一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体公开了一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机。

背景技术

交替极永磁电机由于具有高永磁材料利用率等特点而在诸如电动汽车、航空发电等领域受到了广泛的关注。

传统交替极永磁同步电机多采用外定子-内转子拓扑，其转子永磁极与铁芯极沿圆周交替排列形成交替磁极。为了抑制气隙谐波磁场在转子产生的涡流损耗，传统交替极永磁同步电机的转子铁芯往往由硅钢片叠压制成，且转子永磁体处于高速状态下需要增加额外辅助装置以保护转子不被破坏，这极大地限制了交替极永磁同步电机在高速旋转机械领域的应用。

传统交替极永磁电机作为永磁电机的一类，具有永磁磁场不可调节的固有缺陷。交替极永磁电机铁芯固有的高导磁率特征使得其可以被用作电励磁-永磁混合励磁同步电机。电励磁线圈产生的磁场可以被用来灵活调节永磁磁场，达到增强电机输出性能、提升电机转速范围等目的。然而，电励磁线圈产生持续磁场时存在严重的励磁铜耗，增大了电机系统的热负荷，严重时将会烧毁电机绝缘，降低了电机系统的可靠性。此外，不可忽视的励磁铜耗减小了电机的能量转换效率，不利于电机系统的高效运行。

因此，发明人有鉴于此，提供了一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机，以便解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于改善交替极永磁电机拓扑结构，增大转子强度，提升电机转速范围。此外，通过灵活调节交替极永磁同步电机的空载磁场，拓宽该类电机的高效率运行范围区间。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机，包括内定子和外转子，其中内定子包括对称设置的定子铁芯、设在定子铁芯上的电枢绕组、设在定子铁芯内的定子磁轭和设在两个定子铁芯之间的直流调磁绕组。

其中外转子设在所述内定子的外部，外转子内表面沿圆周方向均匀间隔设有记忆永磁体。

进一步，所述定子铁芯由硅钢片沿外转子的轴向叠压制成。

进一步，定子铁芯外壁为无齿槽结构，所述电枢绕组通过浇筑环氧树脂连接在所述定子铁芯的外表面，以实现所述电枢绕组与定子铁芯之间的物理连接。

进一步，定子铁芯外壁为齿槽结构，所述电枢绕组嵌放在定子铁芯外壁的齿槽内，以实现所述电枢绕组与定子铁芯之间的物理连接。

进一步，所述电枢绕组为三相交流绕组，所述电枢绕组采用三角形或者星型连接方式。

进一步，所述直流调磁绕组为集中绕组。

进一步，所述外转子内表面一侧沿圆周方向均匀间隔设有第一转子齿和第一转子槽，所述外转子内表面另一侧沿圆周方向均匀间隔设有第二转子齿和第二转子槽，所述记忆永磁体分别设在所述第一转子槽和所述第二转子槽内。

进一步，所述记忆永磁体与所述第一转子槽、第二转子槽具有相同的轴向长度。

进一步，所述第一转子齿和第二转子齿的齿轴线在空间上相差0或180电角度。

进一步，当电机处于额定负载状态下时，记忆永磁体处于完全磁化状态；当电机需要进行弱磁扩速时，直流调磁绕组产生与记忆永磁磁场方向相反的直流脉冲磁场，实现永磁磁场的灵活调节。

本方案的原理及效果在于：

本发明通过将传统交替极永磁同步电机的稀土永磁体替换为记忆永磁体后，记忆永磁体与直流调磁绕组的组合可以实时调节电机励磁磁场。额定负载状态下，记忆永磁体被完全磁化，不影响系统输出性能。弱磁状态下，通过控制直流调磁绕组产生直流脉冲磁场对记忆永磁体进行调磁处理，增大电机转速范围，拓宽电机的高效运行范围区间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机的结构整体示意图；

图2示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机的结构爆炸示意图；

图3示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机中带齿槽结构的定子铁芯示意图；

图4示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机中无齿槽结构的定子铁芯示意图；

图5示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机的主视和剖视图，其中(a)为一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机的主视图，(b)为一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机A-A剖面的剖视图；

图6示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机中转子与记忆永磁体装配示意图；

图7示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机中转子结构示意图；

图8示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机处于负载工作状态下记忆永磁体产生的径向励磁磁路示意图；

图9示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机处于负载工作状态下记忆永磁体产生的轴向励磁磁路示意图；

图10示出了本申请实施例提出的一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机处于负载状态向弱磁状态转变时记忆永磁体产生的轴向励磁磁路与直流调磁绕组产生的轴向磁路示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

说明书附图中的附图标记包括：定子磁轭1、定子铁芯2、第一定子铁芯2-1、第二定子铁芯2-2、记忆永磁体3、第一记忆永磁体3-1、第二记忆永磁体3-2、外转子4、第一转子齿4-11、第一转子槽4-12、第二转子齿4-21、第二转子槽4-22、电枢绕组5、直流调磁绕组6、径向磁路7、轴向磁路8、直流调磁绕组励磁磁路9。

一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机，实施例如图1和图2所示：包括内定子和外转子4，整体表现为内定子-外转子4拓扑，具体如下：

内定子包括定子磁轭1、定子铁芯2、电枢绕组5和直流调磁绕组6，其中，定子磁轭1设在定子铁芯2内，定子铁芯2为两个并且两个定子铁芯2具有完全相同的材料属性和结构尺寸，为便于本技术领域的技术人员理解，分别命名为第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2；第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2均由硅钢片沿外转子4的轴向进行叠压制成，如图3所示，第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2均为齿槽结构，当然，本发明的第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2结构并不限于此，如图4所示，第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2表面也可以无齿槽结构；电枢绕组5为三相双层分布短距交流绕组，采用Y型连接方式，同样可以使用其他交流绕组形式；直流调磁绕组6为集中绕组。

如图5所示，定子磁轭1、第一定子铁芯2-1、第二定子铁芯2-2、直流调磁绕组6、电枢绕组5、记忆永磁体3以及外转子4同轴装配。并且定子磁轭1的外径与第一定子铁芯2-1、第二定子铁芯2-2的内径相等。电枢绕组5嵌放在第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2的外壁或者外壁的槽内，当定子铁芯2外壁为无齿槽结构时，电枢绕组5通过浇筑环氧树脂连接在定子铁芯2的外表面，以实现电枢绕组5与定子铁芯2之间的物理连接；当定子铁芯2外壁为齿槽结构，电枢绕组5嵌放在定子铁芯2外壁的齿槽内，以实现电枢绕组5与定子铁芯2之间的物理连接。

如图6和图7所示，外转子4的内表面的两侧均布有齿槽结构，使得外转子4形成包括第一转子齿4-11、第一转子槽4-12、第二转子齿4-21和第二转子槽4-22的结构特征，其中，第一转子齿4-11和第一转子槽4-12沿着圆周交替排列、第二转子齿4-21和第二转子槽4-22沿着圆周交替排列，并且，第一转子齿4-11的轴线和第二转子齿4-21的轴线相差0或者180电角度，为提升永磁电机储能密度。记忆永磁体3为两个并且两个记忆永磁体3具有完全相同的材料属性和结构尺寸，为便于本技术领域的技术人员理解，分别命名为第一记忆永磁体3-1和第二记忆永磁体3-2，记忆永磁体3为瓦片式结构，第一记忆永磁体3-1与第一转子槽4-12采用胶粘连接，第二记忆永磁体3-2与第二转子槽4-22采用胶粘连接。外转子4采用导磁性能良好的整块钢材锻造而成，外转子4为一体化结构，增大了外转子4的强度以适应更高转速的需求。

如图8和图9所示，当电机处于额定负载状态下时，直流调磁绕组6内部无电流流通，记忆永磁体3处于完全磁化状态。由记忆永磁体3产生的径向磁路7如图8中所示，由记忆永磁体3产生的轴向磁路8如图10中所示。其中，径向磁路7为电机的工作磁路，而轴向磁路8为漏磁磁路。

如图10所示，电机由负载状态向弱磁状态进行转变的过程中，通过直流调磁绕组6产生与记忆永磁磁场方向相反的直流脉冲磁场对气隙磁场进行调节。直流调磁绕组6产生的直流调磁绕组励磁磁路9如图10中所示，记忆永磁体3产生的轴向磁路8如图10中所示。直流调磁磁场对永磁磁场进行调节，以达到削弱永磁磁场的目的。

本发明通过改变传统交替极永磁电机的结构，采用外转子-内定子拓扑，增大了转子强度，提升了转速范围。此外，将传统交替极永磁电机的稀土永磁体替换为记忆永磁体3后，记忆永磁体3与直流调磁绕组6的组合可以实时调节电机励磁磁场。额定负载状态下，记忆永磁体3被完全磁化，不影响系统输出性能。弱磁状态下，通过控制直流调磁绕组6产生直流脉冲磁场对记忆永磁体3进行调磁处理，增大了电机高效率运行区间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。