本發(fā)明涉及一種混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，可作為電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)。

背景技術(shù)：

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是近十幾年來(lái)隨功率電子學(xué)和微電子學(xué)迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型可控交流調(diào)速系統(tǒng)。它是一種雙凸極結(jié)構(gòu)的電機(jī)，其轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何永磁體和繞組，是直接由硅鋼片疊壓而成，電機(jī)定子上繞有集中繞組。當(dāng)定子集中繞組通入電流時(shí)，定、轉(zhuǎn)子凸極之間的磁拉力會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。因此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性和容錯(cuò)性能強(qiáng)、啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、可頻繁啟停和調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中受到青睞。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的繞組電流不僅有轉(zhuǎn)矩分量，還有勵(lì)磁分量。從而增加了變換器和繞組的伏安容量，引入額外的附加損耗；開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)只能在正半周出力，而在負(fù)半周電感減少時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致材料利用率低。為了解決這些問(wèn)題，充分利用雙凸極結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，人們將永磁材料嵌入定轉(zhuǎn)子體內(nèi)，形成混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。這種電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外形與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相似，但是在運(yùn)行原理及其控制策略上與傳統(tǒng)電機(jī)有區(qū)別。

傳統(tǒng)的混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，是將永磁體貼在定子齒表面。這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積比較小。但是由于永磁體貼在定子齒表面，且永磁體磁阻較大，使得電機(jī)的氣隙長(zhǎng)度過(guò)大，從而影響電機(jī)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：提供一種利用永磁體和公共極輔助勵(lì)磁線(xiàn)圈的新型混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，在電機(jī)定子鐵心軛上嵌入永磁體，由于電機(jī)的勵(lì)磁方式由傳統(tǒng)的電勵(lì)磁變成與永磁體共同作用的混合勵(lì)磁，這就能在保持輸入勵(lì)磁電流不變的情況下增加電機(jī)磁路的飽和程度，從而增加電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，由一個(gè)定子鐵心、四個(gè)永磁體、一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心、一個(gè)軸、四個(gè)轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈、兩個(gè)公共極繞組線(xiàn)圈組成。定子鐵心有八個(gè)定子齒。位于x+，x-，y+，y-四個(gè)方向上的定子齒作為轉(zhuǎn)矩極，上面繞有轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈；與x+方向成45°，135°，225°，315°夾角的定子齒為公共極，其中，與x+成45°，225°夾角的公共極上面繞有公共極繞組線(xiàn)圈；與x+成135°，315°夾角的公共極分別與其相鄰的轉(zhuǎn)矩極之間的軛部處鑲嵌有永磁體。永磁體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，永磁體的軸向剖面為正方形。設(shè)永磁體n極到與其相鄰的電機(jī)頂點(diǎn)的距離為l1，永磁體軸向剖面的邊長(zhǎng)為lp，電機(jī)軸向剖面的邊長(zhǎng)為l。定子鐵心軛部厚度為h，內(nèi)徑為r，公共極定子齒的極弧度數(shù)為αc，轉(zhuǎn)矩極定子齒極弧度數(shù)為αt，轉(zhuǎn)子極弧度數(shù)為αr，轉(zhuǎn)子極距nr為轉(zhuǎn)子鐵心(5)極數(shù)，則應(yīng)滿(mǎn)足不等式1/5≤l1/l≤1/2，αc≥βr。公共極繞組線(xiàn)圈匝數(shù)nc與轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈匝數(shù)nt之比滿(mǎn)足0.5≤nc/nt≤2。相鄰的轉(zhuǎn)矩極與公共極定子齒根部的槽寬為w，公共極定子齒根部寬度為l2，應(yīng)滿(mǎn)足定子鐵心內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙，形成空氣隙。轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部為軸。

上述方案的原理是：本發(fā)明利用永磁體和公共極線(xiàn)圈提供激勵(lì)磁通，在電機(jī)定子鐵心軛部嵌入永磁體，由于電機(jī)的勵(lì)磁方式由傳統(tǒng)的電勵(lì)磁變成與永磁體共同作用的混合勵(lì)磁，這就能在保持輸入勵(lì)磁電流不變的情況下增加電機(jī)磁路的飽和程度，從而增加電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。將定子轉(zhuǎn)矩極分別標(biāo)記為a1，a2，b1，b2，公共極標(biāo)記為c1，c2，c3，c4。本發(fā)明的定子轉(zhuǎn)矩鐵心產(chǎn)生的磁通路徑為，以y方向上的a1，a2為例，轉(zhuǎn)矩極a1產(chǎn)生磁通，磁通經(jīng)過(guò)定子軛，公共極c1，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，回到a1極，從而形成閉合回路；轉(zhuǎn)矩極a2產(chǎn)生磁通，磁通經(jīng)過(guò)定子軛，公共極c2，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，回到a2極，形成閉合回路，如圖4所示。公共極產(chǎn)生的磁通路徑有兩條，公共極c1上的繞組線(xiàn)圈產(chǎn)生磁通，第一條磁通經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，a1極，定子軛，回到c1極，形成閉合回路；第二條磁通經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，b1極，定子軛，回到c1極，形成閉合回路；公共極c2上的繞組線(xiàn)圈產(chǎn)生磁通，第一條磁通經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，a2極，回到公共極c2，形成閉合回路；第二條磁通經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，b2極，回到公共極c2，形成閉合回路；如圖5所示。即公共極產(chǎn)生的磁通路徑始終與導(dǎo)通的轉(zhuǎn)矩極產(chǎn)生的磁通路徑相同。將永磁體記為p1，p2，p3，p4，則永磁體產(chǎn)生的磁通路徑為，以永磁體p1為例，磁通從永磁體p1的n極出發(fā)，通過(guò)公共極c4，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心5，氣隙，公共極c1，回到永磁體p1的s極，形成閉合回路，如圖6所示。但永磁體會(huì)在公共極的作用下，改變其磁通路徑，當(dāng)公共極c1，c2導(dǎo)通時(shí)，以永磁體p1，p3為例，永磁體p1產(chǎn)生的磁通從n極出發(fā)，經(jīng)過(guò)公共極c4，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，轉(zhuǎn)矩極a1，回到p1的s極，形成閉合回路；永磁體p3產(chǎn)生的磁通從n極出發(fā)，經(jīng)過(guò)公共極c3，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)矩極a2，回到p2的s極，形成閉合回路，如圖7所示。由此可知轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理為：轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈通電時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于磁拉力的存在，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。永磁體與公共極產(chǎn)生的激勵(lì)磁通始終存在，隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，激勵(lì)磁通會(huì)切換其路徑。永磁體p1，p4會(huì)在公共極c1的作用下，改變其原來(lái)的磁通路徑；永磁體p2，p3會(huì)在公共極c2的作用下改變其原來(lái)的磁通路徑。以永磁體p1，p3為例，永磁體p1產(chǎn)生的磁通從n極出發(fā)，經(jīng)由公共極c4，轉(zhuǎn)子鐵心，a1相定子齒、定子軛，回到p1的s極，形成閉合回路；永磁體p3產(chǎn)生的磁通從n極出發(fā)，經(jīng)過(guò)公共極c3，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)矩極a2，回到p2的s極，形成閉合回路，如圖7所示。即當(dāng)轉(zhuǎn)矩極a1，a2相工作時(shí)，永磁體p1會(huì)增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩極a1的氣隙磁通，永磁體p3會(huì)增加轉(zhuǎn)矩極a2的氣隙磁通；當(dāng)轉(zhuǎn)矩極b1，b2工作時(shí)，永磁體p4會(huì)增加轉(zhuǎn)矩極b1的氣隙磁通，永磁體p2會(huì)增加轉(zhuǎn)矩極b2的氣隙磁通。由此可以看出，引入永磁體與公共極線(xiàn)圈，可以增加電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過(guò)利用永磁體與公共極線(xiàn)圈產(chǎn)生的激勵(lì)磁通，可使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩提高為原有電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的1.5倍以上，同時(shí)利用永磁體產(chǎn)生磁通，提高電機(jī)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)軸向剖面圖；

圖2所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定子鐵心結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩極繞組線(xiàn)圈磁通路徑圖；

圖5為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)公共極繞組線(xiàn)圈磁通路徑圖；

圖6為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)永磁磁通路徑圖；

圖7為本發(fā)明技術(shù)方案混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)永磁體在公共極繞組工作時(shí)的磁通路徑圖；

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明技術(shù)一種混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)軸向剖面圖，由一個(gè)定子鐵心1、四個(gè)永磁體2、四個(gè)轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈3、兩個(gè)公共極繞組線(xiàn)圈4、一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心5、一個(gè)軸6組成。定子鐵心1有八個(gè)定子齒。位于x+，x-，y+，y-四個(gè)方向上的定子齒作為轉(zhuǎn)矩極，上面繞制有轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈3；與x+方向成45°，135°，225°，315°夾角的定子齒為公共極，其中，與x+成45°，225°夾角的公共極上面繞有公共極繞組線(xiàn)圈4；與x+成135°，315°夾角的公共極與其相鄰的轉(zhuǎn)矩極之間的軛部處鑲嵌有永磁體2。永磁體2為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其軸向截面是正方形。定義永磁體2的n極到與其相鄰的電機(jī)頂點(diǎn)的距離為l1，永磁體2軸向剖面的邊長(zhǎng)為lp，電機(jī)軸向剖面的邊長(zhǎng)為l。則應(yīng)滿(mǎn)足不等式1/5≤l1/l≤1/2，本發(fā)明中取l1/l＝1/5。定子鐵心1軛部厚度為h，內(nèi)徑為r，公共極定子齒的極弧度數(shù)為αc，轉(zhuǎn)矩極極弧度數(shù)為αt，轉(zhuǎn)子極弧度數(shù)為αr，轉(zhuǎn)子極距nr為轉(zhuǎn)子鐵心5極數(shù)，應(yīng)滿(mǎn)足條件αc≥βr。公共極繞組線(xiàn)圈4匝數(shù)nc與轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈3匝數(shù)nt之比滿(mǎn)足0.5≤nc/nt≤2，本發(fā)明中取nc/nt＝2。相鄰的轉(zhuǎn)矩極與公共極定子齒根部的槽寬為w，公共極定子齒根部寬度為l2，則應(yīng)滿(mǎn)足本發(fā)明中當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心5極數(shù)為nr＝10，則轉(zhuǎn)子極距為當(dāng)取轉(zhuǎn)子極弧度數(shù)為αr＝19°，則可取轉(zhuǎn)矩極極弧度數(shù)公共極極弧度數(shù)αc＝βr＝36°。當(dāng)定子鐵心1內(nèi)徑取r＝53mm，電機(jī)軸向剖面邊長(zhǎng)取l＝76mm時(shí)，則可得lp＝h＝11mm，l2＝20mm，定子鐵心1內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心5，定子鐵心1與轉(zhuǎn)子鐵心5之間留有氣隙，形成空氣隙。轉(zhuǎn)子鐵心5內(nèi)部為軸6。

圖2所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定子鐵心1結(jié)構(gòu)圖，四個(gè)永磁體2分別鑲嵌在與x+成135°，315°夾角的公共極與其相鄰的轉(zhuǎn)矩極之間的定子軛部。永磁體2為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其軸向截面是正方形。定義永磁體2的n極到與其相鄰的電機(jī)頂點(diǎn)的距離為l1，永磁體2軸向剖面的邊長(zhǎng)為lp，電機(jī)軸向剖面的邊長(zhǎng)為l。公共極定子齒的極弧度數(shù)為αc，轉(zhuǎn)矩極極弧度數(shù)為αt，定子鐵心1軛部厚度為h，內(nèi)徑為r，相鄰的轉(zhuǎn)矩極與公共極定子齒根部的槽寬為w，公共極定子齒根部寬度為l2，應(yīng)滿(mǎn)足不等式1/5≤l1/l≤1/2，

圖3所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心5結(jié)構(gòu)圖，轉(zhuǎn)子極弧度數(shù)為αr，轉(zhuǎn)子極距nr為轉(zhuǎn)子鐵心5極數(shù)，則應(yīng)滿(mǎn)足條件αc≥βr；

圖4所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈3工作時(shí)的磁通路徑圖，轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈a1與a2串聯(lián)，b1與b2串聯(lián)，兩組線(xiàn)圈依次循環(huán)通電，圖4為轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈a1，a2通電時(shí)形成的磁通路徑圖，線(xiàn)圈通電后，a1相繞組線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁路經(jīng)過(guò)定子軛，公共極定子齒c1，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙回到a1相，形成閉合回路。a2相繞組線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁路經(jīng)過(guò)定子軛，公共極定子齒c2，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，回到a2，形成閉合回路。

圖5所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的公共極繞組線(xiàn)圈c1，c2工作時(shí)的磁通路徑圖。c1相產(chǎn)生的磁通有兩條路徑，第一條磁路從c1出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，a1相定子齒，定子軛，回到c1相，形成閉合回路；第二條路徑從c1出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，b1相定子齒，定子軛，回到c1相，形成閉合回路。c2相產(chǎn)生的磁通有兩條路徑，第一條磁路從c2出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，a2相定子齒，定子軛，回到c2相，形成閉合回路；第二條磁路從c2出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，b2相定子齒，定子軛，回到c2相，形成閉合回路。

圖6所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作時(shí)永磁體2的磁通路徑圖，每個(gè)永磁體2的磁通將從永磁體2的n極出發(fā)，通過(guò)與永磁體2相鄰的公共極定子齒，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，與永磁體2在電機(jī)同一條邊上的另一個(gè)公共極定子齒，回到永磁體2的s極。

圖7所示為本發(fā)明技術(shù)混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作時(shí)永磁體2在公共極繞組線(xiàn)圈通電時(shí)的磁通路徑圖。以永磁體p1，p3為例，永磁體p1產(chǎn)生的磁通，從n極出發(fā)，通過(guò)公共極定子齒c4，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，氣隙，轉(zhuǎn)矩極a1，回到永磁體p1的s極，形成閉合回路；永磁體p3產(chǎn)生的磁通，從n極出發(fā)，通過(guò)公共極定子齒c3，氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)矩極a2，回到永磁體p3的s極，形成閉合回路。

上述發(fā)明方案所用的軸6導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如45號(hào)鋼或40cr等。轉(zhuǎn)子鐵心5可用導(dǎo)磁性能良好的電工薄鋼板如電工純鐵、電工硅鋼板dr510、dr470、dw350等磁性材料沖壓疊制而成。永磁體2的材料為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體，充磁方向?yàn)檩S向充磁。定子鐵心1采用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如電工純鐵、1j50或40cr。轉(zhuǎn)矩繞組線(xiàn)圈3和公共極繞組線(xiàn)圈4可用導(dǎo)電良好的電磁線(xiàn)繞制后浸漆烘干而成。