一种组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机制造领域，设及永磁磁通切换电机和记忆电机，用于驱动混合动 力汽车、电动汽车。
【背景技术】
[0002] 作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一的车用驱动电机，其驱动性能 的好坏直接影响着混合动力汽车、电动汽车的整车性能。在车用驱动电机领域，应用最为 广泛是永磁同步电机，W钦铁棚为励磁材料的永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优 点。与传统的转子永磁型永磁同步电机相比，定子永磁型电机转子上既无永磁体也无绕组， 具有结构稳定、安装简单、散热方便、转动惯量小、适合高速运行的优点。其中定子永磁型的 磁通切换永磁电机，通过其特殊的聚磁效应使得电机的转矩和功率密度较双凸极电机和磁 通反向电机可W做到更高，更适合于严格限制电机尺寸同时又需要较高出力的电动汽车领 域。然而，无论是传统的永磁同步电机还是磁通切换永磁电机由于采用永磁磁钢作为单一 励磁源，气隙磁场恒定，在需要弱磁升速运行时，往往只能采用矢量控制的方式，通过施加 持续的电枢电流的直轴弱磁电流分量来削弱气隙磁场，受电枢电流大小、逆变器容量等限 审IJ，因而电机调速范围十分受限，且弱磁升速区间的效率较低。
[0003] 为拓宽永磁电机的调速范围，比较可行的方案是采用混合励磁技术，中国 专利号为化200720035049. 6的专利文献中提出的混合励磁同步电机、中国专利号 为化200410064871. 6的专利文献中提出的双凸极混合励磁无刷电机和中国专利号为 ZL200810023819. 4的专利文献中提出的混合励磁磁通切换电机都在永磁电机的基础上引 入电励磁绕组，通过电励磁电流的大小和方向来实现电机气隙磁场的调节，具有调磁手段 简单、方便等优点，但由于电励磁绕组的存在，电机在进行弱磁和增磁调速控制时，需要一 直施加电励磁电流，存在额外励磁损耗，影响了电机的运行效率。
[0004] 由德国电机学者奥斯托维奇（OstoviC)教授在2001年提出的记忆电机是一种真 正意义上的磁通可控型电机，它采用高剩磁低矫顽力的侣儀钻永磁材料，通过定子绕组或 者直流脉冲绕组产生的磁场，永磁体的磁化状态可被瞬间改变，且其磁化水平能被记忆住， 从而实现对气隙磁场的调节，避免了电枢损耗，实现了在线高效调磁。此外，出现的两种交 轴磁阻增强式记忆电机，通过合理设计漏磁路径实现更大的磁通调节范围。然而，传统记忆 电机中由于永磁体处于转子上，电枢绕组需要同时具备能量转换和磁场调节的能力，电枢 电流的交轴分量与电机磁场相互作用，输出电磁转矩，承担机电能量转换的作用；其直轴电 流分量主要用于对电机磁场进行调节。如何保证电机平稳运行过程中实现电机的磁场的动 态、在线调节，对电机的矢量控制性能提出了苛刻的要求，因此在线调磁难度较大；其次，由 于仅采用了单一侣儀钻永磁体作为励磁源，电机的最大气隙磁通密度很难达到钦铁棚永磁 电机的水平，电机力能指标不高；同时，增磁和去磁磁通均由电枢绕组施加直轴电流脉冲提 供，增磁回路或去磁回路中均存在磁阻较大的气隙，运就导致所需的调磁脉冲磁动势较大， 增加了电枢绕组的电流和应数。 阳0化]中国专利号为化200810023409.X的专利文献中提出的宽调速磁通记忆式定子永 磁型电机和中国专利号为化201410756127. 6的专利文献中提出的E型定子铁屯、磁通切换 型混合永磁记忆电机虽然能实现气隙磁场的有效调节，但永磁体和绕组均位于定子上，永 磁体和电枢绕组用量相互限制，限制了电机的转矩密度。
[0006] 可见，现有技术中，诸如"混合励磁电机"W及"永磁记忆电机"等电机，在实现电 机气隙磁场的有效调节与控制、保证电机力能指标的同时达到有效拓宽电机调速范围等方 面难W兼顾，运也成为永磁电机技术领域存在的具有共性的技术难点之一。
【发明内容】
[0007] 本发明目的是：为了解决传统永磁电机气隙磁场难W调节、调速范围窄、高速时输 出功率和效率低的问题，提供一种转子结构简单、采用混合永磁材料，具有高效率、高转矩 密度、宽调速运行范围的组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：包括外定子、内分区定子和中间转 子，外定子由外定子齿、外定子槽和外定子辆组成，外定子齿沿圆周方向均匀分布且在外定 子齿上绕有S相电枢绕组，所述内分区定子是紧密贴合在一起的内外两层结构，外层由内 定子铁屯、和钦铁棚永磁体组成，钦铁棚永磁体沿圆周方向均匀嵌入内定子铁屯、中，钦铁棚 永磁体的中屯、与外定子的外定子齿中屯、对齐，钦铁棚永磁体切向充磁，两邻两个钦铁棚永 磁体的充磁方向相反；内层由脉冲磁化绕组和可在线充去磁的侣儀钻永磁体组成，侣儀钻 永磁体沿圆周方向均匀布置，中屯、与外定子槽的中屯、对齐，相邻两个侣儀钻永磁体之间有 内定子槽，内定子槽的中屯、与外定子的外定子齿中屯、对齐，依次首尾串联的脉冲磁化绕组 置放于每个内定子槽内并绕在侣儀钻永磁体上。
[0009] 本发明采用上述技术方案后具有的优点是：
[0010] 1、本发明采用内定子分区的内外双定子结构，充分利用电机内部空间，解决了传 统磁通切换电机永磁体和电枢绕组用量相互限制的问题，使得在同样电机体积下永磁体用 量和电枢绕组用量可W增大W提升转矩密度，也为该类电机采用不同类型永磁材料作为励 磁源W及增加非稀±永磁材料的用量提供了足够的空间，为提升少稀±类永磁电机功率密 度和转矩密度提供了可能。
[0011] 2、由于本发明电机采用了定子永磁型结构，钦铁棚永磁体、侣儀钻永磁体W及脉 冲磁化绕组均置于内分区定子上，而电枢绕组置于外定子上，实现了电枢绕组和永磁体的 分离，更易于电机的散热、冷却。
[0012] 3、本发明电机所采用的中间转子结构简单，既无永磁材料，也无绕组，仅由导磁铁 屯、和非导磁材料交替构成，特别适用于高速运行。
[0013] 4、本发明电机所用的电枢绕组和脉冲磁化绕组均采用集中式绕组，降低了绕组端 部长度，从而有效降低电机铜耗，提高电机运行效率。同时磁场在线调节手段简单、直接。由 于磁化电流持续时间较短（<ls)，使电机在实现更宽调速范围的同时，能保持较高的运行效 率。
[0014] 5、本发明电机采用稀±永磁钦铁棚和非稀±侣儀钻永磁两种类型的永磁材料作 为电机的主励磁源，两种永磁可根据电机的过载能力和调速范围的要求约束和限定两种永 磁材料的用量（宽度和厚度）之间的关系，通过控制短时磁化绕组电流的大小和方向，能在 线调节侣儀钻永磁的磁化强度和工作点，一方面可实现电机的弱磁控制，使电机具有宽广 的调速范围；还可W进行增磁控制，满足电动汽车快速起动、爬坡W及紧急制动所需的大转 矩的要求。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明一种组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机的径向截 面结构示意图，其中箭头方向表示永磁体充磁方向；
[0016] 图2是图1中内分区定子的结构放大示意图；
[0017] 图3是图1中中间转子的结构放大示意图；
[0018] 图4、图5、图6是本发明的中间转子在不同位置下和侣儀钻永磁体充去磁不同情 况下，永磁磁路和磁场方向示意图；
[0019] 图7是本发明电机的等效磁路图；
[0020] 图8是图2中侣儀钻永磁体在极限充去磁情况下，电枢绕组空载反电势波形图。 [OOW图中：1.外定子；1-1.电枢绕组；2.内分区定子；2-1.钦铁棚永磁体；2-2.侣儀 钻永磁体；2-3.脉冲磁化绕组；2-4.内定子铁屯、；2-4-1.凸台；2-5.导磁桥；3.中间转子； 3-1.导磁块；3-2.非导磁块。
【具体实施方式】
[0022] 参见图1，图1是W-台6槽/转子5极/内定子6极电机为例。本发明电机包括 外定子1、内分区定子2和中间转子3。外定子1、中间转子3和内分区定子2由外而内同轴 布置。外定子1和中间转子3之间均具有径向的外气隙，内分区定子2和中间转子3之间 具有径向的内气隙。
[0023] 外定子1由外定子齿、外定子槽、外定子辆组成，外定子槽数为昨，外定子齿沿圆 周方向均匀分布，在外定子齿上绕有=相电枢绕组1-1，且该电枢绕组1-1为集中式=相绕 组。如图1，在6个外定子齿上绕有=相电枢绕组1-1。
[0024] 参见图2,内分区定子2为内外两层的径向分层结构，内外两层紧密贴合在一起。 外层由内定子铁屯、2-4和多个稀±钦铁棚永磁体2-1组成；内层由可在线充去磁的多个侣 儀钻永磁体2-2W及脉冲磁化绕组2-3组成。钦铁棚永磁体2-1的数量是P个，P个钦铁 棚永磁体2-1沿圆周方向均匀嵌入内定子铁屯、2-4中，且钦铁棚永磁体2-1的中屯、与