一种变磁通高速电机结构制造技术

本发明专利技术公开了一种变磁通高速电机结构，包括外转子、内定子和转轴，其中所述外转子沿圆周间隔均匀分布44个开口均指向径向内侧“U”型转子齿槽。所述内定子包含两套沿圆周间隔均匀分布的绕组和一组通槽，分别为：12个“电枢绕组”、12个“磁化绕组”以及12个三层“U”型通槽。所述电枢绕组采用“发卡绕组”设计，所述磁化绕组每组两个布置在定子内靠近转轴处。本发明专利技术提出的“双相永磁磁路”“定子多层分段聚磁铁氧体+磁化绕组”的变磁通高速电机结构，该电机的定子上均布置有电枢绕组和磁化绕组，非稀土永磁材料位于定子上并采用不同的多层分段聚磁结构，此外，转子采用了无永磁体凸极结构，具有较好的鲁棒性。好的鲁棒性。好的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种变磁通高速电机结构


[0001]本专利技术涉及电机设计领域，具体涉及一种车用非稀土类可变磁通高速电机结构。

技术介绍

[0002]近年来，能源问题和环境污染日益严重，电动汽车成为汽车工业的研发焦点，其中高速电机由于其小型轻量、功率密度大等优点已成为未来发展电驱动系统的必然趋势。同时，由于稀土永磁体的大量使用，其成本相对较高，价格波动大，研究具有高功率密度、高效率，满足电动汽车不同运行工况下驱动性能的非稀土类高速电机，便具有重要的学术意义和工程应用价值。
[0003]但是，单纯通过优化非稀土永磁电机转子结构，增加非稀土永磁材料用量，从而提高提高电机的转矩密度的方式，在应用于车用高速电机时，仍存在一些问题：高速电机的额定点设置在高速区，其电气损耗中铁耗（与旋转磁场频率的平方成正比）占比高，如果仅仅依靠减少非稀土永磁体用量实现低磁通密度和高效率，又会限制电机的转矩输出能力；由于采用转子永磁，应用于高速电机不可避免带来热管理和转子机械强度的难题。
[0004]因此如何不牺牲效率提高车用高速电机的功率密度、改善高速电机的散热、提高转子强度并能满足工况所需的转矩需求是该类电机研究过程中需要解决的棘手问题。
[0005]初步研究表明，包括丰田在内的多家企业通过采用发卡绕组设计，由于其端部短，槽满率高，能带来效率和功率密度的双提高；日本尼桑电机公司针对电机效率的提高对可变磁通结构电机进行了研究，利用低矫顽力永磁材料的“记忆”功能，采用50%、75%和100%三种不同磁化强度实现电机低速时的高磁通密度和高速时的低磁通密度，最高转速可达12000rpm，虽然目前该设计理念仍存在低矫顽力永磁材料易于退磁的风险，但“可变磁通”电机概念的提出客观上为提高非稀土类永磁高速电机的高效运行能力提供了借鉴和新的思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种“变磁通”的“双相永磁磁路”高速电机结构，与可“增磁”的“磁化绕组”、高可靠性的“定子多层聚磁”非稀土永磁体相融合，实现非稀土高速电机“高功率密度、高效率、高可靠性”的性能需求。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：一种变磁通高速电机结构，包括内定子、外转子，其中所述内定子包含电枢绕组、磁化绕组、永磁体和转轴。
[0008]进一步的：所述定子铁心包含两套沿圆周间隔均匀分布的绕组和一组通槽，分别为：12个“电枢绕组”、12个“磁化绕组”以及12个三层“U”型通槽。
[0009]进一步的：所述电枢绕组采用“发卡绕组”设计。
[0010]进一步的：所述磁化绕组在靠近转轴一侧沿圆周间隔均匀分布，单组磁化绕组由导线连接两两一对。
[0011]进一步的：所述三层“U”型通槽的“U”型开口指向径向外侧，且内侧两层“U”型通槽各分四段，包括两个弧形侧翼和两个弧形底边，呈对称结构，最外侧“U”型通槽不分段，呈现完整弧形。
[0012]进一步的：所述三层“U”型通槽由外向内呈梯形排布，即径向外侧通槽的宽度小于径向内侧的宽度。
[0013]进一步的：所述单层层“U”型通槽的宽度由弧形底边向两侧弧形侧翼的长度方向平滑递减，最后与定子径向外侧边缘相连接。
[0014]进一步的：所述三层“U”型分段通槽内布置有三层“U”型分段永磁体，构成三层“U”型永磁单元，包括径向内侧双层分段“U”型永磁组和径向外侧单层完整“U”型永磁组。
[0015]进一步的：所述内侧双层分段“U”型永磁组由两层共8块永磁块呈“U”形放置，外层完整“U”型永磁组由一个完整的“U”形永磁块组成。
[0016]进一步的：所述内侧两层分段“U”型永磁组中8块永磁块，其相邻永磁块在沿其长度的两端分别设置有导磁桥，共4个，且同层导磁桥宽度与长度相等，呈对称形式排布。
[0017]进一步的：所述内侧两层分段“U”型永磁组中8块永磁块，其相邻永磁块在沿其长度的两端分别设置有导磁桥，共4个，且同层导磁桥宽度与长度相等，呈对称形式排布。
[0018]进一步的：所述外转子沿圆周间隔均匀分布44个开口均指向径向内侧“U”型转子齿槽。
[0019]进一步的：所述永磁单元中的永磁体均采用铁氧体材料。
[0020]进一步的：所述三层“U”型永磁单元中，每层永磁组中的所有永磁体均沿着与该永磁块弧线切线垂直的方向相对充磁。
[0021]本专利技术和现有技术相比有以下优点：本专利技术提供的电机通过“双相永磁磁路”的“变磁通”和“磁化绕组”的“磁场增强”作用，在电机高速工况时，励磁磁场与永磁磁场方向相反，削弱了电机磁场强度，可增加电机高速调速范围；而在电机有大转矩需求，即低速工况时，通过磁化电流的加持，永磁磁路与励磁磁通相叠加，增加了电机的磁场强度，从而提高电机的磁通密度和输出转矩，满足电动汽车爬坡等工况需求；本专利技术引入“定子永磁”电机结构，由于永磁体和绕组均置于定子上，在转子高速旋转时，不需要增加转子磁钢的机械强度以防止永磁体由于离心力而飞出，大大简化了转子结构；此外，将永磁体和绕组放置在固定的定子上，更易于实现散热和冷却系统的设计；本专利技术的永磁单元中采用价格低廉、但抗高温和抗去磁能力较强的非稀土铁氧体材料。铁氧体采用多层分段聚磁布局，可实现：提高凸极率和永磁材料利用率；降低电机高速时的永磁涡流损耗，提高电机效率；有助于提高电机永磁磁链的正弦性；本专利技术的定子铁心布置了“电枢绕组”和“励磁绕组”两套绕组，其中电枢绕组引入“发卡绕组”设计，主要是为了：由于其热阻远低于常规绕组，可提高定子散热性能；
因为发卡绕组结构电机的槽满率高，因此可通过提高电机齿槽比，降低定子磁通饱和度，进而提高电机直轴电感L
d
、交轴电感L
q
、凸极率和功率密度；本专利技术中电机的额定点设置在高速区，因此体积小、重量轻，电机材料成本低，具有较大的功率密度。
附图说明
[0022]附图1为本专利技术提出的车用可变磁通混合励磁高速电机的结构主视图示意图；附图2为三层“U”型通槽的结构图示意图；附图3为三层“U”型永磁单元结构及充磁方式图示意图；附图4为本专利技术中电机在高速工况下的磁路图示意图；附图5为本专利技术中电机在大转矩工况下的磁路图示意图；图中：1、定子；2、电枢绕组；3、磁化绕组；4、 三层“U”型永磁单元；4
‑
1、三层“U”型通槽；4
‑
2、内侧两层分段“U”型通槽的弧形侧翼；4
‑
3、径向外层“U”型通槽直侧翼；4
‑
4、内侧两层分段“U”型通槽的弧形底边；5、导磁桥；6、转子；7、“U”型转子齿槽；8、转轴；9、中层分段“U”型永磁组；9
‑
1、中层分段“U”型永磁组的弧形侧翼永磁块；9
‑
2、中层分段“U”型永磁组的弧形底边永磁块；10、最内层分段“U”型永磁组；10
‑
1、最内层分段“U”型永磁组的弧形侧翼永磁块；10
‑
2、最内层分段“U”型永磁组的弧形底边永磁块；11、最外层完整“U”型永本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变磁通高速电机结构，包括内定子（1）和外转子（6）两部分，其特征在于：所述内定子（1）包含电枢绕组（2）、磁化绕组（3）、永磁单元（4）和转轴（8）；所述外转子（6）包含“U”型转子齿槽（7）。2.根据权利要求1所述的一种变磁通高速电机结构，其特征在于：所述定子铁心（1）包含两套沿圆周间隔均匀分布的绕组和一组通槽，分别为：12个“电枢绕组”（2）、12个“磁化绕组”（3）以及12个三层“U”型分段通槽（4
‑
1），所述三层“U”型通槽（4
‑
1）由外向内呈梯形排布，即径向外侧通槽的宽度小于径向内侧的宽度。3.根据权利要求1所述的一种变磁通高速电机结构，其特征在于：所述电枢绕组（2）采用“发卡绕组”设计。4.根据权利要求1所述的一种变磁通高速电机结构，其特征在于：所述磁化绕组（3）在靠近转轴（8）一侧沿圆周间隔均匀分布，单组磁化绕组（3）由导线连接两两一对。5.根据权利要求2所述的一种变磁通高速电机结构，其特征在于：所述三层“U”型通槽（4
‑
1）的“U”型开口指向径向外侧，且内侧两层“U”型通槽各分四段，包括两个弧形侧翼（4
‑
2）和两个弧形底边（4
‑
4），呈对称结构，最外侧“U”型通槽（4
‑
3）不分段，呈现完整弧形。6.根据权利要求2所述的一种变磁通高速电机结构，其特征在于：所述三层“U”型通槽（4
‑
1）的宽度由弧形底边（4
‑
4）向两侧弧形侧翼（4
‑
2）的长度方向平滑递减，最后与定子径向外侧边缘相连接，所述三层“U”型分段通槽（4
‑
1）内布置有三层“U”型分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽卿，莫丽红，赖巧巧，秦通，王浩，朱希同，王四维，张科地，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：