[发明专利]一种轴向并列式混合转子电机

说明书

所属领域

本发明涉及一种永磁电机技术，属于混合转子电机技术领域。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)由于采用较高磁能积的传统稀土永磁材料(如钕铁硼)具有高功率密度、高效率、运行可靠和强过载能力等优势，是电机学科的重要发展方向。得益于稀土永磁材料及电力电子技术的发展，PMSM在中小功率领域大量取代电励磁电机，进而在航空航天、国防、工农业生产以及日常生活的各个领域得到了大规模应用。

内置式PMSM将永磁置于磁阻转子内部，由于其凸极转矩的存在，可实现转矩密度的提升以及恒功率区运行范围的有效拓宽，因此被广泛应用于电动汽车场合，如雪佛兰BOLT、宝马i3、丰田prius等多款车型。众所周知，电动汽车必须使用不仅高效而且轻型的部件，最常规的办法是尽可能减少电动机的尺寸，增大电机的功率重量比。传统的内置式PMSM中永磁转矩和磁阻转矩获得最大值的电流角不同，这导致两者不能被充分利用，从而减小了电机的功率重量比。

近些年来，为了增强电机的功率重量比，美国威斯康辛大学麦迪逊分校的电机学者托马斯.李泊(T.A.Lipo)教授提出了一种磁阻偏移式电机的概念。这种拓扑结构利用在内置式PMSM转子内部设置不对称磁障，使得磁阻中心轴发生偏移，与永磁中心轴同相位，也就是说：永磁转矩和磁阻转矩分量在相同内功率因数角达到最大值，这使得电机的转矩密度得到了进一步提高。然而，这种基本结构的电机的转子结构存在着不足。由于永磁体处于转子内部的开槽内，加工装配工艺较为复杂，且机械强度不高，不适于高速运行；而且内置式永磁电机漏磁较多，永磁利用率有所降低，限制了其在电动汽车等应用场合的应用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种轴向并列式混合转子电机，解决电动汽车用传统内置式永磁电机永磁转矩分量和磁阻转矩分量两者达到最大时的内功率因数角不等，利用率不高，转矩密度受限，永磁安装不便，漏磁较大以及机械强度不够等问题。这些问题限制了其在风力发电和电动汽车宽调速驱动场合的应用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种轴向并列式混合转子电机采用的技术方案是：在定子内该转子电机轴向上同轴设置有永磁转子和磁阻转子，两转子在空间上处于轴向并列设置，且他们的直轴中轴线之间存在角度偏移。

所述的定子设在永磁转子和磁阻转子外部，包括电枢铁心齿、定子轭和设于电枢铁心齿上的电枢绕组，电枢铁心齿设置在定子轭部与转子之间，相邻的电枢铁心齿之间形成内凹的间槽，间槽用于置放缠绕于电枢铁心齿上的电枢绕组。

所述的永磁转子环体沿周向间隔布置有两块以上的钕铁硼永磁体，钕铁硼永磁体表面贴装在转子铁心背轭的外圆周上。

所述的磁阻转子呈多层磁障式结构，即该转子内沿圆周设有多组磁障式结构，每一组由内至外顺次设置有圆弧状空气槽，同心且沿半径方向对称的两条空气槽之间设有导磁桥，用于连接由相邻的转子铁心层。

所述的永磁转子与磁阻转子极对数数目一致，且直轴中轴线之间的偏移夹角α_s满足：

α_s＝|α_PMmax-α_SynRMmax| (1)

式中，α_PMmax表示永磁转子达到最大转矩的内功率因数角，α_SynRMmax表示磁阻转子达到最大转矩的内功率因数角。

所述的永磁转子上的永磁体径向充磁，沿永磁转子周向布置的相邻永磁体极性相反。

有益效果：

1、本电机将传统表贴式永磁电机与同步磁阻电机相结合，空间利用率高，可以通过轴向直轴中心线的错开提升电机永磁转矩和磁阻转矩的利用率，从而进一步提高电机的转矩密度；

2、本电机解决了传统内置式永磁电机永磁安装不便，漏磁大以及机械强度不够等劣势，极大地简化了电机整体结构；

3、本电机解决了传统内置式永磁电机永磁体和磁阻设计难以权衡的问题，使得永磁转矩和磁阻转矩分量可以分别进行设计，提升了设计的空间自由度和永磁利用率；

4、本电机解决了传统内置式电机气隙谐波较多，铁心损耗较大等问题，可以实现反电势的高度正弦，并减少转矩脉动，有利于电动汽车等领域的运行。

附图说明

图1为本发明的电机三维结构示意图，其中箭头方向表示XYZ轴方向；

图2为本发明的电机的两段转子的截面图以及两者直轴中心线的角度偏移；