一種混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工、電機(jī)領(lǐng)域，涉及一種具有較強(qiáng)轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高功率密度的永磁電機(jī)，具體涉及一種混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 磁通切換電機(jī)是一種定子永磁型電機(jī)，定子永磁型電機(jī)將永磁體和電樞繞組均置于定子上，轉(zhuǎn)子僅為設(shè)有凸極的鐵心，轉(zhuǎn)子無繞組、無滑環(huán)和無電刷。相對(duì)于轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)，定子永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、便于永磁體冷卻和高功率密度等優(yōu)勢(shì)。磁通切換電機(jī)的永磁體和電樞繞組都位于定子上，轉(zhuǎn)子既無永磁體也無繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、易于散熱、高功率密度和高效率等特點(diǎn)，有可能替代轉(zhuǎn)子永磁型永磁電機(jī)。然而現(xiàn)有的磁通切換電機(jī)由于只有永磁體勵(lì)磁，其調(diào)磁能力有限，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的最高運(yùn)行速度之間是一對(duì)無法調(diào)和的矛盾:一方面，增大永磁磁鏈可以提高電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力，但同時(shí)會(huì)限制電機(jī)的高速運(yùn)行;另一方面，當(dāng)逆變器的電流限額和電機(jī)的直軸電感固定時(shí)，減小永磁磁鏈有利于提高電機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍，但會(huì)限制轉(zhuǎn)矩輸出能力。因此上述缺點(diǎn)限制了其在電動(dòng)汽車等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為克服上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了具有永磁體和勵(lì)磁繞組這兩個(gè)磁勢(shì)源的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的寬調(diào)速功能。例如，中國專利公開號(hào)為CN101277053A、名稱為“混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)”的文獻(xiàn)中公開的電機(jī)，具有較好的調(diào)磁性能，但是以減小永磁體體積為代價(jià)，加入勵(lì)磁繞組，這樣不可避免的降低了功率密度和轉(zhuǎn)矩密度等。中國專利公開號(hào)為CN104539125A、名稱為“一種混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)”的文獻(xiàn)中公開的電機(jī)，調(diào)磁性能良好，但是以減小電樞線圈匝數(shù)為代價(jià)，加入勵(lì)磁繞組，同樣降低了轉(zhuǎn)矩密度。更為重要的是，這兩種公開的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)均采用直流勵(lì)磁方式對(duì)永磁磁場(chǎng)進(jìn)行直接調(diào)磁，調(diào)磁效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，使用交流勵(lì)磁電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)永磁磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保留了磁通切換永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，無需通過減小永磁體體積或減小電樞繞組匝數(shù)來安放勵(lì)磁繞組，在不額外增加電機(jī)體積的條件下在內(nèi)定子上合理安排電勵(lì)磁繞組空間，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的寬調(diào)速功能。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:本發(fā)明包括外定子、轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子，內(nèi)定子外同軸套有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外同軸套有外定子，外定子由外定子鐵心、永磁體和三相電樞繞組組成，所述外定子鐵心由12η個(gè)沿圓周方向均勻分布的U型導(dǎo)磁鐵心組成，η為整數(shù)，η 2 I，U型導(dǎo)磁鐵心的U型槽口朝向外定子的軸心，U型的兩個(gè)側(cè)壁是外定子齒，在相鄰兩個(gè)U型導(dǎo)磁鐵心之間緊密嵌入一個(gè)切向充磁的永磁體，相鄰兩個(gè)永磁體的充磁方向相反，在U型導(dǎo)磁鐵心的U型槽中放置三相集中電樞繞組且三相電樞繞組套在相應(yīng)的永磁體外部;所述轉(zhuǎn)子包括1n個(gè)沿圓周方向均勻布置的導(dǎo)磁塊;所述內(nèi)定子由內(nèi)定子鐵心和三相交流勵(lì)磁繞組組成，內(nèi)定子鐵心包含12η個(gè)內(nèi)定子鐵心凸極齒，三相交流勵(lì)磁繞組套在內(nèi)定子鐵心凸極齒上，三相交流勵(lì)磁繞組繞制成4η對(duì)極，內(nèi)定子鐵心凸極齒的數(shù)量與所述永磁體的數(shù)量相等，內(nèi)定子鐵心凸極齒的徑向中心軸線與所述永磁體的徑向中心軸線重合;在三相交流勵(lì)磁繞組通入超前或者滯后于三相電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)相位90°的三相對(duì)稱交流電流。
[0005]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的有益效果是:
本發(fā)明混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的外定子結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)定子結(jié)構(gòu)一致，電機(jī)整體結(jié)構(gòu)包括外定子、轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子，保留了傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)矩出力大、功率密度高的優(yōu)勢(shì)，在無需增加電機(jī)體積的條件下在內(nèi)定子中安放勵(lì)磁繞組，并通入不同幅值的對(duì)稱三相交流電流?；诒景l(fā)明提出的電機(jī)結(jié)構(gòu)，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中需通過減小永磁體體積或減小電樞繞組匝數(shù)來安放勵(lì)磁繞組的問題，增加了電機(jī)的電磁負(fù)荷，有效提高了電機(jī)功率密度;此外，內(nèi)定子勵(lì)磁繞組中通入的幅值可調(diào)的對(duì)稱三相交流電流，產(chǎn)生幅值和極性可調(diào)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與永磁磁場(chǎng)中的有效氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行疊加，進(jìn)而增強(qiáng)或減弱永磁磁場(chǎng)中有效的諧波分量，實(shí)現(xiàn)調(diào)磁運(yùn)行的目的，能調(diào)節(jié)電機(jī)總磁場(chǎng)，弱磁控制時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的寬調(diào)速功能。與現(xiàn)有技術(shù)中采用直流電流進(jìn)行勵(lì)磁的方案相比，調(diào)磁效果更加有效。由于電樞繞組與勵(lì)磁繞組都是集中繞組，端部短，效率較高。轉(zhuǎn)子省去了導(dǎo)磁軛部，減小了轉(zhuǎn)子尺寸，降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0007]圖1為本發(fā)明一種混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中轉(zhuǎn)子采用連接橋連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖1中永磁體單獨(dú)工作的磁力線分布圖；
圖4為圖1中三相交流勵(lì)磁繞組單獨(dú)工作的磁力線分布圖；
圖5為圖1中永磁體和三相交流勵(lì)磁繞組共同工作，且電勵(lì)磁磁場(chǎng)起增磁作用時(shí)的磁力線分布圖；
圖6為圖1中永磁體和三相交流勵(lì)磁繞組共同工作，且電勵(lì)磁磁場(chǎng)起去磁作用時(shí)的磁力線分布圖；
圖7為圖1中所示本發(fā)明電機(jī)在不同勵(lì)磁工況下的A相電樞繞組單匝磁鏈波形圖。
[0008]圖中:1、U型導(dǎo)磁鐵心，2、三相電樞繞組，3、永磁體，4、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁塊，5、非導(dǎo)磁材料，
6、內(nèi)定子鐵心凸極齒，7、三相交流勵(lì)磁繞組，8、連接橋，9、導(dǎo)磁塊凸臺(tái)，10、內(nèi)定子鐵心。
【具體實(shí)施方式】
[0009]參見圖1，本發(fā)明電機(jī)結(jié)構(gòu)包括外定子、轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子。內(nèi)定子外同軸套轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外同軸套外定子。轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子、外定子之間均具有徑向的氣隙。
[0010]外定子由外定子鐵心、永磁體3和三相電樞繞組2組成，永磁體3材料選擇釹鐵硼或鐵氧體等其他類型永磁材料。其中，外定子鐵心由12η個(gè)U型導(dǎo)磁鐵心I組成，η為整數(shù)，η 2 I。U型導(dǎo)磁鐵心I采用娃鋼片疊制。U型導(dǎo)磁鐵心I的U型槽口朝向外定子的軸心，U型導(dǎo)磁鐵心I的U型的兩個(gè)側(cè)壁就是外定子齒。有12η個(gè)U型導(dǎo)磁鐵心I沿圓周方向均勻分布。在相鄰兩個(gè)U型導(dǎo)磁鐵心I之間嵌入一個(gè)永磁體3，永磁體3的側(cè)面和U型導(dǎo)磁鐵心I的側(cè)面緊密貼合。永磁體3的內(nèi)、外圈和U型導(dǎo)磁鐵心I的內(nèi)、外圈分別平齊。永磁體3采用切向充磁，相鄰兩個(gè)永磁體3的充磁方向相反。在U型導(dǎo)磁鐵心I的U型槽中放置三相電樞繞組2，三相電樞繞組2套在相應(yīng)的永磁體3外部。三相電樞繞組2采用集中繞組，一共有12個(gè)集中電樞線圈沿圓周方向依序布置，其中，第一集中電樞線圈211和第七集中電樞線圈213徑向相對(duì)，第四集中電樞線圈212和第十集中電樞線圈214徑向相對(duì)，第一、第四、第七、第十集中電樞線圈順序串聯(lián)后組成A相電樞繞組。第二集中電樞線圈221和第八集中電樞線圈223徑向相對(duì)，第五集中電樞線圈222和第^^一集中電樞線圈224徑向相對(duì)，第二、第五、第八、第^^一集中電樞線圈順序串聯(lián)后組成B相電樞繞組。第三集中電樞線圈231和第九集中電樞線圈233徑向相對(duì)，第六集中電樞線圈232和第十二集中電樞線圈234徑向相對(duì)，第三、第六、第九、第十二集中電樞線圈順序串聯(lián)后組成C相電樞繞組。
[0011]轉(zhuǎn)子包括1n個(gè)導(dǎo)磁塊4，其中η為整數(shù)，UlOn個(gè)導(dǎo)磁塊4沿圓周方向均勻布置，在相鄰兩個(gè)導(dǎo)磁塊4之間緊密嵌入非導(dǎo)磁塊5，導(dǎo)磁塊4和非導(dǎo)磁塊5的側(cè)面緊密貼合，導(dǎo)磁塊4采用非導(dǎo)磁塊5相連，導(dǎo)磁塊4和非導(dǎo)磁塊5的內(nèi)、外圈分別平齊，組成一個(gè)環(huán)形的轉(zhuǎn)子。在導(dǎo)磁塊4側(cè)面上設(shè)固定導(dǎo)磁塊凸臺(tái)9，便于和非導(dǎo)磁塊5的相安裝，非導(dǎo)磁塊5的內(nèi)徑等于導(dǎo)磁塊4的內(nèi)徑，非導(dǎo)磁塊5的外徑等于導(dǎo)磁塊4的外徑，使轉(zhuǎn)子整體結(jié)構(gòu)為常規(guī)轉(zhuǎn)子。
[0012]內(nèi)定子由內(nèi)定子鐵心10和三相交流勵(lì)磁繞組7組成，內(nèi)定子鐵心10采用硅鋼片疊制。內(nèi)定子鐵心10為齒槽結(jié)構(gòu)，包含12η個(gè)內(nèi)定子鐵心凸極齒6，三相交流勵(lì)磁繞組7繞制成4η對(duì)極，其中η為整數(shù)，η 2 I。內(nèi)定子鐵心凸極齒6的數(shù)量與外定子的永磁體3的數(shù)量相等，并且內(nèi)定子鐵心凸極齒6的徑向中心軸線與外定子永磁體3的徑向中心軸線重合。三相交流勵(lì)磁繞組7采用集中繞組，套在內(nèi)定子鐵心凸極齒6上。三相交流勵(lì)磁繞組7—共有12個(gè)集中勵(lì)磁線圈，12個(gè)集中勵(lì)磁線圈依序繞在內(nèi)定子鐵心凸極齒6上。其中第一集中勵(lì)磁線圈711和第七集中勵(lì)磁線圈713徑向相對(duì)