CN109802541A - 双v型混合永磁可调磁通记忆电机 - Google Patents
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Abstract
双V型混合永磁可调磁通记忆电机，属于永磁电机领域，本发明为解决串、并联型混合永磁可调磁通电机的优点无法兼顾的问题。本发明方案：转子铁心沿圆周方向交替均匀布置2P个V形低矫顽力永磁体槽和V形高矫顽力永磁体槽；每个V形低矫顽力永磁体槽安装一对低矫顽力永磁体；每个V形高矫顽力永磁体槽安装一对高矫顽力永磁体，且V形高矫顽力永磁体槽的每个直槽中均安装附加磁通路径；V形低矫顽力永磁体槽的一对低矫顽力永磁体和与其相邻的两个V形直槽中的高矫顽力永磁体组合构成一个磁极；V形低矫顽力永磁体槽与V形高矫顽力永磁体槽均沿轴向贯穿整个电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种双V型混合永磁可调磁通记忆电机转子结构，属于永磁电机领域。
背景技术
可调磁通记忆电机通过在电枢绕组中施加瞬时直轴去磁和充磁电流脉冲改变低矫顽力永磁体的磁化水平，实现根据电机工况实时调节电机气隙磁通密度，从而扩大电机的转速范围。与传统弱磁调速控制方法相比，由于不需要在扩速区域持续施加d轴弱磁电流，因此可调磁通记忆电机在高速区域具有较高的效率及转矩。采用单一低矫顽力永磁体的可调磁通记忆电机功率密度较低，一种同时采用低矫顽力永磁体与高矫顽力永磁体的混合永磁可调磁通记忆电机应运而生。该类电机两种永磁体的布置方式可分为并联型和串联型，并联型具有去磁电流脉冲小的优点，但其所需充磁电流脉冲很大，且电机功率密度较低；串联型功率密度较高，但低矫顽力永磁体较难去磁，调磁范围十分有限。目前，尚没有能够同时改善上述两类混合永磁可调磁通记忆电机不足的电机拓扑结构。
发明内容
本发明的目的是为了解决串、并联型混合永磁可调磁通电机的优点无法兼顾的问题，提供了一种双V型混合永磁可调磁通记忆电机，该电机具备串联型混合永磁可调磁通记忆电机的优点：增加了电机的功率密度和过载运行能力，同时改善了串联型混合永磁可调磁通记忆电机去磁电流脉冲大的缺点，提高了电机的调磁及扩速范围。
本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，包括定子铁心1、电枢绕组2，转子铁心3和转轴10；转子铁心3固定在转轴10上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；
还包括V形低矫顽力永磁体槽4、低矫顽力永磁体5、V形高矫顽力永磁体槽6、高矫顽力永磁体7和附加磁通路径8，转子铁心3沿圆周方向交替均匀布置2P个V形低矫顽力永磁体槽4和2P个V形高矫顽力永磁体槽6，P为定子电枢磁场极对数；
每个V形低矫顽力永磁体槽4安装一对低矫顽力永磁体5；每个V形高矫顽力永磁体槽6安装一对高矫顽力永磁体7，且V形高矫顽力永磁体槽6的每个直槽中均安装附加磁通路径8；
沿圆周分布的多个低矫顽力永磁体5充磁方向按照N极、S极交替充磁，同一V形低矫顽力永磁体槽4内的低矫顽力永磁体5充磁方向相同，同一V形高矫顽力永磁体槽6内的高矫顽力永磁体7充磁方向相异，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体7与各自相邻的低矫顽力永磁体5充磁方向相同；
V形低矫顽力永磁体槽4的一对低矫顽力永磁体5和与其相邻的两个V形直槽中的高矫顽力永磁体7组合构成一个磁极；V形低矫顽力永磁体槽4与V形高矫顽力永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机。
优选地，V形低矫顽力永磁体槽4的V字型夹角为120～180度；V形高矫顽力永磁体槽6的V字型夹角为10～30度。
优选地，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于V形低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边，且同一V形槽内低矫顽力永磁体5同为N极或S极，相邻两个V形槽内低矫顽力永磁体5的充磁方向相反；
高矫顽力永磁体7的充磁方向垂直于V形高矫顽力永磁体槽6径向截面的长边，且同一V形槽内高矫顽力永磁体7的充磁方向相反，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体7与各自相邻的低矫顽力永磁体5充磁方向相同；在同一磁极下，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7同为N极或S极。
优选地，附加磁通路径8设置在V形高矫顽力永磁体槽6靠近转子内圆一端，和/或靠近转子外圆一端。
优选地，V形高矫顽力永磁体槽6中的附加磁通路径8与高矫顽力永磁体7的厚度相同或不同。
优选地，低矫顽力永磁体5采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。
优选地，高矫顽力永磁体7采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁材料。
优选地，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体排列构成。
优选地，附加磁通路径8内部填充环氧树脂、碳纤维的非导磁或非导电材料。
本发明的有益效果：本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机在正常运行时，如图1所示，高矫顽力永磁体的磁通通过低矫顽力永磁体进入气隙，少部分高矫顽力永磁体的磁通经过磁桥闭合，两种永磁体构成串联型磁路，高矫顽力永磁体在低矫顽力永磁体上施加增磁磁势，提高了低矫顽力永磁体的工作点，增加了电机的功率密度和过载运行能力，使其具备串联型混合永磁可调磁通记忆电机的优点；在电枢绕组中施加直轴去磁电流脉冲时，如图2所示，高矫顽力永磁体的磁通通过附加磁通路径短路，与串联型混合永磁可调磁通记忆电机相比，附加磁通路径为高矫顽力永磁体提供了额外的磁通路径，所需的去磁磁势不需要降低高矫顽力永磁体的工作点，极大地降低了所需去磁电流脉冲的幅值，克服了串联型混合永磁可调磁通电机去磁电流脉冲大的缺点；移除去磁电流脉冲后，如图3所示，低矫顽力永磁体的工作点降低，与之串联的高矫顽力永磁体磁通减小，因此，与施加去磁电流脉冲前相比，由磁桥及附加磁通路径闭合的高矫顽力永磁体磁通增加，这避免了串联型混合永磁可调磁通记忆电机中，移除去磁电流脉冲后，低矫顽力永磁体再次被高矫顽力永磁体磁化的问题；在电枢绕组中施加直轴增磁电流脉冲提高低矫顽力永磁体磁化水平时，如图4所示，高矫顽力永磁体的磁通再次通过低矫顽力永磁体进入气隙，起到提高电机功率密度的作用。
附图说明
图1是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机空载时磁场分布；
图2是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机施加去磁电流脉冲时磁场分布；
图3是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机移除去磁电流脉冲后的磁场分布；
图4是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机施加充磁电流脉冲时的磁场分布；
图5是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机第一实施例；
图6是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机第二实施例；
图7是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机第三实施例；
图8是本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机第四实施例；
1—定子铁心；2—电枢绕组；3—转子铁心；4—V形低矫顽力永磁体槽；5—低矫顽力永磁体；6—V形高矫顽力永磁体槽；7—高矫顽力永磁体；8—附加磁通路径；9—转轴。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体实施方式一：下面结合图5～图8说明本实施方式，本发明所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，包括定子铁心1、电枢绕组2，转子铁心3和转轴10；转子铁心3固定在转轴10上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；
其特征在于，还包括V形低矫顽力永磁体槽4、低矫顽力永磁体5、V形高矫顽力永磁体槽6、高矫顽力永磁体7和附加磁通路径8，转子铁心3沿圆周方向交替均匀布置2P个V形低矫顽力永磁体槽4和2P个V形高矫顽力永磁体槽6，P为定子电枢磁场极对数；
每个V形低矫顽力永磁体槽4安装一对低矫顽力永磁体5；每个V形高矫顽力永磁体槽6安装一对高矫顽力永磁体7，且V形高矫顽力永磁体槽6的每个直槽中均安装附加磁通路径8；
沿圆周分布的多个低矫顽力永磁体5充磁方向按照N极、S极交替充磁，同一V形低矫顽力永磁体槽4内的低矫顽力永磁体5充磁方向相同(即平行充磁)，同一V形高矫顽力永磁体槽6内的高矫顽力永磁体7充磁方向相异，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体7与各自相邻的低矫顽力永磁体5充磁方向相同；
V形低矫顽力永磁体槽4的一对低矫顽力永磁体5和与其相邻的两个V形直槽中的高矫顽力永磁体7组合构成一个磁极；V形低矫顽力永磁体槽4与V形高矫顽力永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机。
附加磁通路径8为空槽或填充环氧树脂、碳纤维等非导磁或非导电材料的区域。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，V形低矫顽力永磁体槽4的V字型夹角为120～180度；V形高矫顽力永磁体槽6的V字型夹角为10～30度。
当V形低矫顽力永磁体槽4的V字型夹角为180度时形成一字槽，如图6所示，此时槽内可并列安装一对低矫顽力永磁体5或一只整块的低矫顽力永磁体5，当V形低矫顽力永磁体槽4的V字型夹角为除180度以外角度时，两个直槽中各安装一个低矫顽力永磁体5，两个低矫顽力永磁体5在槽底交界处存在空闲区域，低矫顽力永磁体5的端部设置有磁桥。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于V形低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边，且同一V形槽内低矫顽力永磁体5同为N极或S极，相邻两个V形槽内低矫顽力永磁体5的充磁方向相反；
高矫顽力永磁体7的充磁方向垂直于V形高矫顽力永磁体槽6径向截面的长边，且同一V形槽内高矫顽力永磁体7的充磁方向相反，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体7与各自相邻的低矫顽力永磁体5充磁方向相同；在同一磁极下，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7同为N极或S极。
参见图5、图7、图8，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于V形低矫顽力永磁体槽4的长边，与径向有一定的夹角，所述夹角的大小与V型槽中两个直槽所呈角度相关联。
参见图6，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于V形低矫顽力永磁体槽4的长边，低矫顽力永磁体5中点的充磁方向与径向重合。
图5～图8中，高矫顽力永磁体7的充磁方向垂直于V形高矫顽力永磁体槽6的长边。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式一至三的不同之处在于，附加磁通路径8设置在V形高矫顽力永磁体槽6靠近转子内圆一端，和/或靠近转子外圆一端。
附加磁通路径8设置在V形高矫顽力永磁体槽6靠近转子内圆一端，没有给出图例，此时，V形高矫顽力永磁体槽6的另一端(靠近转子外圆一端)为高矫顽力永磁体7。
附加磁通路径8设置在V形高矫顽力永磁体槽6靠近转子外圆一端，如图7所示，则相应的V形高矫顽力永磁体槽6的另一端(靠近转子内圆一端)设置高矫顽力永磁体7。
附加磁通路径8设置在V形高矫顽力永磁体槽6靠近转子内圆一端和靠近转子外圆一端，则相应的高矫顽力永磁体7设置在V形高矫顽力永磁体槽6中间位置，如图5、图6、图8所示。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一至四的不同之处在于，V形高矫顽力永磁体槽6中的附加磁通路径8与高矫顽力永磁体7的厚度相同或不同。
同一V形高矫顽力永磁体槽6中的附加磁通路径8与高矫顽力永磁体7的厚度分三种情况：二者厚度相同，附加磁通路径8的厚度大于高矫顽力永磁体7的厚度，附加磁通路径8的厚度小于高矫顽力永磁体7的厚度。永磁体厚度对所述电机功率密度、过载能力和所需调磁电流脉冲幅值产生影响，可根据对上述指标的要求灵活设计。
具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，低矫顽力永磁体5采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。如铝镍钴永磁或铁氧体永磁等。
具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，高矫顽力永磁体7采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁。如钕铁硼永磁等。
具体实施方式八：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体排列构成。
低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7采用第二种方式：沿轴向由多块永磁体构成时，这种设置方式用以降低永磁体涡流损耗。所述轴向设置的多块永磁体的充磁方式相同。
具体实施方式九：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，附加磁通路径8内部填充环氧树脂、碳纤维等非导磁或非导电材料。
本实施方式的这种设置方式用以增强电机转子的机械强度。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.双V型混合永磁可调磁通记忆电机，包括定子铁心(1)、电枢绕组(2)，转子铁心(3)和转轴(10)；转子铁心(3)固定在转轴(10)上，并位于定子铁心(1)内部，电枢绕组(2)设置在定子铁心(1)上；
其特征在于，还包括V形低矫顽力永磁体槽(4)、低矫顽力永磁体(5)、V形高矫顽力永磁体槽(6)、高矫顽力永磁体(7)和附加磁通路径(8)，转子铁心(3)沿圆周方向交替均匀布置2P个V形低矫顽力永磁体槽(4)和2P个V形高矫顽力永磁体槽(6)，P为定子电枢磁场极对数；
每个V形低矫顽力永磁体槽(4)安装一对低矫顽力永磁体(5)；每个V形高矫顽力永磁体槽(6)安装一对高矫顽力永磁体(7)，且V形高矫顽力永磁体槽(6)的每个直槽中均安装附加磁通路径(8)；
沿圆周分布的多个低矫顽力永磁体(5)充磁方向按照N极、S极交替充磁，同一V形低矫顽力永磁体槽(4)内的低矫顽力永磁体(5)充磁方向相同，同一V形高矫顽力永磁体槽(6)内的高矫顽力永磁体(7)充磁方向相异，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体(7)与各自相邻的低矫顽力永磁体(5)充磁方向相同；
V形低矫顽力永磁体槽(4)的一对低矫顽力永磁体(5)和与其相邻的两个V形直槽中的高矫顽力永磁体(7)组合构成一个磁极；V形低矫顽力永磁体槽(4)与V形高矫顽力永磁体槽(6)均沿轴向贯穿整个电机。
2.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电的机，其特征在于，V形低矫顽力永磁体槽(4)的V字型夹角为120～180度；V形高矫顽力永磁体槽(6)的V字型夹角为10～30度。
3.根据权利要求2所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)的充磁方向垂直于V形低矫顽力永磁体槽(4)径向截面的长边，且同一V形槽内低矫顽力永磁体(5)同为N极或S极，相邻两个V形槽内低矫顽力永磁体(5)的充磁方向相反；
高矫顽力永磁体(7)的充磁方向垂直于V形高矫顽力永磁体槽(6)径向截面的长边，且同一V形槽内高矫顽力永磁体(7)的充磁方向相反，同一V形槽两个直槽中的高矫顽力永磁体(7)与各自相邻的低矫顽力永磁体(5)充磁方向相同；在同一磁极下，低矫顽力永磁体(5)与高矫顽力永磁体(7)同为N极或S极。
4.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，附加磁通路径(8)设置在V形高矫顽力永磁体槽(6)靠近转子内圆一端，和/或靠近转子外圆一端。
5.根据权利要求4所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，V形高矫顽力永磁体槽(6)中的附加磁通路径(8)与高矫顽力永磁体(7)的厚度相同或不同。
6.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。
7.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，高矫顽力永磁体(7)采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁材料。
8.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)与高矫顽力永磁体(7)均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体排列构成。
9.根据权利要求1所述双V型混合永磁可调磁通记忆电机，其特征在于，附加磁通路径(8)内部填充环氧树脂、碳纤维的非导磁或非导电材料。
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| CN201910126819.5A CN109802541A (zh) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | 双v型混合永磁可调磁通记忆电机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190524 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |