 本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括U形定子塊1、勵磁線圈
2、隔磁板3、永磁體4、扇形轉(zhuǎn)子齒塊5和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6。四個扇形轉(zhuǎn)子齒塊5嵌入
在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6中，轉(zhuǎn)子外表面為一圓柱面，相鄰的兩個U形定子塊1之間隔一個
隔磁板3，六個U形定子塊1和六個隔磁板3固定在一起，永磁體4嵌在U形定子塊1的兩
個定子齒槽口之間，位于定子齒端部，勵磁線圈2纏繞在U形定子塊1的軛上，每個纏繞在U形定子塊1軛上的勵磁線圈2產(chǎn)生的勵磁磁場與嵌在該U形定子塊1兩個定子齒槽口之 間的永磁體4產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)，三相繞組由三個勵磁線圈2組成，A相繞組為al、 a2， B 相繞組為bl、 b2， C相繞組為cl、 c2。當(dāng)一相勵磁繞組不通電時，永磁體磁力線不經(jīng)過氣隙 而沿定子極、定子軛部閉合，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；電勵磁磁力線的路徑與永磁體磁力線的路徑形成 并聯(lián)磁路當(dāng)一相勵磁繞組通有較小電流時，永磁體磁力線將一部分磁力線經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉 合，另一部分沿定子極、定子軛部閉合，此時永磁體一部分磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；當(dāng)一相勵磁繞組 電流較大時，全部永磁體磁力線將只經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉合，永磁體磁場將全部產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布如圖2所示。此 時A相繞組導(dǎo)通，B、 C兩相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線一部分經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合， 另一部分沿定子齒和定子軛閉合。B、 C兩相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合，并 且A相定子內(nèi)的磁場弱于B、 C兩相定子磁場。 本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布如圖3所示。此時 A相繞組導(dǎo)通，B、 C兩相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線基本上經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合。B、 C兩相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合，并且A相定子內(nèi)的磁場強于B、 C兩相定 子磁場。 本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括U形定子塊1、勵磁線圈 2、隔磁板3、永磁體4、扇形轉(zhuǎn)子齒塊5和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6。六個扇形轉(zhuǎn)子齒塊5嵌入 在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6中，轉(zhuǎn)子外表面為一圓柱面，相鄰的兩個U形定子塊1之間隔一個 隔磁板3，八個U形定子塊1和八個隔磁板3固定在一起，永磁體4嵌在U形定子塊1的兩 個定子齒槽口之間，位于定子齒端部，勵磁線圈2纏繞在U形定子塊1的軛上，每個纏繞在U 形定子塊1軛上的勵磁線圈2產(chǎn)生的勵磁磁場與嵌在該U形定子塊1兩個定子齒槽口之間 的永磁體4產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)，四相繞組由四個勵磁線圈2組成，A相繞組為al、a2，B相 繞組為bl、b2， C相繞組為cl、 c2， D相繞組為dl、 d2。當(dāng)一相勵磁繞組不通電時，永磁體磁 力線不經(jīng)過氣隙而沿定子極、定子軛部閉合，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；電勵磁磁力線的路徑與永磁體磁 力線的路徑形成并聯(lián)磁路當(dāng)一相勵磁繞組通有較小電流時，永磁體磁力線將一部分磁力 線經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉合，另一部分沿定子極、定子軛部閉合，此時永磁體一部分磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩； 當(dāng)一相勵磁繞組電流較大時，全部永磁體磁力線將只經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉合，永磁體磁場將全部 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布如圖5所示。此 時A相繞組導(dǎo)通，B、C、D三相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線一部分經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合， 另一部分沿定子齒和定子軛閉合。B、 C、 D三相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合， 并且A相定子內(nèi)的磁場弱于其他三相定子磁場。 本發(fā)明的四相8/6結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布如圖6所示。此時 A相繞組導(dǎo)通，B、 C、 D三相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線基本上經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合。 B、 C、 D三相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合，并且A相定子內(nèi)的磁場強于其他三 相定子磁場。 本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機的截面結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括U形定子塊1、勵磁線 圈2、隔磁板3、永磁體4、扇形轉(zhuǎn)子齒塊5和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6。八個扇形轉(zhuǎn)子齒塊5 嵌入在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套6中，轉(zhuǎn)子外表面為一圓柱面，相鄰的兩個U形定子塊1之間隔
5一個隔磁板3，十二個U形定子塊1和十二個隔磁板3固定在一起，永磁體4嵌在U形定子 塊l的兩個定子齒槽口之間，位于定子齒端部，勵磁線圈2纏繞在U形定子塊1的軛上，每 個纏繞在U形定子塊1軛上的勵磁線圈2產(chǎn)生的勵磁磁場與嵌在該U形定子塊1兩個定子 齒槽口之間的永磁體4產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)，三相繞組由六個勵磁線圈2組成，A相繞組由 al、 a2和a3、 a4兩個線圈構(gòu)成，B相繞組由bl、b2和b3、b4兩個線圈構(gòu)成，C相繞組由cl、 c2和c3、 c4兩個線圈構(gòu)成。當(dāng)一相勵磁繞組不通電時，永磁體磁力線不經(jīng)過氣隙而沿定 子極、定子軛部閉合，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；電勵磁磁力線的路徑與永磁體磁力線的路徑形成并聯(lián)磁 路當(dāng)一相勵磁繞組通有較小電流時，永磁體磁力線將一部分磁力線經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉合，另 一部分沿定子極、定子軛部閉合，此時永磁體一部分磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；當(dāng)一相勵磁繞組電流較 大時，全部永磁體磁力線將只經(jīng)氣隙、轉(zhuǎn)子閉合，永磁體磁場將全部產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于不對齊位置時的磁力線分布如圖8所示。此 時A相繞組導(dǎo)通，B、 C兩相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線一部分經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合， 另一部分沿定子齒和定子軛閉合。B、 C兩相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合，并 且A相定子內(nèi)的磁場弱于B、 C兩相定子磁場。 本發(fā)明的三相12/8結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子處于對齊位置時的磁力線分布如圖9所示。此 時A相繞組導(dǎo)通，B、 C兩相無電流，A相電勵磁磁力線和永磁體磁力線基本上經(jīng)轉(zhuǎn)子閉合。 B、 C兩相永磁體磁力線全部經(jīng)定子齒和定子軛閉合，并且A相定子內(nèi)的磁場強于B、 C兩相 定子磁場。 本發(fā)明電機的運行原理與普通開關(guān)磁阻電機一樣，三相6/4結(jié)構(gòu)電機的三相繞組 依次開通，導(dǎo)通周期角為30度；四相8/6結(jié)構(gòu)電機的四相繞組依次開通，導(dǎo)通周期角為15 度；三相12/8結(jié)構(gòu)電機的三相繞組依次開通，導(dǎo)通周期角為15度。 由于隔磁板的存在，每相電勵磁磁力線和永磁體磁力線不與其他相的磁力線閉 合，相間磁路完全隔離，無耦合，對不同相間的永磁體磁場方向沒有特殊要求，因此，只要相 內(nèi)永磁體磁力線的路徑與電勵磁磁力線的路徑構(gòu)成并聯(lián)磁路即可，而相間永磁體的磁場方 向可以排列，故本發(fā)明電機的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)與普通開關(guān)磁阻電機一樣，說明本發(fā)明電機具有 結(jié)構(gòu)上的通用性。
權(quán)利要求
一種混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機，包括U形定子塊(1)、勵磁線圈(2)、隔磁板(3)、永磁體(4)、扇形轉(zhuǎn)子齒塊(5)和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套(6)，扇形轉(zhuǎn)子齒塊(5)嵌入在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套(6)中，相鄰的兩個U形定子塊(1)之間隔一個隔磁板(3)，U形定子塊(1)的兩個定子齒槽口之間嵌入永磁體(4)，其特征在于所述勵磁線圈(2)纏繞在U形定子塊(1)的軛上，每個纏繞在U形定子塊(1)軛上的勵磁線圈(2)產(chǎn)生的勵磁磁場與嵌在該U形定子塊(1)兩個定子齒槽口之間的永磁體(4)產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合勵磁分塊定、轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機，屬于開關(guān)磁阻電機領(lǐng)域。該電機可為三相6/4、四相8/6或三相12/8結(jié)構(gòu)等，包括U形定子塊、勵磁線圈、隔磁板、永磁體、扇形轉(zhuǎn)子齒塊和不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套，扇形轉(zhuǎn)子齒塊嵌入在不導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子金屬套中，相鄰的兩個U形定子塊之間隔一個隔磁板，U形定子塊的兩個定子齒槽口之間嵌入永磁體，勵磁線圈纏繞在U形定子塊的軛上，每個纏繞在U形定子塊軛上的勵磁線圈產(chǎn)生的勵磁磁場與嵌在該U形定子塊兩個定子齒槽口間的永磁體產(chǎn)生的永磁磁場并聯(lián)。本發(fā)明電機轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)子高速運行時風(fēng)阻損耗小，端部繞組小，容錯性強，生產(chǎn)成本低。
文檔編號H02K29/00GK101764492SQ20101010254
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者楊艷, 范娜, 許培林, 連廣坤, 鄧智泉, 陳小元 申請人:南京航空航天大學(xué)