一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机

本发明涉及电机设计领域，具体涉及一种混合励磁电机结构。

背景技术：

1、近年来，永磁电机因其转矩密度大、效率高，在家电、航空航天和可再生能源等广泛领域中备受关注。然而，目前的永磁电机仍存在一些缺点。

2、目前的电机系统由于自身相数较少，在供电电压受限时每相功率负荷高，采用目前工艺水平下的功率器件，必须使用成本更高的大电流等级功率器件，如稀土永磁电机的零件，因此其制造维修成本高。

3、根据永磁体的摆放位置不同，永磁电机可分为转子永磁型和定子永磁型。定子永磁型电机作为近些年的研究热点，它的永磁体和电枢绕组都位于定子上，而转子上既无绕组也无永磁体。由于其结构简单，运行可靠，易于散热，且还具有高功率密度、高效率、容错性能好和带载能力强等优点，因而具有良好的应用前景。然而，因为永磁磁场是恒定磁场，定子分区式的永磁电机也面临着永磁电机的一个固有问题，即调磁能力有限。这使得该类电机的恒功率运行范围受到限制。

4、常用的采用矢量控制的方式，在具有较大电感的永磁电机注入负d轴电流以减少d轴永磁磁链，削弱气隙磁场以使电机有更高的速度运行，但较高的电枢反应将导致较低的功率因数，并需要更高的逆变器额定值。受电枢电流大小、逆变器容量等限制，调速范围受限，且弱磁升速区间的效率和功率因素较低，整体效率不高。

5、因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术所产生的问题，本发明提供了一种调磁效率高、高空间利用率、运行速度快的一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机。

2、为达到上述目的，本发明一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机可采用如下技术方案：

3、一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机，包括外定子、内定子、在内定子和外定子之间的转子、在电机中心且与转子同轴连接的转轴，外定子包括外定子铁芯、外定子槽，内定子包括环形的内定子铁芯，所述外定子还包括嵌于外定子槽中的六相电枢绕组，内定子还包括若干v形永磁单元，每间隔一个v形永磁单元在v形永磁单元外围绕有励磁绕组；若干v形永磁单元沿环形的内定子铁芯排列并均匀嵌于内定子铁芯内；

4、其中，励磁绕组包括两个励磁线圈，励磁线圈位于两个v形永磁单元之间；六相电枢绕组采用双y接线法，由相差30度电角度的两套三相对称绕组构成，形成m个相带，外定子槽数量z0满足：

5、

6、六相电枢绕组产生感应电动势从而产生带有电磁转矩和电磁功率的电流，电流经过励磁绕组产生磁路，改变电流方向进而改变磁路方向，根据磁路方向与v形永磁单元产生磁路方向异同而调节电机磁场大小。

7、进一步的，所述励磁绕组和v形永磁单元产生的磁路方向相同时，对电机增磁；励磁绕组和v形永磁单元产生的磁路方向相反时，对电机弱磁。

8、进一步的，所述相邻两组的v形永磁单元充磁方向相反。

9、进一步的，所述v形永磁单元与六相电枢绕组数量相等，励磁绕组是六相电枢绕组数量的二分之一。

10、进一步的，所述内定子铁芯上均匀开设有容纳v形永磁单元和励磁线圈的闭口槽。

11、进一步的，所述容纳v形永磁单元的闭口槽包括两个侧翼通槽，在侧翼通槽内填充环氧树脂基复合材料形成磁障；v形永磁单元包括两个相互呈夹角排列的条形永磁体，所述条形永磁体为两端设有磁隔，磁隔与闭口槽和条形永磁体紧密相接。

12、进一步的，所述条形永磁体沿着垂直于该永磁体长度延伸的方向充磁。

13、进一步的，所述六相电枢绕组设为12组。

14、进一步的，所述v形永磁单元的v形开口朝向外定子。

15、进一步的，所述永磁体材料为铁氧体材料。

16、本发明具有如下有益效果：

17、1、本发明采用定子分区的结构，电机内部空间得到充分利用。内定子和外定子的分区结构使得励磁绕组、电枢绕组、v形永磁单元有了更充分的放置空间，降低了三者之间用量的相互限制，同时v形永磁单元的形状结构，使得同样空间下容纳的永磁体数量更多，提高了电机的空间利用率，避免了励磁绕组与电枢绕组放在一起导致的转矩密度受损、定子磁通饱和以及损耗的增加。

18、2、本发明满足电机特殊工况的高效率要求，增强了调磁效率。改变电流方向，使励磁绕组产生的励磁磁通与v形永磁单元产生的永磁磁通叠加，满足电机大转矩工况的转矩需求；使励磁绕组产生的励磁磁通与v形永磁单元产生的永磁磁通抵消，满足高速工况的弱磁调速需求。

19、3、本发明电机所采用的转子结构简单，既无永磁材料，也无绕组，具有较高的机械强度，特别适用于高速运行。

技术特征：

1.一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机，包括外定子、内定子、在内定子和外定子之间的转子、在电机中心且与转子同轴连接的转轴，外定子包括外定子铁芯、外定子槽，内定子包括环形的内定子铁芯，其特征在于，所述外定子还包括嵌于外定子槽中的六相电枢绕组，内定子还包括若干v形永磁单元，每间隔一个v形永磁单元在v形永磁单元外围绕有励磁绕组；若干v形永磁单元沿环形的内定子铁芯排列并均匀嵌于内定子铁芯内；

2.根据权利要求1所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述励磁绕组和v形永磁单元产生的磁路方向相同时，对电机增磁；励磁绕组和v形永磁单元产生的磁路方向相反时，对电机弱磁。

3.根据权利要求2所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述相邻两组的v形永磁单元充磁方向相反。

4.根据权利要求3所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述v形永磁单元与六相电枢绕组数量相等，励磁绕组是六相电枢绕组数量的二分之一。

5.根据权利要求1所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述内定子铁芯上均匀开设有容纳v形永磁单元和励磁线圈的闭口槽。

6.根据权利要求5所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述容纳v形永磁单元的闭口槽包括两个侧翼通槽，在侧翼通槽内填充环氧树脂基复合材料形成磁障；v形永磁单元包括两个相互呈夹角排列的条形永磁体，所述条形永磁体为两端设有磁隔，磁隔与闭口槽和条形永磁体紧密相接。

7.根据权利要求6所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述条形永磁体沿着垂直于该永磁体长度延伸的方向充磁。

8.根据权利要求4所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述六相电枢绕组设为12组。

9.根据权利要求1所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述v形永磁单元的v形开口朝向外定子。

10.根据权利要求1所述的基于定子分区结构的六相混合励磁电机，其特征在于，所述永磁体材料为铁氧体材料。

技术总结
本发明公开了一种基于定子分区结构的六相混合励磁电机，在外定子上周向均匀设置六相电枢绕组，内定子上均匀设有若干V形永磁单元，每间隔一个V形永磁单元上在V形永磁单元上设置一组励磁绕组，励磁绕组由两个励磁线圈组成，励磁线圈在两个V形永磁单元之间，V形永磁单元由两个相互排列成夹角的永磁体组成。本发明基于定子分区结构的六相混合励磁电机电机具有调磁高效、高空间利用率、运行高速的特点。

技术研发人员：赵泽卿,赖巧巧,莫丽红,秦通,朱希同
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15