CN109088494B - 一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，包括混合永磁转子、定子、电枢绕组和转轴，所述电枢绕组设置在定子上，所述定子设置在混合永磁转子外部，所述混合永磁转子包括转子铁心、第一永磁体、第二永磁体以及V型磁障，所述转子铁心设置于所述转轴外部，所述V型磁障设置于转子铁心内部，V型磁障开口向外等分分布于所述转子铁心的周向，所述第一永磁体设置于所述V型磁障的开口内，所述第二永磁体设置于相邻的两个V型磁障之间，所述第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力，所述第一永磁体和第二永磁体的横截面呈一字形。本发明可以有效解决永磁体尺寸设计受空间位置限制的问题，提高低矫顽力永磁抗去磁能力和电机的弱磁能力。

Description

一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机
技术领域
本发明涉及一种永磁记忆电机，特别是涉及一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，属于电机技术领域。
背景技术
在电机领域中，普通永磁同步电机(PMSM)由于普通永磁材料(如钕铁硼)的固有特性，电机内的气隙磁场基本保持恒定，作为电动运行时调速范围十分有限，在诸如电动汽车，航空航天等宽调速直驱场合的应用受到一定限制，故以实现永磁电机气隙磁场的有效调节为目标的可调磁通永磁电机一直是电机研究领域的热点和难点。永磁记忆电机(以下简称“记忆电机”)是一种新型磁通可控型永磁电机，它采用低矫顽力铝镍钴永磁体，通过定子绕组或者直流脉冲绕组产生周向磁场，从而改变永磁体磁化强度，对气隙磁场进行调节，同时永磁体具有磁密水平能够被记忆的特点。
传统的记忆电机由写极式电机发展而来，转子由铝镍钴永磁体、非磁性夹层和转子铁心共同组成三明治结构。这种特殊结构能够随时实现对永磁体进行在线反复不可逆充去磁，同时减小交轴电枢反应对气隙磁场的影响。
然而，这种基本结构的记忆电机的转子存在不足。由于永磁体位于转子，电枢绕组将同时具备能量转换和磁场调节两种功能，从而大大增加在线调磁难度；由于采用铝镍钴永磁，为了获取足够的磁通，永磁材料需达到足够的厚度，但在上述切向式结构下，不易实现；整个转子是由多个部分组成，共同紧固在轴上，机械可靠性有所降低；在需要宽调速驱动电机的应用场合中(如机床和电动汽车)，采用上述结构会导致永磁气隙主磁通不高，电机力能指标有待提高。
因此众多学者相继提出了多种拓扑结构的混合永磁式内置式永磁记忆电机，转子内部设有两种不同材料的永磁共同励磁，其中钕铁硼永磁提供气隙主磁场，而铝镍钴永磁起磁场调节的作用。但是由于转子永磁以及铁心磁路饱和现象，会导致在高负载运行区域下，低矫顽力永磁交叉去磁严重，使得磁阻转矩严重降低，影响了电机的转矩密度。
对于传统的U型并联磁路内置式永磁记忆电机，一般对铝镍钴永磁矫顽力要求较高，否则在空载情况下容易被钕铁硼永磁大幅反向去磁；且在负载情况下，铝镍钴永磁易受到电枢反应磁场和钕铁硼永磁的反向去磁影响，永磁工作点会相应降低，导致转矩密度减少。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，解决现有并联磁路内置式永磁电机永磁尺寸受限，利用率不高，高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体交叉耦合去磁严重，低矫顽力永磁体工作点不稳定等问题。
本发明技术方案如下：一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，包括混合永磁转子、定子、电枢绕组和转轴，所述电枢绕组设置在定子上，所述定子设置在混合永磁转子外部，所述混合永磁转子包括转子铁心、第一永磁体、第二永磁体以及V型磁障，所述转子铁心设置于所述转轴外部，所述V型磁障设置于转子铁心内部，V型磁障开口向外等分分布于所述转子铁心的周向，所述第一永磁体设置于所述V型磁障的开口内，所述第二永磁体设置于相邻的两个V型磁障之间，所述第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力，所述第一永磁体和第二永磁体的横截面呈一字形。
进一步的，所述V型磁障的底部的厚度大于侧面的厚度。
进一步的，所述转子铁心设有若干横截面呈一字的空气槽，所述第一永磁体和第二永磁体分别设置于所述空气槽内。
进一步的，所述第一永磁体与空气槽设有间隙，所述间隙位于第一永磁体远离所述转轴的一侧。
进一步的，所述第一永磁体以其横截面长度方向呈转子铁心的圆周径向设置，所述第二永磁体以其横截面长度方向呈转子铁心的圆周切向设置。
进一步的，所述V型磁障的横截面对称轴与第一永磁体的横截面长度方向对称轴重合，所述V型磁障的侧面与第二永磁体的横截面长度方向对称轴垂直。
进一步的，所述第一永磁体以转子铁心的圆周切向方向充磁，所述第二永磁体以转子铁心的圆周径向方向充磁。
进一步的，相邻的所述第一永磁体的充磁方向相反，相邻的所述第二永磁体的充磁方向相反。
进一步的，所述第一永磁体、第二永磁体以及V型磁障的数量都相同且为偶数个。
进一步的，所述第一永磁体为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体为铝镍钴永磁体。
本发明所提供的技术方案的优点在于：
1、本发明通过矫顽力较大的第一永磁体和矫顽力较小的第一永磁体在空间位置上相互交错有效消除了永磁体尺寸设计受空间位置限制的问题，扩大了磁通的有效面积，提高了设计的自由度和永磁利用率；
2、本发明径向放置的切向充磁第一永磁体和沿圆周方向切向放置的径向充磁第二永磁体的设置将形成聚磁效应，两种永磁体磁路上呈局部并联关系，共同影响气隙的永磁磁链，进而实现气隙磁密的灵活调节；
3、本发明通过将第二永磁体放置在靠近气隙的合适位置，可有效减少所需的磁化电流；
4、本发明通过V型磁障，可减小交轴电感，减弱第一永磁体对第二永磁体交叉耦合去磁效应，改善第二永磁体的工作点稳定性。
附图说明
图1为本发明的电机横截面结构图.
图2为本发明的电机的第一永磁体、第二永磁体与V型磁障相对空间位置示意图。
图3为本发明的电机的第二永磁体增磁状态下磁力线分布图。
图4为本发明的电机的第二永磁体弱磁状态下磁力线分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
请结合图1及图2所示，本实施例所涉及的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，包括定子1、电枢绕组2、混合永磁转子3和非导磁转轴4。定子设置在混合永磁转子外部，定子包括定子铁心齿1.1、定子轭1.2和设在定子铁心齿上的电枢绕组2，定子铁心齿1.1设置在定子轭1.2与混合永磁转子3之间，相邻的定子铁心齿1.1间形成空腔1.3，用于放置缠绕在定子铁心齿1.1上的三相电枢绕组2。
混合永磁转子3包括转子铁心3.1、第一永磁体3.2、第二永磁体3.3以及V型磁障3.4，转子铁心3.1设置于非导磁转轴外部。V型磁障3.4设置于转子铁心3.1内部，V型磁障3.4开口向外等分分布于转子铁心3.1的周向，V型磁障3.4的底部的厚度大于侧面的厚度。底部较厚是为了有效阻止钕铁硼漏磁路径，两侧较窄是用于永磁磁通引导的作用，使钕铁硼底部的部分永磁磁通可以穿过磁障，经过铝镍钴永磁流向气隙，从而稳定铝镍钴永磁工作点。转子铁心3.1设有数量为V型磁障3.4两倍的横截面呈一字的空气槽，第一永磁体3.2和第二永磁体3.3的横截面也呈一字形分别设置于空气槽内，第一永磁体3.2与空气槽设有间隙3.5，该间隙3.5位于第一永磁体3.2远离转轴的一侧，可减少第一永磁体3.2两端的漏磁通。第一永磁体3.2和第二永磁体3.3的数量与V型磁障3.4数量均相同，在本实施例中V型磁障3.4、第一永磁体3.2和第二永磁体3.3的数量均为四个，空气槽数量为八个。第一永磁体3.2采用钕铁硼永磁体，其设置于V型磁障3.4的开口内，V型磁障3.4的横截面对称轴与第一永磁体3.2的横截面长度方向对称轴重合。第一永磁体3.2以其横截面长度方向呈转子铁心3.1的圆周径向设置，第一永磁体3.2以转子铁心3.1的圆周切向方向充磁，相邻的第一永磁体3.2的充磁方向相反。第二永磁体3.3采用铝镍钴永磁体，其设置于相邻的两个V型磁障3.4之间，V型磁障3.4的侧面与第二永磁体3.3的横截面长度方向对称轴垂直。第二永磁体3.3以其横截面长度方向呈转子铁心3.1的圆周切向设置，第二永磁体3.3以转子铁心3.1的圆周径向方向充磁，相邻的第二永磁体3.3的充磁方向相反。
本发明公开的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机的运行原理如下：
永磁磁通首先从转子铁心的圆周径向设置的钕铁硼永磁体的北极出发，一部分穿过转子铁心，经过气隙，到达定子铁心齿，再穿过定子轭，以相同的路径回到钕铁硼永磁体的南极；一部分经V型磁障，到达铝镍钴永磁体的南极，考虑铝镍钴永磁体此时的磁化方向，若铝镍钴永磁沿圆周方向朝外径向充磁，此时铝镍钴永磁体处于增磁状态，两种永磁磁通叠加后同方向流动；若铝镍钴永磁体沿圆周方向朝内径向充磁，此时铝镍钴永磁体处于弱磁状态，两种永磁磁通由于方向不同会进行抵消，抵消后的永磁磁通将继续流动，经过气隙，到达定子铁心齿，再穿过定子轭，以相同的路径分别回到钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体的南极；铝镍钴永磁体在两种磁化状态下的磁力线分布如图3和图4所示。与此同时，电机电枢绕组通入与混合永磁转子转速一致的三相交流电流，定转子形成的旋转磁场相互作用，从而实现机电能量转换。所增加的磁障结构可以有效减小交轴电感，并同时减弱钕铁硼永磁体对铝镍钴永磁体的交叉耦合去磁效应，改善铝镍钴永磁体的工作点稳定性。

Claims (9)

1.一种局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，包括混合永磁转子、定子、电枢绕组和转轴，所述电枢绕组设置在定子上，所述定子设置在混合永磁转子外部，其特征在于，所述混合永磁转子包括转子铁心、第一永磁体、第二永磁体以及V型磁障，所述转子铁心设置于所述转轴外部，所述V型磁障设置于转子铁心内部，V型磁障开口向外等分分布于所述转子铁心的周向，所述V型磁障底部的厚度大于侧面的厚度，所述第一永磁体设置于所述V型磁障的开口内，所述第二永磁体设置于相邻的两个V型磁障之间，所述第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力，所述第一永磁体和第二永磁体的横截面呈一字形。
2.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述转子铁心设有若干横截面呈一字的空气槽，所述第一永磁体和第二永磁体分别设置于所述空气槽内。
3.根据权利要求2所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体与空气槽设有间隙，所述间隙位于第一永磁体远离所述转轴的一侧。
4.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体以其横截面长度方向呈转子铁心的圆周径向设置，所述第二永磁体以其横截面长度方向呈转子铁心的圆周切向设置。
5.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述V型磁障的横截面对称轴与第一永磁体的横截面长度方向对称轴重合，所述V型磁障的侧面与第二永磁体的横截面长度方向对称轴垂直。
6.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体以转子铁心的圆周切向方向充磁，所述第二永磁体以转子铁心的圆周径向方向充磁。
7.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，相邻的所述第一永磁体的充磁方向相反，相邻的所述第二永磁体的充磁方向相反。
8.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体、第二永磁体以及V型磁障的数量都相同且为偶数个。
9.根据权利要求1所述的局部磁路并联型内置式混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体为铝镍钴永磁体。
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