一種磁場調(diào)制式定轉子混合永磁記憶電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可調(diào)磁通直驅(qū)式永磁電機，具體涉及一種新型的磁場調(diào)制式定轉子混合永磁記憶電機。
【背景技術】
[0002]在電機領域中，普通永磁同步電機(PMSM)由于普通永磁材料(如釹鐵硼)的固有特性，電機內(nèi)的氣隙磁場基本保持恒定，作為電動運行時調(diào)速范圍十分有限，在諸如電動汽車，航空航天等寬調(diào)速直驅(qū)場合的應用受到一定限制，故以實現(xiàn)永磁電機的氣隙磁場的有效調(diào)節(jié)為目標的可調(diào)磁通永磁電機一直是電機研究領域的熱點和難點。傳統(tǒng)的PMSM均采用直軸電流進行弱磁調(diào)速，但是由于逆變器容量限制以及永磁不可逆去磁風險的存在而難以實現(xiàn)高效調(diào)磁。永磁記憶電機(以下簡稱“記憶電機”)是一種新型的磁通可控型永磁電機，它采用低矯頑力鋁鎳鈷永磁體，通過定子繞組或者直流脈沖繞組產(chǎn)生周向磁場，從而改變永磁體磁化強度對氣隙磁場進行調(diào)節(jié)，同時永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特點，避免了電樞損耗，實現(xiàn)了在線高效調(diào)磁。
[0003]傳統(tǒng)的記憶電機由克羅地亞裔德國電機學者奧斯托維奇(Ostovic)教授在2001年提出。這種拓撲結構的記憶電機由寫極式電機發(fā)展而來，轉子由鋁鎳鈷永磁體、非磁性夾層和轉子鐵心組成三明治結構。這種特殊結構能夠隨時對永磁體進行在線反復不可逆充去磁，同時減小交軸電樞反應對氣隙磁場的影響O
[0004]然而，這種基本結構的記憶電機的轉子結構存在著不足。由于永磁體處于轉子，電樞繞組同時具備能量轉換和磁場調(diào)節(jié)功能，因此在線調(diào)磁難度大大增加；其次，由于采用了AlNiCo永磁體，為了獲足夠的磁通，就必須采用足夠厚度的材料。而在上述的切向式結構下，不易實現(xiàn)；同時，轉子必須做隔磁處理，而且整個轉子由多個部分緊固在軸上，降低了機械可靠性；最后，在需要寬調(diào)速驅(qū)動電機的場合，如機床和電動汽車中，采用上述結構的永磁氣隙主磁通不高，電機力能指標也不能讓人滿意。因此許多拓撲結構的混合永磁式內(nèi)置式永磁記憶電機提出，但是由于轉子永磁以及鐵心的磁路飽和將造成高速區(qū)電機溫升和鐵心損耗增大，效率受到極大影響。設有兩種不同材料的永磁共同勵磁，其中釹鐵硼永磁提供氣隙主磁場，而“V”形聚磁式鋁鎳鈷永磁起到磁場調(diào)節(jié)器的作用
近些年來，一種新型的永磁型電機一磁場調(diào)制式電機由于其卓越的性能受到國內(nèi)外學者廣泛關注。該電機可以通過諧波調(diào)制產(chǎn)生高轉矩輸出，且具有效率高和結構簡單可靠性高等優(yōu)點。在永磁同步電機領域，磁場調(diào)制式電機已經(jīng)在大型風力直驅(qū)以及電動汽車等領域具有更大的工業(yè)價值。然而，現(xiàn)有磁場調(diào)制電機鐵心存在著磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵磁產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)，限制了其在電動汽車寬調(diào)速驅(qū)動場合的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是:現(xiàn)有磁場調(diào)制電機鐵心存在著磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵磁產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種磁場調(diào)制式定轉子混合永磁記憶電機，包括轉子和定子，轉子位于定子的外部，轉子通過軸承與支撐軸轉動連接；所述轉子截面呈環(huán)狀，且沿環(huán)形的圓周方向，在轉子軛上等間距設置內(nèi)凹的轉子凸極，轉子凸極的凹陷處內(nèi)設置釹鐵硼永磁體，釹鐵硼永磁體呈哈爾巴赫式磁化交替極分布；轉子凸極和釹鐵硼永磁體交替分布，轉子凸極數(shù)與釹鐵硼永磁體極數(shù)個數(shù)相等；所述定子包括定子軛、六個定子鐵心、三相電樞繞組和脈沖調(diào)磁繞組；定子鐵心設置在定子軛與轉子之間，且沿周向均勻分布，定子鐵心沿圓周方向呈多齒分布，相鄰定子齒之間設有鋁鎳鈷永磁體，定子齒和鋁鎳鈷永磁體交替分布，定子齒數(shù)與鋁鎳鈷永磁體個數(shù)相等，三相電樞繞組則匝繞在相鄰兩個定子鐵心之上，并置放在兩定子鐵心間形成的空槽里；單相脈沖調(diào)磁繞組設于鋁鎳鈷永磁體兩側開有的空槽之中；電樞繞組磁場極對數(shù)=鋁鎳鈷永磁體數(shù)-釹鐵硼永磁體數(shù)；脈沖調(diào)磁繞組線圈數(shù)=鋁鎳鈷永磁體數(shù)。
[0007]本發(fā)明中，整個電機整體結構簡單，只含有一個氣隙，具有較大的電磁轉換效率，空間利用率高；由于電機采用了定轉子混合永磁型結構，釹鐵硼和鋁鎳鈷永磁體分別置于轉子和定子，相對于傳統(tǒng)的單端口永磁同步電機，本發(fā)明可以通過定轉子雙向空間磁場調(diào)制機理實現(xiàn)低速大轉矩輸出；此外，采用混合永磁的設置一方面可以保證較高的氣隙磁密，提升電機的功率密度和轉矩能力，另一方面可以實現(xiàn)氣隙磁場的靈活調(diào)節(jié)，有效提高電機的恒功率轉速范圍；定子鐵心沿圓周方向呈多齒分布，可以對轉子側永磁磁場起到空間磁場調(diào)制的作用；只有在定子齒數(shù)與鋁鎳鈷永磁體個數(shù)相等的情況下，才能保證脈沖繞組鋁鎳鈷永磁有效的充去磁，并發(fā)揮對轉子側產(chǎn)生有效磁場調(diào)制作用；只有在轉子凸極數(shù)與釹鐵硼永磁體極數(shù)個數(shù)相等的情況下，才能保證轉子凸極發(fā)揮對定子側產(chǎn)生有效磁場調(diào)制作用；電樞繞組磁場極對數(shù)=鋁鎳鈷永磁體數(shù)-釹鐵硼永磁體數(shù)，是為了使得定轉子的雙調(diào)制永磁磁場與電樞磁場產(chǎn)生了有效的耦合，并產(chǎn)生電磁轉矩；脈沖調(diào)磁繞組線圈數(shù)=鋁鎳鈷永磁體數(shù)，方能使得各個獨立的脈沖磁場對鋁鎳鈷永磁體進行有效的充去磁，并對氣隙磁場起到有效的調(diào)節(jié)。本電機加載運行時，電樞反應的磁路較通過定子齒，定子鐵心極，轉子齒以及轉子軛閉合，有效避免了電樞反應磁動勢對矯頑力較低的鋁鎳鈷永磁體產(chǎn)生不可逆退磁等影響，這對記憶電機實現(xiàn)高效在線調(diào)磁運行十分關鍵；轉子上采用哈爾巴赫聚磁式永磁式結構，為電機提供主磁場，有效提高了電機的功率密度；定子側能夠隨時對鋁鎳鈷永磁體進行在線反復不可逆充去磁，并根據(jù)記錄的充去磁參數(shù)隨時調(diào)用以滿足運行目標，實現(xiàn)氣隙磁場的在線調(diào)磁，同時脈沖繞組只在非常短的時間內(nèi)施加充、去磁電流；且當兩永磁體磁化方向一致時，氣隙磁場增強，電機轉矩能力提高；當兩永磁體磁化方向相反時，氣隙磁場減弱，電機弱磁能力增強；定子鐵心由一個以上的定子齒組成，多齒狀的結構可以對轉子側永磁磁場起到空間磁場調(diào)制的作用；轉子凸極沿著轉子的圓周均勻設置，可以對定子側永磁磁場起到空間磁場調(diào)制的作用。
[0008]優(yōu)選的，電樞繞組和脈沖繞組都采用集中式繞組。集中式繞組有效地降低了端部長度，削減電機端部效應，且電機銅耗非常小，提高電機運行效率。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
通過多齒定子極以及轉子凸極實現(xiàn)定轉子雙側混合永磁磁場的雙向調(diào)制，以實現(xiàn)低速大轉矩；與此同時，可以施加脈沖電流調(diào)節(jié)永磁體剩余磁化強度和磁化方向，實現(xiàn)電機空載氣隙磁場高效調(diào)節(jié)，提高轉速運行范圍，因此十分適于風力直驅(qū)發(fā)電領域。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的電機結構示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的電機磁通路徑圖(電機增磁運行時)。
[0013]圖3為本發(fā)明的電機磁通路徑圖(電機弱磁運行時)。
[0014]圖中:1轉子、2定子鐵心、3釹鐵硼永磁、4鋁鎳鈷永磁、5三相電樞繞組、6脈沖調(diào)磁繞組、1.1轉子凸極齒、1.2轉子軛、2.1定子軛、2.2定子齒、2.3多極定子齒、2.4電樞繞組槽、2.5脈沖調(diào)磁繞組槽；圖1中的箭頭方向表示永磁體充磁方向；圖2至圖3中實線表示釹鐵硼永磁磁力線及方向，點虛線表示招鎳鈷永磁磁力線及方向。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明專利作進一步詳細的說明:
如圖1-3所示，本發(fā)明公開了一種磁場調(diào)制式定轉子混合永磁記憶電機，該電機包括轉子I和定子2，轉子I位于定子2的外部，轉子I通過軸承與支撐軸轉動連接；轉子I上，哈爾巴赫式磁化交替極分布的釹鐵硼永磁體3沿圓周方向等間距的嵌放在轉子軛1.2上，轉子的截面呈環(huán)狀，轉子的整體呈圓柱杯狀結構，轉子凸極1.1沿環(huán)狀的半徑方向內(nèi)凹陷，凹陷處即釹鐵硼永磁體3的放置位置。
[0017]定子2包括定子軛2.1、設置在定子軛2.1與轉子I之間沿周向均勻分布的六個多齒結構的定子鐵心2.2、三相電樞繞組5和脈沖調(diào)