CN112688518A - 一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机 - Google Patents

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杨公德
周扬忠
屈艾文
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本发明涉及一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，包括同轴且依次设置的第一永磁定子、第一转子、电枢定子、第二转子以及第二永磁定子，第一永磁定子与第二永磁定子的结构相同且均包含若干个呈圆周均布的永磁定子铁心、跨绕在永磁定子铁心上的励磁绕组，相邻两个永磁定子铁心之间设置有永磁磁极，永磁磁极包含低矫顽力永磁体和分别设置在低矫顽力永磁体两端的两个高矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体和两个高矫顽力永磁体沿径向呈一字型分布；电枢定子包括电枢定子铁心和绕设在电枢定子铁心上的电枢绕组。本发明设计合理，励磁绕组和电枢绕组位于不同的定子上，可进一步增加电磁负荷设计，提升电机功率密度，降低电机励磁功率等级。

Description

一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机
技术领域：
本发明涉及一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机。
背景技术：
轴向磁场永磁电机具有高效率、高转矩密度等优点，可广泛应用于电动汽车、电动工具、风力发电、潮汐发电等场合。但采用高矫顽力永磁体励磁，轴向磁场永磁电机不易实现气隙磁场调节，限制其在宽速度范围驱动和发电场合的应用。为解决上述技术问题，一种通过电流脉冲直接改变低矫顽力永磁体磁化状态来调节气隙磁场的记忆电机调磁法越来越受到国内外研究者的关注。与直轴电流注入弱磁控制法和混合励磁电机等气隙磁场调节技术相比，记忆电机调磁法几无励磁损耗，电机调速范围宽，全速域范围内的运行效率高。
然而，现有轴向磁场混合永磁型记忆电机在拓扑结构上存在不足，如励磁绕组、永磁体和电枢绕组均放置在定子上，限制了电机功率密度进一步提升；励磁绕组和电枢绕组的空间冲突，导致励磁功率等级较高。因此，为克服现有轴向磁场混合永磁型记忆电机结构不足，研究和开发一种新结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，对于推广其在宽速度范围的驱动和发电应用具有重要的工程应用价值。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，设计合理，可提升电机功率密度和降低电机励磁功率等级。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，包括同轴且依次设置的第一永磁定子、第一转子、电枢定子、第二转子以及第二永磁定子，所述第一永磁定子与第二永磁定子的结构相同且均包含若干个沿圆周均布的永磁定子铁心、跨绕在永磁定子铁心上的励磁绕组，相邻两个永磁定子铁心之间设置有永磁磁极，所述永磁磁极包含低矫顽力永磁体和分别设置在低矫顽力永磁体两端的两个高矫顽力永磁体，所述低矫顽力永磁体和两个高矫顽力永磁体沿径向呈一字型分布；所述电枢定子包括电枢定子铁心和绕设在电枢定子铁心上的电枢绕组。
进一步的，所述第一转子与第二转子的结构相同且均包括圆环盘状的转子支架，所述转子支架上设有若干个沿圆周均布的且沿径向延伸的转子铁心槽，所述转子铁心槽内设置有转子铁心。
进一步的，所述转子支架由非导磁材料制成。
进一步的，所述永磁定子铁心包括第一定子轭和第一定子齿，所述第一定子齿位于第一定子轭朝向电枢定子的一侧。
进一步的，所述励磁绕组采用集中绕组。
进一步的，所述电枢定子铁心包括第二定子轭，所述第二定子轭的两侧分别设有第二定子齿，且两侧的第二定子齿分别朝向第一转子和第二转子；所述电枢绕组采用集中绕组，并分别匝绕在第二定子轭两侧的第二定子齿上，第二定子轭两侧的第二定子齿上的电枢绕组采用串联连接。
进一步的，所述励磁绕组中施加电流脉冲。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计合理，励磁绕组和电枢绕组位于不同的定子上，可进一步增加电磁负荷设计，提升电机功率密度，降低电机励磁功率等级，解决了现有轴向磁场混合永磁型记忆电机拓扑结构存在的不足，提升了电机的转矩密度，提高了电机全速域运行效率。
附图说明：
图1是本发明实施例的分解状态示意图；
图2是本发明实施例中永磁磁极的构造示意图；
图3是本发明实施例中永磁定子铁心的构造示意图。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～3所示，本发明一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，包括同轴且依次设置的第一永磁定子1、第一转子2、电枢定子3、第二转子4以及第二永磁定子5，所述第一永磁定子1与第二永磁定子5的结构相同且对称放置；所述第一转子2与第二转子4的结构相同且对称放置。
本实施例中，所述第一永磁定子1与第二永磁定子5均包含若干个沿圆周均布的永磁定子铁心6和励磁绕组7，相邻两个永磁定子铁心6之间均设置有永磁磁极8，所述永磁磁极8包含低矫顽力永磁体9和分别设置在低矫顽力永磁体9两端的两个高矫顽力永磁体10，所述低矫顽力永磁体9和两个高矫顽力永磁体10沿径向呈一字型分布，形成并联混合永磁磁极结构，如图2所示；励磁绕组7采用集中绕组且跨绕在永磁定子铁心6上。
本实施例中，所述励磁绕组7中施加电流脉冲，通过在励磁绕组7中施加电流脉冲，改变第一永磁定子1和第二永磁定子5的低矫顽力永磁体9的磁化水平，调节多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机气隙磁场。由于低矫顽力永磁体9和两个高矫顽力永磁体10构成一型并联混合永磁磁极结构，低矫顽力永磁体9磁化水平决定了电机的气隙磁场强弱；当低矫顽力永磁体9与相邻的两片高矫顽力永磁体10磁化方向相同时，所述多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机气隙合成磁通增加，适合电机的低速重载工况运行；反之，所述多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机气隙合成磁通减弱，适合电机的高速轻载工况运行。
本实施例中，所述永磁定子铁心6的截面呈槽型状，其包括第一定子轭11和第一定子齿12，所述第一定子齿12位于第一定子轭11朝向电枢定子3和转子的一侧。
本实施例中，所述电枢定子3包括电枢定子铁心13和电枢绕组14，所述电枢定子铁心13包括第二定子轭15，所述第二定子轭15的两侧分别设有第二定子齿16，且两侧的第二定子齿16分别朝向第一转子2和第二转子4；所述电枢绕组14采用集中绕组，并分别匝绕在第二定子轭15两侧的第二定子齿16上，第二定子轭15两侧的第二定子齿16上的电枢绕组采用串联连接。
本实施例中，所述第一转子2与第二转子4均包括转子铁心17和圆环盘状的转子支架18，所述转子支架18上设有若干个沿圆周均布的且沿径向延伸的转子铁心槽，所述转子铁心槽内设置有转子铁心17。优选的，所述转子支架由非导磁材料制成。
本实施例中，所述电枢定子3两侧的第二定子齿齿数均为12个；在第一永磁定子1和第二永磁定子5中，所述高矫顽力永磁体采用NdFeB材料制成，所述低矫顽力永磁体采用AlNiCo材料制成，高矫顽力永磁体的数量为24个，低矫顽力永磁体为12个。
本实施例中，工作时,在第一永磁定子1和第二永磁定子5的励磁绕组7中施加电流脉冲, 当低矫顽力永磁体9与相邻的两片高矫顽力永磁体10磁化方向相同时，所述多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机气隙合成磁通增加，适合电机的低速重载工况运行；反之，所述多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机气隙合成磁通减弱，适合电机的高速轻载工况运行。
本发明的优点在于：（1）双凸极定子/转子结构，聚磁作用强，气隙磁密高，转矩输出能力强；（2）电枢定子和永磁定子分离结构，提高了电磁负荷设计自由度，进一步提升了电机转矩/功率密度，降低了励磁功率等级；（3）永磁磁体、电枢绕组和励磁绕组位于定子上，利于冷却；（4）励磁绕组和矫顽力永磁体位置固定，便于实施在线记忆调磁调速或变极调速控制；（5）在线记忆调磁调速或变极调速控制，调速范围宽，几无励磁损耗，全速域运行效率高；（6）模块化的定子/转子结构，易于加工和制造。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：包括同轴且依次设置的第一永磁定子、第一转子、电枢定子、第二转子以及第二永磁定子，所述第一永磁定子与第二永磁定子的结构相同且均包含若干个沿圆周均布的永磁定子铁心、跨绕在永磁定子铁心上的励磁绕组，相邻两个永磁定子铁心之间设置有永磁磁极，所述永磁磁极包含低矫顽力永磁体和分别设置在低矫顽力永磁体两端的两个高矫顽力永磁体，所述低矫顽力永磁体和两个高矫顽力永磁体沿径向呈一字型分布；所述电枢定子包括电枢定子铁心和绕设在电枢定子铁心上的电枢绕组。
2.根据权利要求1所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述第一转子与第二转子的结构相同且均包括圆环盘状的转子支架，所述转子支架上设有若干个沿圆周均布的且沿径向延伸的转子铁心槽，所述转子铁心槽内设置有转子铁心。
3.根据权利要求2所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述转子支架由非导磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述永磁定子铁心包括第一定子轭和第一定子齿，所述第一定子齿位于第一定子轭朝向电枢定子的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述励磁绕组采用集中绕组。
6.根据权利要求1所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述电枢定子铁心包括第二定子轭，所述第二定子轭的两侧分别设有第二定子齿，且两侧的第二定子齿分别朝向第一转子和第二转子；所述电枢绕组采用集中绕组，并分别匝绕在第二定子轭两侧的第二定子齿上，第二定子轭两侧的第二定子齿上的电枢绕组采用串联连接。
7.根据权利要求1所述的一种多盘式结构轴向磁场混合永磁型记忆电机，其特征在于：所述励磁绕组中施加电流脉冲。
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