[发明专利]无刷自励同步场绕组机

说明书

提出了一种无刷自励同步场绕组机。AC定子被配置成具有四个或更多个相以在不同空间谐波处产生独立的磁场。转子中的绕组被配置成与由AC定子产生的不同的空间谐波磁耦合。更具体地，由定子生成的振荡场与转子上的励磁绕组磁耦合。这感应出使电流流过转子的场绕组的AC电压。因此，场电流的大小由振荡场的大小控制。AC定子也在与转子的场绕组磁耦合的不同空间谐波处产生磁场。该分量将与场电流相互作用以产生扭矩。通过这种方法，与常规的场绕组设计相比，电机的功率密度显著增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月16日提交的美国专利申请第16/385,556号的优先权，该美国专利申请第16/385,556号要求于2018年4月17日提交的美国临时申请第62/658,850号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容涉及同步场绕组电机。

背景技术

在诸如混合电动车辆的推进的变速驱动应用中使用的电机应当具有低成本和高功率密度。变速驱动器中通常使用四种电机拓扑：感应、磁阻、永磁(PM)和同步场绕组。这些基本拓扑可以被组合。一个关键示例是内部永磁(IPM)机，其结合了磁阻和永磁拓扑。

永磁和场绕组机与感应和磁阻机的不同之处在于，机器的转子具有独立的磁励磁。这允许这些拓扑具有较高的扭矩密度。例如，在某些简化的假设(例如，线性磁行为)下，可以看出，对于给定的定子和转子中I2R损耗量，同步场绕组机可以产生比感应机高30％的扭矩。相反，对于给定的扭矩，场绕组机产生的传导损耗比感应机少30％。

永磁和场绕组机也都能够实现单位功率因数，这与感应和磁阻机不同，感应和磁阻机的最大功率因数通常为0.8。在变速驱动(VSD)的应用中，单位功率因数意味着VSD可以向机器提供其峰值功率能力(基于其电压和电流约束)。对于给定的机器的额定功率，这产生减少的VSD成本，因为可以使用具有较低额定电流和/或额定电压的晶体管。

最后，同步场绕组和某些永磁机设计的独立励磁使这些机器能够实现宽速度范围上的恒定功率(CPWSR)。由于现有机器拓扑，永磁和场绕组机是最受期望的。

具有稀土磁体的永磁机已经成为高性能应用中选择的拓扑，因为该磁体生成磁场而没有场绕组的传导损耗。然而，稀土材料的成本已经经历了很大的波动，这激发了对替选技术开发的兴趣。

同步场绕组机的操作与永磁机的操作类似，不同之处在于：在转子上存在电磁体而不是永磁体。因为场绕组机中的主要材料是铁和铜，因此场绕组机相对便宜。

常规地，同步场绕组机的场绕组电流通过使用滑环进入转子。然而，由于需要旋转机械接触件(容易磨损)，需要生成和调节场绕组电流的辅助电路，以及与滑环和辅助电路两者相关的额外的空间、质量和成本，因此这种方法是不期望的。旋转变压器或无刷励磁器也已经用于传送电磁体所消耗的电功率。然而，这需要这样的变压器以及将功率传送到转子的功率电子电路，从而也会对成本、质量和空间产生负面影响。

本部分提供与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。

发明内容

本部分提供公开内容的总体概述，并且不是其全部范围和所有特征的全面公开。