[实用新型]一种六相磁通切换型永磁电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及多相发电或电动技术，尤其是一种六相磁通切换型永磁电机。

背景技术

永磁电机利用永磁体来产生磁场，由于永磁体的固有特性，它经过预先磁化以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。与传统的电励磁电机相比，这样既可以简化电机结构，省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性；又无需励磁电流，即没有励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度。磁通切换型永磁电机采用定子永磁型结构，永磁体和电枢绕组均置于定子，定子铁心由“U”形导磁铁心与永磁体拼装而成，电枢绕组采用集中式绕组线圈，端部短，电阻较小，而转子上既无永磁体又无绕组，结构简单、鲁棒性好、效率与功率密度均较高。

采用一定规律定转子齿槽配合的磁通切换型永磁电机由于具备绕组互补性，可以大大减少或抵消单个线圈永磁磁链和感应电势中的高次谐波分量，使得该电机在采用集中式电枢绕组和转子直槽的条件下就可以获得较高正弦度的每相空载永磁磁链和感应电势，特别适合于交流调速的应用场合，如电动汽车驱动系统；而且，其电枢反应磁场和永磁磁场从磁路上说是并联的，具有较强的抗去磁能力，作为发电机运行时具有良好的特性，电压调整率可以保持较低水平。

另一方面，随着电动汽车驱动系统的功率等级、电机转速等不断增加，对车用电动机、发电机本体及其控制系统的技术经济指标也提出了越来越高的要求。主要包括：无论是电动机还是发电机要具有更大的功率等级、可控性好、运行平稳、可靠性高、容错能力强，特别是故障状态下仍然能够输出一定的机械转矩以保证车辆的安全。然而，传统的磁通切换型永磁电机都采用三相绕组结构，无论是作为大功率驱动电动机或风力发电机使用，存在以下三个缺点：

（1）在大功率应用场合，三相结构导致每相电枢绕组需承担的功率等级很高，增加了每相绕组线圈的设计难度，同时较大功率的输出也会对绕组的冷却水平提出更高的要求，增加了整个系统的设计要求与成本；

（2）在大功率应用场合，每相绕组都会被分配很大的功率，三相电机对应的功率变换系统中必须选择电流等级较大的功率器件，或者采用小电流功率器件并联和串联的方式，但是这会引起静态和动态的均流和均压问题，增加功率变换器的设计难度与可靠性；

（3）对于三相电机，当其中一相出现故障时，如要保证输出的功率不变，则其他的两相的要承担的功率是正常运行的1.5倍，这就需要绕组设计时留有较大的裕量，但这又会导致系统正常运行时利用率较低，且当运行于故障状态时，转矩（功率）脉动较大。

基于上述缺点，本实用新型提出了一种新型六相绕组磁通切换型永磁电机，利用六相绕组的不同组合方式，可以产生两套互为冗余的三相对称绕组。该电机既能继承传统三相磁通切换型永磁电机功率密度高、抗去磁能力强等优点，同时又能克服上述缺点，且通过对定、转子齿槽配合、电机尺寸优化设计、主动缺相运行控制等，能够获得综合最优性能。

实用新型内容

本实用新型目的是，提出一种可运行于大功率场合，且具有高转矩（功率）密度、高可靠性、可控性强的六相绕组永磁同步电机。尤其是本实用新型电机提出尺寸的优化设计以提高感应电势的正弦度，并降低定位力矩，同时两套三相对称绕组互为冗余，增强了该电机的可靠性等电磁性能。

本实用新型技术方案是：六相磁通切换型永磁电机，包括定子、转子和转轴，其特征是定子采用永磁型双凸极结构，即永磁体与定子铁心、电枢绕组都置于定子，且定子铁心是由“U”形导磁铁心及嵌在导磁铁心间的各永磁体拼装而成，且永磁体均为切向交替充磁；电枢绕组是置于定子的六相电枢绕组，六相电枢绕组采用集中式线圈，均匀分布在定子圆周，每个电枢线圈横跨绕制在由两块“U”形导磁铁心与一块永磁体夹在中间所组成的定子铁心单元左右两侧的电枢槽中，每一个电枢槽中并排布置有分属不同相的电枢线圈；转子由导磁材料制成；其中永磁体的充磁方向都为定子圆周的切向，相邻两块永磁体的充磁方向相反；电枢线圈和定子槽数均为相数的偶数倍；即此偶数个电枢线圈串联、并联或混联组成每相电枢绕组，产生每相的磁场；六相电枢绕组分为两套对称分布且互为冗余的三相绕组，两套三相绕组独立供电或发电。

每相2n个线圈绕组，各有n个线圈均匀分布在定子圆周的直径的两端，n为正整数，如24槽/22极时，每相4个线圈、各有2个线圈均匀分布在定子圆周直径的两端。或2n个线圈分布在定子圆周的直径的一端；当六相电机为24槽/20极时，每相的4个线圈，这4个线圈均分布在上半圆周。