CN107834796A - 一种磁通记忆式磁齿轮复合电机 - Google Patents
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Abstract
一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，涉及一种永磁同步电机领域，具体属于磁通可调的磁齿轮复合电机领域。解决了传统永磁电机气隙磁场调磁效果差的问题。本发明在外定子磁钢上缠绕有外定子直流励磁绕组，通过对外定子直流励磁绕组施加直流脉冲，改变外定子磁钢的磁化强度，调节杯型转子的调磁环和内外定子间的气隙磁通，从而实现电机的气隙磁通的有效调节。本发明主要应用在电动汽车等直接驱动领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机领域，具体属于磁通可调的磁齿轮复合电机领域。
背景技术
近年来，随着稀土永磁材料性能的不断提高，以高效率、高功率密度为显著特征的永磁电机得以快速发展，在航空、航天、舰船、汽车、机床等很多工业领域获得了广泛应用，不仅显著地加快了我国实现工业现代化的步伐，而且有效地促进了我国节能减排战略目标的实现。传统永磁电机的气隙磁场很难调节，这导致电动运行时，调速范围有限。当需要弱磁时，通常施加持续的d轴弱磁电流来削弱气隙磁场，此时永磁体易发生不可逆退磁，极大地限制了永磁电机在工业生产中的应用。
为此，如何实现永磁电机的气隙磁场调节成为研究热点。比较可行的方案是采用混合励磁技术，它是在永磁电机的基础上引入电励磁，通过电励磁电流的大小和方向来实现电机气隙磁通的调节，具有调磁方便、效率高等优点，但同时存在的缺点也较为明显。混合励磁电机可以采用并联磁路或者串联磁路，前者永磁体漏磁较多，后者电励磁损耗较大，此外，电机的结构相对复杂，加工制造困难，因此，混合励磁电机并不是一个十分完美的解决方案，因此，亟需提出一种调磁效果好的复合电机。
发明内容
本发明解决了传统永磁电机气隙磁场调磁效果差的问题，本发明提供了一种磁通记忆式磁齿轮复合电机。
一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，包括内定子、外定子和杯型转子，三者同轴设置，并位于机壳内，杯型转子位于内定子和外定子之间；
内定子固定在机壳前端盖的延伸基座上，内定子上缠绕有内定子励磁绕组；
内定子和杯型转子间、杯型转子与外定子间均存在气隙；
杯型转子固定在主轴上，且主轴贯穿于机壳的前后端盖、及杯型转子的底端，并与机壳的前后端盖转动连接，与杯型转子的底端固定连接；
外定子固定在机壳上；
外定子包括外定子铁芯、外定子磁钢和外定子直流励磁绕组；
外定子磁钢均匀分布在外定子铁芯的内壁上，相邻的外定子磁钢间存在间隙，外定子磁钢上缠绕有外定子直流励磁绕组，且外定子直流励磁绕组用于通入直流励磁脉冲；
外定子磁钢径向充磁，且相邻的外定子磁钢的充磁方向相反。
本发明带来的有益效果是，本发明在外定子磁钢上缠绕有外定子直流励磁绕组。通过对外定子直流励磁绕组施加短暂的直流脉冲，改变外定子磁钢的磁化强度，调节了杯型转子的调磁环和内外定子间的气隙磁通，从而实现电机的气隙磁通的灵活调制，且调磁精度提高了5％以上。改变外定子磁钢的磁化强度，调节杯型转子的调磁环和内外定子间的气隙磁通的过程，一方面可以获得较大的启动转矩，还可以实现弱磁升速，相比传统的直驱式电机，控制较为简单，不产生额外的电励磁损耗，提高了电机的效率，并且外定子磁钢对自身变化的磁通密度水平具有记忆性，实现了电机励磁可控、结构简单。
本发明所述一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，不仅具有较高的功率密度，低速大转矩的输出特性，且是实现电机的气隙磁通可调，在电动汽车等直接驱动领域有着极高的应用价值。
附图说明
图1为一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的主剖视图；
图2为一种磁通记忆式磁齿轮复合电机径向剖视图；
图3为图2的局部示意图；其中，标记+和-分别表示定子磁钢上缠绕有外定子直流励磁绕组上的电流的流入和流出；图4为内定子的径向剖视图；
图5为外定子的径向剖视图；
图6为杯型转子的径向剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述1、一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，包括内定子1、外定子2和杯型转子3，三者同轴设置，并位于机壳4内，杯型转子3位于内定子1和外定子2之间；
内定子1固定在机壳4前端盖的延伸基座5上，内定子1上缠绕有内定子励磁绕组1-1；
内定子1和杯型转子3间、杯型转子3与外定子2间均存在气隙；
杯型转子3固定在主轴6上，且主轴6贯穿于机壳4的前后端盖、及杯型转子3的底端，并与机壳4的前后端盖转动连接，与杯型转子3的底端固定连接；
外定子2固定在机壳4上；
外定子2包括外定子铁芯2-1、外定子磁钢2-2和外定子直流励磁绕组2-3；
外定子磁钢2-2均匀分布在外定子铁芯2-1的内壁上，相邻的外定子磁钢2-2间存在间隙，外定子磁钢2-2上缠绕有外定子直流励磁绕组2-3，且外定子直流励磁绕组2-3用于通入直流励磁脉冲；
外定子磁钢2-2径向充磁，且相邻的外定子磁钢2-2的充磁方向相反。
本实施方式，外定子磁钢2-2是采用高剩磁、低矫顽力的永磁材料实现，如铝镍钴，通过对外定子直流励磁绕组2-3施加脉冲电流，瞬间改变其外定子2的磁化状态，并且外定子磁钢2-2对自身磁化水平具有记忆功能，从而实现气隙磁场的灵活调节，并几乎没有产生额外的电励磁损耗，是一种简单高效的在线调磁方案。
内定子励磁绕组1-1发生短路故障时，通过调节外定子直流励磁绕组2-3上的直流励磁脉冲，来削弱外定子磁钢2-2的磁场强度，实现电机电枢绕组短路故障时的高效灭磁，并且电机结构简单，安装方便。
具体实施方式二：参见图1至图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的区别在于，杯型转子3的侧壁由调磁块3-1和非导磁块3-2相间排列构成。
本实施方式，本发明内定子励磁绕组1-1为三相绕组，通以三相对称电流，在内气隙形成三对极旋转磁场，调磁块3-1的最佳个数为19个，外定子磁钢2-2的最佳个数为16对。
调磁块3-1和非导磁块3-2构成调磁环，也即：杯型转子3的侧壁即为调磁环。
杯型转子3结构与传统永磁同步电机转子相比，转子上无永磁体，极大的提高了转子的机械强度，适用于电机的高速运行。因此，杯型转子3能够实现高速电机的控制和系统的低速大转矩输出，在电动汽车领域具有重要应用价值。
具体实施方式三：参见图1至图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的区别在于，内定子1通电运行时，产生的旋转磁场的极对数为P1，P1为整数；
外定子2的极对数为P2，P2为整数；
杯型转子3上的调磁块3-1个数为N，N为整数；
满足关系：P2＝|m P1+kN|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞。
本实施方式，当m＝1,k＝-1时，经调磁块3-1调制后的气隙谐波磁场最强，此时，内定子产生的磁场空间谐波旋转速度Ωr为：其中，Ωs为调磁块转速，可得，内定子磁场转速与转子转速比，即传动比Gr为：其中，n1为内定子产生的旋转磁场转速，n2为转子转速。内定子励磁绕组1-1通电后产生的高速旋转磁场经定子齿调制，在气隙中产生了与转子磁极数目相同的多极低速磁场，此谐波磁场与永磁磁极相互配合，完成转矩输出。
具体实施方式四：参见图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的区别在于，所述调磁块3-1为硅钢片。
具体实施方式五：参见图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的区别在于，所述外定子磁钢2-2为永磁体。
本发明所述一种磁通记忆式磁齿轮复合电机的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。
Claims (5)
1.一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，包括内定子(1)、外定子(2)和杯型转子(3)，三者同轴设置，并位于机壳(4)内，杯型转子(3)位于内定子(1)和外定子(2)之间；
内定子(1)固定在机壳(4)前端盖的延伸基座(5)上，内定子(1)上缠绕有内定子励磁绕组(1-1)；
内定子(1)和杯型转子(3)间、杯型转子(3)与外定子(2)间均存在气隙；
杯型转子(3)固定在主轴(6)上，且主轴(6)贯穿于机壳(4)的前后端盖、及杯型转子(3)的底端，并与机壳(4)的前后端盖转动连接，与杯型转子(3)的底端固定连接；
外定子(2)固定在机壳(4)上；
其特征在于，外定子(2)包括外定子铁芯(2-1)、外定子磁钢(2-2)和外定子直流励磁绕组(2-3)；
外定子磁钢(2-2)均匀分布在外定子铁芯(2-1)的内壁上，相邻的外定子磁钢(2-2)间存在间隙，外定子磁钢(2-2)上缠绕有外定子直流励磁绕组(2-3)，且外定子直流励磁绕组(2-3)用于通入直流励磁脉冲；
外定子磁钢(2-2)径向充磁，且相邻的外定子磁钢(2-2)的充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，其特征在于，杯型转子(3)的侧壁由调磁块(3-1)和非导磁块(3-2)相间排列构成。
3.根据权利要求1所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，其特征在于，内定子(1)通电运行时，产生的旋转磁场的极对数为P1，P1为整数；
外定子(2)的极对数为P2，P2为整数；
杯型转子(3)上的调磁块(3-1)个数为N，N为整数；
满足关系：P2＝|m P1+kN|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞。
4.根据权利要求3所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，其特征在于，所述调磁块(3-1)为硅钢片。
5.根据权利要求1所述的一种磁通记忆式磁齿轮复合电机，其特征在于，所述外定子磁钢(2-2)为永磁体。
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