CN111969742A - 一种混联磁极型混合永磁记忆电机 - Google Patents

一种混联磁极型混合永磁记忆电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混联磁极型混合永磁记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，电枢绕组设置在定子上，混合永磁转子设置在定子内侧，转轴设置在混合永磁转子内侧，混合永磁转子的周向均匀布设有若干结构形式相同的V型磁极，每一V型磁极均包括呈V型径向对称排布的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体的矫顽力小于第二永磁体的矫顽力，且第一永磁体和第二永磁体均沿切向充磁。本发明可以通过混联磁极结构进一步拓宽转子设计空间，从而提升电机调磁范围，并兼具高转矩密度和强稳磁能力。

Description

一种混联磁极型混合永磁记忆电机
技术领域
本发明涉及记忆电机，尤其涉及一种混联磁极型混合永磁记忆电机。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)的发展是与高性能永磁材料的发展密切相关的。与传统的电励磁同步电机相比，PMSM由于其高效率、高功率密度/转矩密度、强过载能力和高可靠性的特点，被广泛用于航空航天、舰船推进、电动汽车等众多高端装备领域。
传统PMSM气隙磁场无法调节，作为电动机运行时，调速范围大大受限。为了实现其宽调速运行，大多采用d轴弱磁电流抵消永磁体磁场的传统方法以扩展调速范围。但这一调速方法具有很多不足：1)受逆变器电压限制的影响，电机的调速范围仍然达不到要求；2)受逆变器电流限制的影响，直轴电流的增加会导致交轴电流减少，进而导致在弱磁运行时电磁转矩下降较快，难以维持恒功率运行状态；3)直轴弱磁电流会导致额外铜损，降低了电机在高速区的运行效率；4)直轴去磁电枢反应可能会导致低矫顽力(Low Coercive Force，LCF)永磁体的不可逆退磁；5)当逆变器故障导致无法提供足够的弱磁电流时，由于高速运行时电机反电势较大，可能导致变频器功率器件的损坏。传统弱磁方法的局限性也限制了PMSM在宽调速领域的应用。因此，如何实现PMSM的高效气隙磁场调节成为了近年来该领域的一个研究热点。
可变磁通记忆电机(Variable Flux Memory Machine,VFMM)的概念最早由V.Ostovic教授提出，通过施加短时脉冲电流改变LCF永磁体的磁化转态，并且相应的磁化状态可以通过特定的磁化脉冲电流幅值来确定，从而实现了较宽的调速范围和高效磁化状态调节。然而，传统单LCF永磁体VFMM具有转矩密度较低和负载退磁严重等问题。为此，国内外许多学者又提出了混合永磁VFMM，通过将高矫顽力(High Coercive Force，HCF)永磁体(如钕铁硼等)与LCF永磁体串联或并联来同时实现高效磁通调节和高转矩密度。串联磁路型VFMM转矩密度高，永磁工作点稳定，但调磁困难，磁通调节范围受限；并联磁路型VFMM调磁范围宽，但负载运行时LCF永磁体存在较大的意外退磁风险，人们创新地将串并联磁路的优点结合起来，提出了一类新型混联磁路VFMM，通过结合了串联磁路型负载抗去磁能力强和并联磁路型调磁范围宽的优点，实现了优势互补，从而获得了高转矩密度和全域高效运行等优良特性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种新型混联磁极型混合永磁记忆电机，更好地结合了两种混合永磁记忆电机各自的优点，具有极宽的调磁范围和较强的稳磁能力，转矩密度高，转矩脉动小。
技术方案：本发明的混联磁极型混合永磁记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，电枢绕组设置在定子上，混合永磁转子设置在定子内侧，转轴设置在混合永磁转子内侧，混合永磁转子的周向均匀布设有若干结构形式相同的V型磁极，每一V型磁极均包括呈V型径向对称排布的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体的矫顽力小于第二永磁体的矫顽力，且第一永磁体和第二永磁体均沿切向充磁。
优选的。混合永磁转子呈混联磁极排布，即同一V型磁极下的低矫力第一永磁体与高矫顽力第二永磁体呈并联磁路，保证电机在弱磁情况下，永磁磁场大部分在转子铁心内短路，不进入气隙，极大地拓宽电机的调磁范围；而不同V型磁极下的低矫顽力第一永磁体与高矫顽力第二永磁体呈串联磁路，提高了第一永磁体的工作点，增强了电机的稳磁能力。
优选的，V型磁极的第一永磁体和第二永磁体之间设有矩形磁障，用于有效降低电枢磁场与永磁体之间的交叉耦合作用，提高电机的稳磁能力。
优选的，第一永磁体为铝镍钴永磁体，矫顽力较低，磁化状态容易改变，作为永磁磁极中可变的磁势源；第二永磁体为钕铁硼永磁体，矫顽力较高，磁化状态不易改变，作为永磁磁极中恒定的磁势源。
优选的，定子包括定子铁心齿和定子轭，定子铁心齿设置在定子轭与混合永磁转子之间，相邻的定子铁心齿间形成空腔，空腔用于放置缠绕在定子铁心齿上的三相电枢绕组。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过同一磁极下的并联磁路，保证电机在弱磁情况下，永磁磁场大部分在转子铁心内短路，不进入气隙，极大地拓宽电机的调磁范围；通过相邻极间的串联磁路，提高了第一永磁体的工作点，增强了电机的稳磁能力。此外，异极混联磁路结构的形式十分简单且可以减少永磁体用量，解决转子空间较为拥挤的问题。
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正向磁化时磁力线分布图；
图3为本发明的电机的第一永磁体反向磁化时磁力线分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本实例所涉及的混联磁极型混合永磁记忆电机，包括定子1、电枢绕组2、混合永磁转子3和转轴4。定子1、混合永磁转子3和转轴4从外到内依次设置。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的转子铁心设有多对磁极，同一磁极下构成并联磁路关系，相邻磁极间构成串联磁路关系。混合永磁转子铁心N极下和S极下都设置有一个径向充磁的第一永磁体3.1和第二永磁体3.2，第一永磁体3.1和第二永磁体3.2构成了V型磁极3.4，V型磁极3.4关于径向对称，第一永磁体3.1和第二永磁体3.2之间设置有矩形磁障3.3，可以有效降低电枢磁场与永磁体之间的交叉耦合作用，提高电机的稳磁能力。第一永磁体3.1的矫顽力小于第二永磁体3.2的矫顽力，第一永磁体3.1与第二永磁体3.2均沿着切向充磁。同一磁极下第一永磁体3.1与第二永磁体3.2构成并联磁路关系，第一永磁体3.1与相邻磁极第二永磁体3.2构成串联磁路关系。V型磁极3.4数量为偶数个，第一永磁体3.1、第二永磁体3.2数量与V型磁极3.4数量相同。在本实施案例中，第一永磁体3.1数量为六个，第二永磁体3.2数量为六个。第一永磁体3.1采用铝镍钴永磁，第二永磁体3.2采用钕铁硼永磁。
如图2和图3所示，本实施例的混联磁极型混合永磁记忆电机的运行原理为：永磁磁通首先从在混合永磁转子铁心上V型磁极设置的第一永磁体3.1和第二永磁体3.2的北极(N极)出发，若第一永磁体3.1沿圆周切向顺着第二永磁体3.2磁通方向充磁，此时第一永磁体3.1处于增磁状态，两种永磁磁通同方向流动，大部分经过气隙，到达定子铁心齿1.1，再穿过定子轭1.2，分别穿过相邻磁极的第二永磁体3.2和第一永磁体3.1，回到第一永磁体3.1和第二永磁体3.2的南极(S极)；若第一永磁体3.1沿圆周切向逆着第二永磁体3.2磁通方向充磁，此时第一永磁体3.1处于弱磁状态，其永磁磁通被短路，磁通穿过同极下第二永磁体3.2后直接回到第一永磁体3.1的南极(S极)，只有第二永磁体3.2产生的少部分磁通能进入气隙，穿过相邻极的第二永磁体3.2，回到第二永磁体3.2南极(S极)。第一永磁体3.1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。

Claims (5)

1.一种混联磁极型混合永磁记忆电机，其特征在于，包括定子(1)、电枢绕组(2)、混合永磁转子(3)和转轴(4)，电枢绕组设置在定子上，混合永磁转子设置在定子内侧，转轴设置在混合永磁转子内侧，混合永磁转子的周向均匀布设有若干结构形式相同的V型磁极(3.4)，每一V型磁极均包括呈V型径向对称排布的第一永磁体(3.1)和第二永磁体(3.2)，第一永磁体(3.1)的矫顽力小于第二永磁体(3.2)的矫顽力，且第一永磁体(3.1)和第二永磁体(3.2)均沿切向充磁。
2.根据权利要求1所述的混联磁极型混合永磁记忆电机，其特征在于，同一V型磁极(3.4)下的低矫力第一永磁体(3.1)与高矫顽力第二永磁体(3.2)呈并联磁路，而不同V型磁极(3.4)下的低矫顽力第一永磁体(3.1)与高矫顽力第二永磁体(3.2)呈串联磁路。
3.根据权利要求1所述的混联磁极型混合永磁记忆电机，其特征在于，V型磁极(3.4)的第一永磁体(3.1)和第二永磁体(3.2)之间设有矩形磁障，用于有效降低电枢磁场与永磁体之间的交叉耦合作用，提高电机的稳磁能力。
4.根据权利要求1所述的混联磁极型混合永磁记忆电机，其特征在于，第一永磁体(3.1)为铝镍钴永磁体，第二永磁体(3.2)为钕铁硼永磁体。
5.根据权利要求1所述的混联磁极型混合永磁记忆电机，其特征在于，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)，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)。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006115584A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Asmo Co Ltd 埋込磁石型モータ
JP2009268204A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Toyota Motor Corp Ｉｐｍモータ用ロータとｉｐｍモータ
JP2014007853A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Nissan Motor Co Ltd 電動機
CN107359716A (zh) * 2017-07-12 2017-11-17 中国北方车辆研究所 一种混合励磁电机转子
CN109194078A (zh) * 2018-09-21 2019-01-11 东南大学 一种双层永磁复合磁路记忆电机
CN109412293A (zh) * 2018-10-12 2019-03-01 东南大学 一种混联磁路记忆电机
CN109831084A (zh) * 2019-04-08 2019-05-31 哈尔滨工业大学 内置式双v型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机
CN110474507A (zh) * 2019-07-25 2019-11-19 江苏大学 一种多工况漏磁可控式宽调速高效率永磁无刷电机
CN110620460A (zh) * 2019-09-23 2019-12-27 哈尔滨理工大学 一种串联磁路混合永磁体记忆电机
CN110838780A (zh) * 2019-11-26 2020-02-25 江苏大学 一种交直轴磁阻可控式永磁无刷电机

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006115584A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Asmo Co Ltd 埋込磁石型モータ
JP2009268204A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Toyota Motor Corp Ｉｐｍモータ用ロータとｉｐｍモータ
JP2014007853A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Nissan Motor Co Ltd 電動機
CN107359716A (zh) * 2017-07-12 2017-11-17 中国北方车辆研究所 一种混合励磁电机转子
CN109194078A (zh) * 2018-09-21 2019-01-11 东南大学 一种双层永磁复合磁路记忆电机
CN109412293A (zh) * 2018-10-12 2019-03-01 东南大学 一种混联磁路记忆电机
CN109831084A (zh) * 2019-04-08 2019-05-31 哈尔滨工业大学 内置式双v型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机
CN110474507A (zh) * 2019-07-25 2019-11-19 江苏大学 一种多工况漏磁可控式宽调速高效率永磁无刷电机
CN110620460A (zh) * 2019-09-23 2019-12-27 哈尔滨理工大学 一种串联磁路混合永磁体记忆电机
CN110838780A (zh) * 2019-11-26 2020-02-25 江苏大学 一种交直轴磁阻可控式永磁无刷电机

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