CN110829652A - 一种串并联磁路混合磁极型记忆电机 - Google Patents

一种串并联磁路混合磁极型记忆电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串并联磁路混合磁极型记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，所述电枢绕组设置在所述定子上，所述混合永磁转子设置在所述定子内侧，所述转轴设置在所述混合永磁转子内侧，所述混合永磁转子的转子铁心上设有若干对磁极，每对磁极的N极处设置由一个径向充磁的第一永磁体和两个相邻切向充磁的第二永磁体构成的U形永磁结构，S极处设置有一个径向充磁的第三永磁体，所述第一永磁体靠转轴放置，所述第三永磁体靠气隙侧放置，所述第一永磁体和第三永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。本发明可以拓宽电机调磁范围，同时保证永磁工作点稳定。

Description

一种串并联磁路混合磁极型记忆电机
技术领域
本发明涉及记忆电机，尤其涉及一种串并联磁路混合磁极型记忆电机。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)由于采用较高磁能积的传统稀土永磁材料(如钕铁硼)，具有高功率密度、高效率、运行可靠和强过载能力等优势，是电机学科的重要发展方向。传统永磁同步电机由于普通永磁材料(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。
传统拓扑结构的记忆电机由写极式电机发展而来，其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。
现有研究大多集中在交流调磁型混合永磁记忆电机上，即将钕铁硼和铝镍钴永磁共同置于转子上，定子绕组兼具功率控制和调磁两种功能。目前混合永磁记忆电机主要分为串联磁路结构和并联磁路结构，串联磁路结构中铝镍钴永磁工作点稳定，但相对调磁范围较窄，且调磁电流较大；并联磁路结构中调磁范围较宽，但电枢反应容易引起铝镍钴永磁意外退磁。
现有技术CN109412293A提出了一种混联磁路记忆电机，该电机在同一极下采用串联磁路和并联磁路混合的结构，以扩大调磁范围，同时提高永磁工作点稳定性。但在同一极下同时设置串联磁路和并联磁路结构，会导致空间过于拥挤，转子铁心设计灵活度不高，此外永磁用量增加，成本过高。
发明内容
发明目的：本发明针对目前传统串联或并联磁路混合永磁记忆电机各自缺点，提供了一种串并联磁路混合磁极型记忆电机，更好地融合继承了两种磁路混合永磁记忆电机各自优点，拓宽电机调磁范围，同时保证永磁工作点稳定。此外，混合磁极的设置方案可解决同一磁极下空间过于拥挤的问题，降低设计难度。
技术方案：本发明所述的串并联磁路混合磁极型记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，所述电枢绕组设置在所述定子上，所述混合永磁转子设置在所述定子内侧，所述转轴设置在所述混合永磁转子内侧，所述混合永磁转子的转子铁心上设有若干对磁极，每对磁极的N极处设置由一个径向充磁的第一永磁体和两个相邻切向充磁的第二永磁体构成的U形永磁结构，S极处设置有一个径向充磁的第三永磁体，所述第一永磁体靠转轴放置，所述第三永磁体靠气隙侧放置，所述第一永磁体和第三永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。
进一步的，每对磁极的N极处的第一永磁体和相邻两侧第二永磁体构成的U形永磁结构呈并联磁路关系，可以有效提高电机的调磁范围；S极处的第三永磁体和相邻两侧的N极处的第二永磁体构成串联磁路结构，提高了所述第二永磁体的工作点稳定性。
进一步的，同一磁极下的两个第二永磁体均沿切向充磁，方向相反，第一永磁体和相邻磁极的第三永磁体均沿径向充磁，方向相反。
进一步的，所述U形永磁结构数量为偶数个，所述第三永磁体数量与U形永磁结构数量相同。
进一步的，所述第一永磁体和第三永磁体均为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体为铝镍钴永磁体。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明通过构成N极下U字型永磁结构，搭建并联磁路，保证电机在弱磁情况下，永磁磁场大部分在转子内部短路，从而拓宽电机的调磁范围；通过S极下第三永磁体和相邻两侧第一磁极下的第二永磁体构成串联磁路，有效提高了第二永磁体的工作点稳定；本发明中转子铁心采用混合磁极结构，且相邻两个磁极采用不同永磁排布方式，以组成不同磁路结构，可以有效解决同一磁极下空间过于拥挤的问题，降低设计难度。
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二永磁体正向磁化时磁力线分布图；
图3为本发明的电机的第二永磁体反向磁化时磁力线分布图。
具体实施方式
请结合图1所示，本实例所涉及的串并联磁路混合磁极型记忆电机，包括定子1、电枢绕组2、混合永磁转子3和转轴4。转轴4、混合永磁转子3和定子1从内到外依次设置。定子1包括定子铁心齿1.1和定子轭1.2，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围绕转轴4外部设置。混合永磁转子3的转子铁心采用混合磁极结构，设有多对磁极，且相邻两个磁极采用不同永磁排布方式，以组成不同磁路结构，即N极为并联磁路结构，S极采用串联磁路结构。转子铁心N极下设置有一个径向充磁的第一永磁体3.1、两个切向充磁的第二永磁体3.2所构成的U型永磁结构3.4；转子铁心S极靠气隙侧放置一个径向充磁的第三永磁体3.3。第一永磁体3.1和第三永磁体3.3的矫顽力大于第二永磁体3.2的矫顽力。N极处第一永磁体3.1和相邻两侧所述第二永磁体3.2构成的U型永磁结构3.4呈并联磁路关系；S极处第三永磁体3.3和相邻两侧N极的第二永磁体3.2构成串联磁路结构。同一极两个第二永磁体3.2均沿切向充磁，但方向相反；相邻N极和S极的第一永磁体3.1和第三永磁体3.3均沿径向充磁，彼此方向相反。U型永磁结构3.4数量为偶数个，第三永磁体3.3数量与U型永磁3.4结构数量相同。在本实施案例中，第一永磁体3.1数量为四个，第二永磁体3.2数量为八个，第三永磁体3.3数量为四个。第一永磁体3.1和第三永磁体3.3均采用钕铁硼永磁，第二永磁体3.2采用铝镍钴永磁。
请结合图2和图3，本实施例的串并联混合磁路型记忆电机的运行原理为：永磁磁通首先从在转子铁心上沿圆周径向设置的第一永磁体3.1的北极出发，若第二永磁体3.2沿圆周切向顺着第一永磁体3.1磁通方向充磁，此时第二永磁体3.2处于增磁状态，两种永磁磁通叠加后同方向流动，经过气隙，到达定子铁心齿1.1，再穿过定子轭1.2，以相同的路径穿过第三永磁体3.2，分别回到第一永磁体3.1和第二永磁体3.2的南极；若第二永磁体3.2沿圆周切向方向逆着第一永磁体3.1磁通方向充磁，此时第二永磁体3.2处于弱磁状态，大部分的永磁磁通被短路，磁通穿过第二永磁体3.2直接回到第一永磁体3.1的南极，少量磁通按照上述路径穿过第三永磁体3.3，回到第一永磁体3.1的南极。第二永磁体3.2在两种磁化状态下的磁力线分布如图2和图3所示。与此同时，电机电枢绕组2通入与混合永磁转子3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。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种串并联磁路混合磁极型记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，所述电枢绕组设置在所述定子上，所述混合永磁转子设置在所述定子内侧，所述转轴设置在所述混合永磁转子内侧，其特征在于：所述混合永磁转子的转子铁心上设有若干对磁极，每对磁极的N极处设置由一个径向充磁的第一永磁体和两个相邻切向充磁的第二永磁体构成的U形永磁结构，S极处设置一个径向充磁的第三永磁体，所述第一永磁体靠转轴放置，所述第三永磁体靠气隙侧放置，所述第一永磁体和第三永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。
2.根据权利要求1所述的串并联磁路混合磁极型记忆电机，其特征在于：每对磁极的N极处的第一永磁体和相邻两侧第二永磁体构成的U形永磁结构呈并联磁路关系，S极处的第三永磁体和相邻两侧的N极处的第二永磁体构成串联磁路结构。
3.根据权利要求1所述的串并联磁路混合磁极型记忆电机，其特征在于：同一磁极下的两个第二永磁体均沿切向充磁，方向相反；第一永磁体和相邻磁极的第三永磁体均沿径向充磁，方向相反。
4.根据权利要求1所述的串并联磁路混合磁极型记忆电机，其特征在于：所述U形永磁结构数量为偶数个，所述第三永磁体数量与U形永磁结构数量相同。
5.根据权利要求1所述的串并联磁路混合磁极型记忆电机，其特征在于：所述第一永磁体和第三永磁体均为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体为铝镍钴永磁体。
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