一種組合勵(lì)磁型定子分區(qū)式混合永磁磁通切換記憶電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)制造領(lǐng)域，設(shè)及永磁磁通切換電機(jī)和記憶電機(jī)，用于驅(qū)動混合動 力汽車、電動汽車。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為混合動力汽車、電動汽車的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一的車用驅(qū)動電機(jī)，其驅(qū)動性能 的好壞直接影響著混合動力汽車、電動汽車的整車性能。在車用驅(qū)動電機(jī)領(lǐng)域，應(yīng)用最為 廣泛是永磁同步電機(jī)，W欽鐵棚為勵(lì)磁材料的永磁同步電機(jī)具有高效率、高功率密度等優(yōu) 點(diǎn)。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子永磁型永磁同步電機(jī)相比，定子永磁型電機(jī)轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組， 具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安裝簡單、散熱方便、轉(zhuǎn)動慣量小、適合高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。其中定子永磁型的 磁通切換永磁電機(jī)，通過其特殊的聚磁效應(yīng)使得電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率密度較雙凸極電機(jī)和磁 通反向電機(jī)可W做到更高，更適合于嚴(yán)格限制電機(jī)尺寸同時(shí)又需要較高出力的電動汽車領(lǐng) 域。然而，無論是傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)還是磁通切換永磁電機(jī)由于采用永磁磁鋼作為單一 勵(lì)磁源，氣隙磁場恒定，在需要弱磁升速運(yùn)行時(shí)，往往只能采用矢量控制的方式，通過施加 持續(xù)的電樞電流的直軸弱磁電流分量來削弱氣隙磁場，受電樞電流大小、逆變器容量等限 審IJ，因而電機(jī)調(diào)速范圍十分受限，且弱磁升速區(qū)間的效率較低。
[0003] 為拓寬永磁電機(jī)的調(diào)速范圍，比較可行的方案是采用混合勵(lì)磁技術(shù)，中國 專利號為化200720035049. 6的專利文獻(xiàn)中提出的混合勵(lì)磁同步電機(jī)、中國專利號 為化200410064871. 6的專利文獻(xiàn)中提出的雙凸極混合勵(lì)磁無刷電機(jī)和中國專利號為 ZL200810023819. 4的專利文獻(xiàn)中提出的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)都在永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上引 入電勵(lì)磁繞組，通過電勵(lì)磁電流的大小和方向來實(shí)現(xiàn)電機(jī)氣隙磁場的調(diào)節(jié)，具有調(diào)磁手段 簡單、方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于電勵(lì)磁繞組的存在，電機(jī)在進(jìn)行弱磁和增磁調(diào)速控制時(shí)，需要一 直施加電勵(lì)磁電流，存在額外勵(lì)磁損耗，影響了電機(jī)的運(yùn)行效率。
[0004] 由德國電機(jī)學(xué)者奧斯托維奇（OstoviC)教授在2001年提出的記憶電機(jī)是一種真 正意義上的磁通可控型電機(jī)，它采用高剩磁低矯頑力的侶儀鉆永磁材料，通過定子繞組或 者直流脈沖繞組產(chǎn)生的磁場，永磁體的磁化狀態(tài)可被瞬間改變，且其磁化水平能被記憶住， 從而實(shí)現(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)，避免了電樞損耗，實(shí)現(xiàn)了在線高效調(diào)磁。此外，出現(xiàn)的兩種交 軸磁阻增強(qiáng)式記憶電機(jī)，通過合理設(shè)計(jì)漏磁路徑實(shí)現(xiàn)更大的磁通調(diào)節(jié)范圍。然而，傳統(tǒng)記憶 電機(jī)中由于永磁體處于轉(zhuǎn)子上，電樞繞組需要同時(shí)具備能量轉(zhuǎn)換和磁場調(diào)節(jié)的能力，電樞 電流的交軸分量與電機(jī)磁場相互作用，輸出電磁轉(zhuǎn)矩，承擔(dān)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的作用；其直軸電 流分量主要用于對電機(jī)磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)。如何保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)電機(jī)的磁場的動 態(tài)、在線調(diào)節(jié)，對電機(jī)的矢量控制性能提出了苛刻的要求，因此在線調(diào)磁難度較大；其次，由 于僅采用了單一侶儀鉆永磁體作為勵(lì)磁源，電機(jī)的最大氣隙磁通密度很難達(dá)到欽鐵棚永磁 電機(jī)的水平，電機(jī)力能指標(biāo)不高；同時(shí)，增磁和去磁磁通均由電樞繞組施加直軸電流脈沖提 供，增磁回路或去磁回路中均存在磁阻較大的氣隙，運(yùn)就導(dǎo)致所需的調(diào)磁脈沖磁動勢較大， 增加了電樞繞組的電流和應(yīng)數(shù)。 陽0化]中國專利號為化200810023409.X的專利文獻(xiàn)中提出的寬調(diào)速磁通記憶式定子永 磁型電機(jī)和中國專利號為化201410756127. 6的專利文獻(xiàn)中提出的E型定子鐵屯、磁通切換 型混合永磁記憶電機(jī)雖然能實(shí)現(xiàn)氣隙磁場的有效調(diào)節(jié)，但永磁體和繞組均位于定子上，永 磁體和電樞繞組用量相互限制，限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
[0006] 可見，現(xiàn)有技術(shù)中，諸如"混合勵(lì)磁電機(jī)"W及"永磁記憶電機(jī)"等電機(jī)，在實(shí)現(xiàn)電 機(jī)氣隙磁場的有效調(diào)節(jié)與控制、保證電機(jī)力能指標(biāo)的同時(shí)達(dá)到有效拓寬電機(jī)調(diào)速范圍等方 面難W兼顧，運(yùn)也成為永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域存在的具有共性的技術(shù)難點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的是：為了解決傳統(tǒng)永磁電機(jī)氣隙磁場難W調(diào)節(jié)、調(diào)速范圍窄、高速時(shí)輸 出功率和效率低的問題，提供一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、采用混合永磁材料，具有高效率、高轉(zhuǎn)矩 密度、寬調(diào)速運(yùn)行范圍的組合勵(lì)磁型定子分區(qū)式混合永磁磁通切換記憶電機(jī)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括外定子、內(nèi)分區(qū)定子和中間轉(zhuǎn) 子，外定子由外定子齒、外定子槽和外定子輛組成，外定子齒沿圓周方向均勻分布且在外定 子齒上繞有S相電樞繞組，所述內(nèi)分區(qū)定子是緊密貼合在一起的內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，外層由內(nèi) 定子鐵屯、和欽鐵棚永磁體組成，欽鐵棚永磁體沿圓周方向均勻嵌入內(nèi)定子鐵屯、中，欽鐵棚 永磁體的中屯、與外定子的外定子齒中屯、對齊，欽鐵棚永磁體切向充磁，兩鄰兩個(gè)欽鐵棚永 磁體的充磁方向相反；內(nèi)層由脈沖磁化繞組和可在線充去磁的侶儀鉆永磁體組成，侶儀鉆 永磁體沿圓周方向均勻布置，中屯、與外定子槽的中屯、對齊，相鄰兩個(gè)侶儀鉆永磁體之間有 內(nèi)定子槽，內(nèi)定子槽的中屯、與外定子的外定子齒中屯、對齊，依次首尾串聯(lián)的脈沖磁化繞組 置放于每個(gè)內(nèi)定子槽內(nèi)并繞在侶儀鉆永磁體上。
[0009] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的優(yōu)點(diǎn)是：
[0010] 1、本發(fā)明采用內(nèi)定子分區(qū)的內(nèi)外雙定子結(jié)構(gòu)，充分利用電機(jī)內(nèi)部空間，解決了傳 統(tǒng)磁通切換電機(jī)永磁體和電樞繞組用量相互限制的問題，使得在同樣電機(jī)體積下永磁體用 量和電樞繞組用量可W增大W提升轉(zhuǎn)矩密度，也為該類電機(jī)采用不同類型永磁材料作為勵(lì) 磁源W及增加非稀±永磁材料的用量提供了足夠的空間，為提升少稀±類永磁電機(jī)功率密 度和轉(zhuǎn)矩密度提供了可能。
[0011] 2、由于本發(fā)明電機(jī)采用了定子永磁型結(jié)構(gòu)，欽鐵棚永磁體、侶儀鉆永磁體W及脈 沖磁化繞組均置于內(nèi)分區(qū)定子上，而電樞繞組置于外定子上，實(shí)現(xiàn)了電樞繞組和永磁體的 分離，更易于電機(jī)的散熱、冷卻。
[0012] 3、本發(fā)明電機(jī)所采用的中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，既無永磁材料，也無繞組，僅由導(dǎo)磁鐵 屯、和非導(dǎo)磁材料交替構(gòu)成，特別適用于高速運(yùn)行。
[0013] 4、本發(fā)明電機(jī)所用的電樞繞組和脈沖磁化繞組均采用集中式繞組，降低了繞組端 部長度，從而有效降低電機(jī)銅耗，提高電機(jī)運(yùn)行效率。同時(shí)磁場在線調(diào)節(jié)手段簡單、直接。由 于磁化電流持續(xù)時(shí)間較短（<ls)，使電機(jī)在實(shí)現(xiàn)更寬調(diào)速范圍的同時(shí)，能保持較高的運(yùn)行效 率。
[0014] 5、本發(fā)明電機(jī)采用稀±永磁欽鐵棚和非稀±侶儀鉆永磁兩種類型的永磁材料作 為電機(jī)的主勵(lì)磁源，兩種永磁可根據(jù)電機(jī)的過載能力和調(diào)速范圍的要求約束和限定兩種永 磁材料的用量（寬度和厚度）之間的關(guān)系，通過控制短時(shí)磁化繞組電流的大小和方向，能在 線調(diào)節(jié)侶儀鉆永磁的磁化強(qiáng)度和工作點(diǎn)，一方面可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的弱磁控制，使電機(jī)具有寬廣 的調(diào)速范圍；還可W進(jìn)行增磁控制，滿足電動汽車快速起動、爬坡W及緊急制動所需的大轉(zhuǎn) 矩的要求。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明一種組合勵(lì)磁型定子分區(qū)式混合永磁磁通切換記憶電機(jī)的徑向截 面結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭方向表示永磁體充磁方向；
[0016] 圖2是圖1中內(nèi)分區(qū)定子的結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0017] 圖3是圖1中中間轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0018] 圖4、圖5、圖6是本發(fā)明的中間轉(zhuǎn)子在不同位置下和侶儀鉆永磁體充去磁不同情 況下，永磁磁路和磁場方向示意圖；
[0019] 圖7是本發(fā)明電機(jī)的等效磁路圖；
[0020] 圖8是圖2中侶儀鉆永磁體在極限充去磁情況下，電樞繞組空載反電勢波形圖。 [OOW圖中：1.外定子；1-1.電樞繞組；2.內(nèi)分區(qū)定子；2-1.欽鐵棚永磁體；2-2.侶儀 鉆永磁體；2-3.脈沖磁化繞組；2-4.內(nèi)定子鐵屯、；2-4-1.凸臺；2-5.導(dǎo)磁橋；3.中間轉(zhuǎn)子； 3-1.導(dǎo)磁塊；3-2.非導(dǎo)磁塊。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 參見圖1，圖1是W-臺6槽/轉(zhuǎn)子5極/內(nèi)定子6極電機(jī)為例。本發(fā)明電機(jī)包括 外定子1、內(nèi)分區(qū)定子2和中間轉(zhuǎn)子3。外定子1、中間轉(zhuǎn)子3和內(nèi)分區(qū)定子2由外而內(nèi)同軸 布置。外定子1和中間轉(zhuǎn)子3之間均具有徑向的外氣隙，內(nèi)分區(qū)定子2和中間轉(zhuǎn)子3之間 具有徑向的內(nèi)氣隙。
[0023] 外定子1由外定子齒、外定子槽、外定子輛組成，外定子槽數(shù)為昨，外定子齒沿圓 周方向均勻分布，在外定子齒上繞有=相電樞繞組1-1，且該電樞繞組1-1為集中式=相繞 組。如圖1，在6個(gè)外定子齒上繞有=相電樞繞組1-1。
[0024] 參見圖2,內(nèi)分區(qū)定子2為內(nèi)外兩層的徑向分層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩層緊密貼合在一起。 外層由內(nèi)定子鐵屯、2-4和多個(gè)稀±欽鐵棚永磁體2-1組成；內(nèi)層由可在線充去磁的多個(gè)侶 儀鉆永磁體2-2W及脈沖磁化繞組2-3組成。欽鐵棚永磁體2-1的數(shù)量是P個(gè)，P個(gè)欽鐵 棚永磁體2-1沿圓周方向均勻嵌入內(nèi)定子鐵屯、2-4中，且欽鐵棚永磁體2-1的中屯、與