一种双定子混合励磁电机制造技术

本发明专利技术公开一种双定子混合励磁电机，中间转子由10个数量相同的转子导磁块和非导磁材料沿圆周方向交错布置固定连接而成，内定子由12个相同扇形结构的内定子铁心侧面紧密贴合组成，每个内定子铁心的中心线位置的内外侧分别固定嵌入相同的永磁体，同一个内定子铁心上的内外侧两个永磁体均切向充磁，相邻两个内定子铁心上的永磁体充磁方向相反；同一个内定子铁心上的内外侧两个永磁体之间的内定子铁心上开有扇形的内定子槽，在励磁绕组槽侧留有一定尺寸的铁心导磁桥，利用永磁体漏磁，使导磁桥工作在相对饱和状态，通过饱和导磁桥尺寸的合理选择，能使得饱和导磁桥的磁导率远远大于永磁体磁导率，为电励磁绕组提供额外的并联磁分路。

A hybrid excitation motor with two stators

The invention discloses a double stator hybrid excitation motor, the middle rotor consists of 10 rotor magnetic block and the same number of non-magnetic materials along the circumferential direction of the staggered fixed connection, the inner stator is composed of 12 identical fan-shaped internal stator iron core side tightly, each stator core center line position inside and outside are respectively fixed with a permanent magnet embedded in the same, with an inner stator core inside and outside of the two permanent magnets have tangential magnetization, two adjacent internal permanent magnet on the opposite direction of the sub core; between a stator iron core inside and outside of the two permanent magnet stator core open a fan of stator core slot, leaving a certain size in the excitation winding groove side magnetic bridge, using permanent magnet magnetic flux leakage, the magnetic bridge working state in a relatively saturated, saturated by reasonable selection of magnetic bridge size The permeability of the saturated magnetic bridge is far greater than that of the permanent magnet, and the additional shunt magnetic shunt is provided for the electric excitation winding.

【技术实现步骤摘要】
一种双定子混合励磁电机
本专利技术属于电工和电机领域，特指一种具有宽调速、高效率、高功率密度等驱动性能的混合励磁电机，适合于牵引混合动力汽车、电动汽车等。
技术介绍
永磁切换磁通电机的永磁体和电枢绕组均置于定子中，转子仅为设有凸极的铁心，无绕组、无滑环、无电刷。相对于转子永磁型电机，永磁磁通切换电机具有转子结构简单、便于永磁体冷却和高功率密度等优势。然而，与普通永磁电机类似，永磁磁通切换电机存在气隙磁场难以调节等固有问题，使得该类电机的恒功率运行范围受到限制。混合励磁磁通切换电机是在永磁磁通切换电机中加入电励磁磁势源，通过改变励磁电流的大小和方向，实现了气隙磁场的有效调节与控制。文献“ANovelHybridExcitationFlux-SwitchingMotorforHybridVehicles”中（公开发表于2009年IEEETransactionsonMagnetics,4728-4731页），通过减小永磁体的大小安放励磁绕组，实现了电机气隙磁场的有效调节，但是由于电励磁绕组的引入是以牺牲永磁体大小来实现的，因此降低了电机的功率密度和转矩密度。文献“并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统功率角线性控制策略（《中国电机工程学报》，第32卷，第12期，136-145页）”通过将一台永磁磁通切换电机和一台电励磁磁通切换电机轴向并列设置，并公用一套电枢绕组，形成并列式混合励磁磁通切换电机，该电机通过电励磁磁通切换电机的励磁磁场调节，实现整台复合电机的调节功能。为避免该复合电机中两种励磁源之间的相互影响并容纳励磁绕组，两台单独电机轴向必须留有一定空间，导致该电机的轴向长度较长。文献“定子分割式轴向磁通切换混合励磁同步电机三维有限元分析与实验研究（《电工技术学报》，第27卷，第10期，106-113页）”设计了一种12/10极定子分割式轴向磁通切换混合励磁同步电机，建立了电机三维有限元分析模型，在此基础上计算了不同励磁电流时电机内部空载磁场分布规律、三相绕组磁链、电动势和电感等电磁特性。有限元分析和实验结果均表明，此类电机具有较好的磁场调节能力。但是该电机的永磁体、电枢绕组和电励磁绕组都安装在一个定子上，导致电机的空间利用率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是要有效克服现有永磁磁通切换电机弱磁效果差、恒功率调速范围小的不足，提出了一种新型拓扑结构的双定子混合励磁电机，实现电机的气隙磁场平滑调节与控制。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：包括外定子、中间转子、内定子和转轴，所述中间转子由10个数量相同的转子导磁块和非导磁材料沿圆周方向交错布置固定连接而成，所述内定子由12个相同扇形结构的内定子铁心侧面紧密贴合组成，所述外定子具有12个外定子齿；每个内定子铁心的中心线位置的内外侧分别固定嵌入相同的永磁体，同一个内定子铁心上的内外侧两个永磁体均切向充磁，相邻两个内定子铁心上的永磁体充磁方向相反；同一个内定子铁心上的内外侧两个永磁体之间的内定子铁心上开有扇形的内定子槽，内定子槽内放置励磁绕组。进一步地，所述的内定子槽有内外两个，外侧的永磁体内边缘与外侧的内定子槽的外边缘相切，内侧的永磁体外边缘与内侧的内定子槽的内边缘相切。内外两个内定子槽之间不连通，其间的内定子铁心形成导磁桥，励磁绕组放置在内外两个扇形槽内并且绕在导磁桥上。进一步地，所述的内定子槽有一个，外侧的永磁体内边缘与该内定子槽的外边缘相切，内侧的永磁体外边缘与该内定子槽的内边缘之间留有距离，内定子槽与内侧的永磁体之间的内定子铁心形成导磁桥；相邻两个内定子槽之间的内定子铁心形成内定子齿，励磁绕组放置在内定子槽内并且绕在内定子齿上。本专利技术的技术效果为：1)本专利技术采用双定子结构，分别绕制电枢绕组和励磁绕组，将电枢绕组绕制于外定子，永磁体和励磁绕组安装在内定子，有效利用了电机内部空间，有利于保留永磁电机的高功率密度特点；同时可以有效避免现有定子励磁型混合励磁电机励磁绕组、电枢绕组和永磁体三者之间安装空间上的矛盾。2)为提高电励磁的效率，实现较小的电励磁获得较大的磁场调节能力，本专利技术在励磁绕组槽侧留有一定尺寸的铁心导磁桥，利用永磁体漏磁，使导磁桥工作在相对饱和状态，通过饱和导磁桥尺寸的合理选择，能使得饱和导磁桥的磁导率远远大于永磁体磁导率，为电励磁绕组提供额外的并联磁分路，达到用较小的直流励磁磁势获得较大的气隙调节范围的目的。3)本专利技术将永磁磁场和电励磁磁场相互并联，通过设置励磁电流的极性和永磁体的励磁方向，使得公共磁路中的永磁磁场和电励磁磁场方向相反，降低导磁桥的等效磁阻，提高了励磁电流的利用率，在励磁绕组铜耗不变的情况下提高了电机的输出功率。4）本专利技术通过改变电励磁绕组电流的大小和方向，实现了电机的气隙磁场平滑调节与控制，特别适合广泛应用于电动汽车等需宽调速直接驱动的场合；同时，提高了电机空间利用率。附图说明图1为本专利技术实施例1所述一种双定子混合励磁电机的结构示意图；图2为图1中局部内定子铁心结构及尺寸标注放大示意图；图3为图1中电机永磁磁通和电励磁磁通示意图；图4为图1中永磁体单独工作的磁力线分布示意图；图5为图1中永磁体和电励磁绕组共同工作，且电励磁磁场起弱磁作用时的磁力线分布图；图6为图1中永磁体和电励磁绕组共同工作，且电励磁磁场起增磁作用时的磁力线分布图；图7为图1中电机在不同励磁工况下的A相电枢绕组反电势波形图；图8为本专利技术实施例2所述一种双定子混合励磁电机的结构示意图；图9为图8中局部内定子铁心结构及尺寸标注放大示意图。图中：1.外定子；2.电枢绕组；3.转子导磁块；4.非导磁材料；5.内定子铁心；6.永磁体；7.励磁绕组；8.导磁桥；9.永磁磁通；10.电励磁磁通；11.外定子轭；12.外定子齿；13.内定子齿；14.内定子槽；15.转轴。具体实施方式实施例1参见图1，本专利技术包括外定子1、中间转子、内定子和转轴15，其中中间转子由10个相同数量的转子导磁块3和非导磁材料4沿圆周方向交错布置并固定连接而成，内定子由12个相同扇形结构的内定子铁心5侧面紧密贴合组成。转轴15外依次同轴心地套有内定子、转子和外定子1。外定子1、转子导磁块3和内定子铁心5均采用硅钢片叠制。外定子1由外定子轭11和外定子齿12组成，外定子轭11沿圆周方向均匀布置12个外定子齿12。相邻两个外定子齿12之间形成外定子槽，外定子齿12径向横截面为“T”型，“T”型的顶部在内侧，靠近中间转子；“T”型的底部在外侧，和外定子轭11连为一体。在外定子齿12上套有三相集中电枢绕组2。图1中的“+”为电枢绕组2的进线方向，“-”为电枢绕组2的出线方向，A、B、C为三相电枢绕组2。中间转子是由10个转子导磁块3和10个非导磁材料4交错连接组成的环形结构，导磁块3和非导磁材料4的侧壁紧密贴合。中间转子整体结构为常规环形转子。再结合图2，每个内定子铁心5的内径是Risi，外径是Riso。在每个内定子铁心5的中心线位置的内外侧分别固定嵌入一块永磁体6，同一个内定子铁心5上的内侧的永磁体6和外侧的永磁体6的结构相同，都是长方形，内外侧永磁体6形成一组，共计12组永磁体6。内侧的永磁体6和外侧的永磁体6的径向长度相等，都是hpm，内侧的永磁体6和外侧的永磁体6的切向宽度相等，都是lpm。每组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双定子混合励磁电机，包括外定子（1）、中间转子、内定子和转轴（15），其特征是：所述中间转子由10个数量相同的转子导磁块（3）和非导磁材料（4）沿圆周方向交错布置固定连接而成，所述内定子由12个相同扇形结构的内定子铁心（5）侧面紧密贴合组成，所述外定子（1）具有12个外定子齿（12）；每个内定子铁心（5）的中心线位置的内外侧分别固定嵌入相同的永磁体（6），同一个内定子铁心（5）上的内外侧两个永磁体（6）均切向充磁，相邻两个内定子铁心（5）上的永磁体（6）充磁方向相反；同一个内定子铁心（5）上的内外侧两个永磁体（6）之间的内定子铁心（5）上开有扇形的内定子槽（14），内定子槽（14）内放置励磁绕组（7）。

【技术特征摘要】
1.一种双定子混合励磁电机，包括外定子（1）、中间转子、内定子和转轴（15），其特征是：所述中间转子由10个数量相同的转子导磁块（3）和非导磁材料（4）沿圆周方向交错布置固定连接而成，所述内定子由12个相同扇形结构的内定子铁心（5）侧面紧密贴合组成，所述外定子（1）具有12个外定子齿（12）；每个内定子铁心（5）的中心线位置的内外侧分别固定嵌入相同的永磁体（6），同一个内定子铁心（5）上的内外侧两个永磁体（6）均切向充磁，相邻两个内定子铁心（5）上的永磁体（6）充磁方向相反；同一个内定子铁心（5）上的内外侧两个永磁体（6）之间的内定子铁心（5）上开有扇形的内定子槽（14），内定子槽（14）内放置励磁绕组（7）。2.根据权利要求1所述的一种双定子混合励磁电机，其特征是：所述的内定子槽（14）有内外两个，外侧的永磁体（6）内边缘与外侧的内定子槽（14）的外边缘相切，内侧的永磁体（6）外边缘与内侧的内定子槽（14）的内边缘相切，内外两个内定子槽（14）之间不连通，其间的内定子铁心（5）形成导磁桥（8），励磁绕组（7）放置在内外两个扇形槽（...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜怿，汪奇，肖凤，朱孝勇，全力，张超，左月飞，刘文生，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32