本發(fā)明涉及一種基于磁通切換原理和磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的無(wú)刷電機(jī)，特別是涉及一種轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)定子永磁型磁通切換電機(jī)永磁體與電樞繞組均置于定子側(cè)，轉(zhuǎn)子僅由鐵心構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度高、適合運(yùn)行在高速以及環(huán)境較為惡劣的條件下。所述電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩(功率)密度、低損耗等優(yōu)點(diǎn)，且單相永磁磁鏈與空載感應(yīng)電勢(shì)諧波含量低，有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

然而，在風(fēng)力發(fā)電、新能源電動(dòng)汽車、工業(yè)驅(qū)動(dòng)、多電飛機(jī)/艦艇等應(yīng)用領(lǐng)域，不但要求電機(jī)具有很好的轉(zhuǎn)矩輸出特性，而且對(duì)電機(jī)的調(diào)速范圍及工作區(qū)間具有更高的要求，以滿足設(shè)備多變的運(yùn)行工況。但是，定子永磁型磁通切換電機(jī)的缺點(diǎn)在于永磁體用量較大，永磁體利用率較低。定子側(cè)永磁體與電樞繞構(gòu)成空間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，使得電樞槽面積減小，一定程度上影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，且電樞磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)共同作用，使定子鐵心內(nèi)的磁密過飽和，限制了電機(jī)的過載能力。此外，定子永磁型磁通切換電機(jī)通過永磁體勵(lì)磁，勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響電機(jī)的調(diào)速范圍。

近年來(lái)，定子永磁型混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的提出，解決了傳統(tǒng)定子永磁型磁通切換電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)的問題。但是，由于定子側(cè)在原有電樞繞組和永磁體存在的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，添加勵(lì)磁繞組，使得電樞繞組或永磁體空間大大減小，從而進(jìn)一步限制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。

文件CN104201852A提出了一種繞組互補(bǔ)型轉(zhuǎn)子永磁磁通切換電機(jī)，將永磁體移植于轉(zhuǎn)子側(cè)，與電樞繞組分離，有效提高了轉(zhuǎn)子側(cè)的空間利用率，釋放了定子側(cè)電樞繞組空間，提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。電樞磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)分離，緩解了定子齒部磁場(chǎng)飽和程度，改善了電機(jī)的過載能力。

但是，文件CN104201852A提出了一種繞組互補(bǔ)型轉(zhuǎn)子永磁磁通切換電機(jī)具有如下缺點(diǎn)：采用單一永磁體勵(lì)磁，永磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響電機(jī)的弱磁調(diào)速范圍；若類比定子永磁型混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，采用混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，則需要在轉(zhuǎn)子側(cè)加入電刷滑環(huán)，提供直流勵(lì)磁電流，而電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需要定期維護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種轉(zhuǎn)矩(功率)密度高、效率高、轉(zhuǎn)矩輸出能力強(qiáng)的轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，在不引入電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)了永磁磁場(chǎng)調(diào)節(jié)，擴(kuò)寬了電機(jī)的弱磁調(diào)速范圍和工作區(qū)間，且具有不同的工作模式。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子和轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子磁極模塊、隔磁塊、調(diào)磁塊和軸；所述轉(zhuǎn)子磁極模塊包括兩塊轉(zhuǎn)子齒和一塊永磁體，所述永磁體嵌入兩塊轉(zhuǎn)子齒之間，永磁體切向充磁，且相鄰所述永磁體充磁方向一致；相鄰所述轉(zhuǎn)子磁極模塊之間嵌入隔磁塊，

所述轉(zhuǎn)子磁極模塊與隔磁塊共同構(gòu)成環(huán)形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子通過隔磁端環(huán)與電機(jī)軸固定，并與軸之間構(gòu)成環(huán)形調(diào)磁氣隙；所述調(diào)磁氣隙內(nèi)嵌入調(diào)磁塊；所述調(diào)磁塊在調(diào)磁氣隙中相對(duì)轉(zhuǎn)子磁極模塊圓周滑動(dòng)。

優(yōu)選的，所述的定子包括定子鐵心和電樞繞組，所述電樞繞組設(shè)置于定子鐵心電樞齒上，采用集中繞組結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)電樞線圈與其圓心角分別相隔90°、180°和270°的三個(gè)電樞線圈構(gòu)成一相電樞繞組。

優(yōu)選的，所述定子鐵心設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁極模塊外部構(gòu)成外定子結(jié)構(gòu)，或者設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁極模塊內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)定子結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的定子鐵心為直槽結(jié)構(gòu)或斜槽結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子齒、調(diào)磁塊、定子鐵心均為導(dǎo)磁材料。

優(yōu)選的，所述的永磁體為釹鐵硼或釤鈷或鐵氧體永磁材料。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)具有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁磁通切換電機(jī)轉(zhuǎn)矩(功率)密度高、轉(zhuǎn)矩過載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2)通過調(diào)磁塊的位置變化，實(shí)現(xiàn)永磁磁場(chǎng)調(diào)節(jié)，改善電機(jī)弱磁調(diào)速范圍。

3)調(diào)磁塊放置于調(diào)磁氣隙中，在空間上不與永磁體構(gòu)成空間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因此不影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(功率)密度。

4)通過調(diào)磁塊實(shí)現(xiàn)調(diào)磁，與傳統(tǒng)勵(lì)磁繞組調(diào)磁方式不同，不需要電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

5)電機(jī)弱磁時(shí)，調(diào)磁磁路與主磁路并聯(lián)，有效防止削弱永磁磁場(chǎng)的過程中，永磁體退磁。

6)具有多種調(diào)磁方式，且調(diào)磁效果不同，可依據(jù)工況需求，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)磁方式，提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行特性。

7)每相電樞繞組具有互補(bǔ)特性。每相繞組的兩套線圈組所匝鏈的永磁磁鏈中的高次諧波，特別是偶次諧波可以互相抵消，優(yōu)化了永磁磁鏈的正弦性，抑制了空載感應(yīng)電勢(shì)的諧波含量。

8)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，由于互補(bǔ)特性使得互補(bǔ)的兩個(gè)線圈組所在主磁路中的磁場(chǎng)能量與定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的導(dǎo)數(shù)正負(fù)相反，相互抵消，有效減小了定位力矩的大小，抑制了輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

9)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于該電機(jī)既可以做電動(dòng)運(yùn)行也可以做發(fā)電運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)額定運(yùn)行工況磁路圖；

圖2b為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)弱磁運(yùn)行工況1磁路圖；

圖2c為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)弱磁運(yùn)行工況2磁路圖；

圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)正常工況與不同調(diào)磁方式下，電樞繞組中所匝鏈的三相永磁磁鏈；

圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)正常工況與弱磁工況下電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。

圖中：1、轉(zhuǎn)子磁極模塊，2、轉(zhuǎn)子齒，3、永磁體，4、隔磁塊，5、調(diào)磁塊，6、軸，7、調(diào)磁氣隙，8、定子鐵心，9、電樞繞組，10、主磁路，11、調(diào)磁磁路1，12、調(diào)磁磁路2。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，下面以三相轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)為例，詳細(xì)闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子和轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子磁極模塊1、隔磁塊4、調(diào)磁塊5和軸6；所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1包括兩塊轉(zhuǎn)子齒2和一塊永磁體3，所述永磁體3嵌入兩塊轉(zhuǎn)子齒2之間，永磁體3切向充磁，且相鄰所述永磁體3充磁方向一致；相鄰所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1之間嵌入隔磁塊4，

所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1與隔磁塊4共同構(gòu)成環(huán)形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子通過隔磁端環(huán)與電機(jī)軸固定，并與軸6之間構(gòu)成環(huán)形調(diào)磁氣隙7；所述調(diào)磁氣隙7內(nèi)嵌入調(diào)磁塊5；所述調(diào)磁塊5在調(diào)磁氣隙7中相對(duì)轉(zhuǎn)子磁極模塊1圓周滑動(dòng)。

所述的定子包括定子鐵心8和電樞繞組9，所述電樞繞組9設(shè)置于定子鐵心8電樞齒上，采用集中繞組結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)電樞線圈9與其圓心角分別相隔90°、180°和270°的三個(gè)電樞線圈9構(gòu)成一相電樞繞組。

所述定子鐵心8設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁極模塊1外部構(gòu)成外定子結(jié)構(gòu)，或者設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁極模塊1內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)定子結(jié)構(gòu)。

所述的定子鐵心8為直槽結(jié)構(gòu)或斜槽結(jié)構(gòu)。

所述的轉(zhuǎn)子齒2、調(diào)磁塊5、定子鐵心8均為導(dǎo)磁材料。

所述的永磁體3為釹鐵硼或釤鈷或鐵氧體永磁材料。

如圖1所示，本發(fā)明轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，且兩者之間具有氣隙；所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁極模塊1、隔磁塊4、調(diào)磁塊5和軸6構(gòu)成。所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1由兩塊轉(zhuǎn)子齒2和一塊永磁體3構(gòu)成，所述永磁體3嵌入兩塊轉(zhuǎn)子齒2之間，永磁體3切向充磁，且充磁方向一致。相鄰所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1之間嵌入隔磁塊4，所述隔磁塊4通過電機(jī)端部隔磁端環(huán)連接成為整體，其特征在于所述轉(zhuǎn)子磁極模塊1與隔磁塊4共同構(gòu)成環(huán)形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子通過隔磁端環(huán)與電機(jī)軸固定，并與軸6之間構(gòu)成環(huán)形調(diào)磁氣隙8。所述環(huán)形調(diào)磁氣隙8內(nèi)嵌入調(diào)磁塊5。調(diào)磁塊5在環(huán)形調(diào)磁氣隙8中可以相對(duì)轉(zhuǎn)子磁極模塊1滑動(dòng)。每塊調(diào)磁塊5通過電機(jī)端部調(diào)磁端環(huán)連接，構(gòu)成整體調(diào)磁部件，便于加工以及實(shí)現(xiàn)調(diào)磁控制。

所述的定子由定子鐵心8和電樞繞組9構(gòu)成。所述電樞繞組9設(shè)置于定子鐵心8電樞齒上，采用集中繞組結(jié)構(gòu)。所述的A相電樞繞組中電樞線圈911與電樞線圈912、913、914空間位置圓心角分別相差90°、180°和270°；電樞線圈911與913徑向相對(duì)，電樞線圈內(nèi)匝鏈的永磁磁鏈相位相同，磁鏈變化具有一致性，同理，電樞線圈912與914徑向相對(duì)，電樞線圈內(nèi)匝鏈的永磁磁鏈變化也具有一致性；電樞線圈911與912空間位置圓心角相差90°，電樞線圈內(nèi)的永磁磁鏈相位相差180°，磁鏈變化具有互補(bǔ)性，因此順向串聯(lián)成為第一線圈組，同理，電樞線圈913與914空間位置圓心角相隔90°，磁鏈變化也具有互補(bǔ)性，因此順向串聯(lián)成為第二線圈組；所述第一線圈組和所述第二線圈組順向串聯(lián)或并聯(lián)。類似的，電樞線圈921、922、923和924構(gòu)成B相電樞繞組，電樞線圈931、932、933和934構(gòu)成C相電樞繞組。

所述的轉(zhuǎn)子齒2、調(diào)磁塊5、定子鐵心10均為導(dǎo)磁材料。永磁體3為釹鐵硼、釤鈷及鐵氧體永磁材料。

三相轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)具有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁磁通切換電機(jī)轉(zhuǎn)矩(功率)密度高、轉(zhuǎn)矩過載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。每相電樞繞組具有互補(bǔ)特性，抵消了每相繞組中兩套線圈組所匝鏈的永磁磁鏈高次諧波特別是偶次諧波，優(yōu)化了永磁磁鏈的正弦性，抑制了空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的諧波含量。

通過三相轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)調(diào)磁塊的位置變化，實(shí)現(xiàn)永磁磁場(chǎng)調(diào)節(jié)，改善電機(jī)弱磁調(diào)速范圍。具有多種調(diào)磁方式，且調(diào)磁效果不同，可依據(jù)工況選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)磁方式，改善電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性。調(diào)磁塊放置于調(diào)磁氣隙中，在空間上不與永磁體構(gòu)成空間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因此不影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(功率)密度。該調(diào)磁方式與傳統(tǒng)勵(lì)磁繞組調(diào)磁方式不同，不需要電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。當(dāng)電機(jī)弱磁時(shí)，調(diào)磁磁路與主磁路并聯(lián)，如圖2所示，有效防止削弱永磁磁場(chǎng)的過程中，永磁體退磁。

由于互補(bǔ)特性使得互補(bǔ)的兩個(gè)線圈組所在主磁路中的磁場(chǎng)能量與定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的導(dǎo)數(shù)正負(fù)相反，相互抵消，有效減小了定位力矩的大小，抑制了輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

轉(zhuǎn)子調(diào)磁型磁通切換電機(jī)在不同工況運(yùn)行時(shí)具有以下特點(diǎn)：

1、純永磁工況運(yùn)行：此時(shí)電機(jī)依靠永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，通過控制電樞電流調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、功率密度與調(diào)速性能。

2、調(diào)磁方式1運(yùn)行：調(diào)磁塊位于轉(zhuǎn)子磁極模塊底部，在主磁路上構(gòu)成并聯(lián)支路，使得主磁路磁通減小，實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速。由于直接改變主磁路結(jié)構(gòu)，因此能夠獲得最大的弱磁能力，如圖3和圖4所示。

3、調(diào)磁方式2運(yùn)行：調(diào)磁塊位于隔磁塊底部，增大相鄰轉(zhuǎn)子磁極模塊之間的極間漏磁，進(jìn)而削弱主磁路磁通，實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速，調(diào)磁特性如圖3和圖4所示。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。