CN114785081A - 一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，包括：定子、混合永磁转子和不导磁转轴，定子包括定子轭、定子铁心齿、定子槽和电枢绕组；混合永磁转子包括转子铁心、V形槽、一字型槽、空气磁障、第一永磁体和第二永磁体。本发明的第一永磁体和第二永磁体构成串联磁路，有助于第二永磁体工作点提升，从而增强稳磁效果，且第二永磁体沿径向双向磁化，可实现气隙磁密的灵活调节；采用交替极设计，用铁心极代替一半的永磁磁极，在保持电机的转矩性能的同时，通过减小直轴永磁用量，有效减小电机的调磁电流；利用短时的电流脉冲进行调磁，几乎没有调磁铜耗，且低矫顽力永磁体可在线反复调磁，调磁控制与传统矢量控制类似，易于实现。

Description

一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)多采用稀土永磁材料(如钕铁硼)，具有高功率密度、高转矩密度、高效率和强过载能力等优点，在新能源交通、工业生产和家用电器等行业均有广泛应用。
然而，由于钕铁硼材料的固有特性，传统永磁电机存在着气隙磁场不可调、调速范围受限、高速运行效率较低等“卡脖子”问题，在宽调速直驱场合的应用方面存在着技术瓶颈。为解决永磁电机气隙磁密不可调的问题，可变磁通永磁电机成为了一项研究热点。
德国学者奥斯托维奇在2001年首次提出了可变磁通记忆电机的概念，记忆电机利用低矫顽力永磁体——铝镍钴永磁在电流脉冲作用下可以反复充去磁的特点，能够实现电机磁通可调，拓宽调速范围，有望实现全工况高效率运行，是一种真正意义上的可变磁通永磁电机。为保证电机的转矩性能，记忆电机一般采用混合永磁结构，即采用高矫顽力永磁体(如钕铁硼)和低矫顽力永磁体(如铝镍钴)共同作用，在保证一定转矩密度的同时实现气隙磁密可调。根据高、低矫顽力永磁体形成的磁路结构，混合永磁记忆电机可分为并联磁路型和串联磁路型。并联磁路型记忆电机具有较大的调磁范围，但低矫顽力永磁体易发生负载去磁问题；另一方面，串联磁路型记忆电机抗负载去磁能力较强，但所需调磁电流较大，增大了对逆变器的容量要求。因此设计一种能够减小调磁电流的幅值，减小所需逆变器容量的电机是符合实际需要的。
针对上述提出的问题，现提出一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，能够在不明显降低电机力能指标的前提下，减小直轴永磁体的用量，增加直轴电感，从而有效减小调磁电流的幅值，减小所需逆变器容量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，包括定子、混合永磁转子和不导磁转轴，所述不导磁转轴置于最内侧，所述混合永磁转子置于定子和不导磁转轴之间。
所述定子包括定子轭、定子铁心齿和电枢绕组，所述电枢绕组设置在定子铁心齿上，所述定子铁心齿设置在定子轭和混合永磁转子之间，相邻所述定子铁心齿之间形成定子槽，所述定子槽用于放置缠绕在定子铁心齿上的电枢绕组，所述定子和混合永磁转子之间留有空气隙。
所述混合永磁转子包括转子铁心、V形槽、一字型槽、空气磁障、第一永磁体和第二永磁体，所述转子铁心固定设置在不导磁转轴外部，所述一字型槽阵列分布在转子铁心内，所述V形槽阵列分布在转子铁心内，所述空气磁障设置在V形槽和一字型槽的两端，用于减小永磁漏磁。
进一步的，所述一字型槽横截面呈矩形，所述第二永磁体安装放置在一字型槽内，所述V形槽的“V”型开口面向一字型槽，且朝向定子设置，所述V形槽的中轴线与一字型槽的中轴线重合，所述V形槽的单侧截面为矩形结构，且第一永磁体安装放置在一字型槽内。
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，所述第一永磁体和第二永磁体构成串联磁路，同一V形槽内的两个第一永磁体充磁方向相反，第二永磁体沿径向双向磁化，增磁状态为径向向外充磁，弱磁状态为径向向内充磁。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的交替极串联磁路混合永磁记忆电机，V形槽内设置的第一永磁体和一字型槽中设置的第二永磁体构成串联磁路，有助于第二永磁体工作点提升，从而增强稳磁效果，且第二永磁体沿径向双向磁化，可实现气隙磁密的灵活调节；
2、本发明提出的交替极串联磁路混合永磁记忆电机，采用交替极设计，用铁心极代替一半的永磁磁极，能够在保持电机的转矩性能的同时，通过减小直轴永磁用量，有效减小电机的调磁电流；
3、本发明提出的交替极串联磁路混合永磁记忆电机，利用短时的电流脉冲进行调磁，几乎没有调磁铜耗，且低矫顽力永磁体可在线反复调磁，调磁控制与传统矢量控制类似，易于实现；
4、本发明提出的交替极串联磁路混合永磁记忆电机，结构简单，易于制造，铁心极部分保证了强机械可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体截面结构示意图；
图2是本发明实施例的增磁状态的磁力线分布图；
图3是本发明实施例的去磁状态的磁力线分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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所示，一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，包括定子1、混合永磁转子2和不导磁转轴3，所述不导磁转轴3置于最内侧，所述混合永磁转子2置于定子1和不导磁转轴3之间。
所述定子1包括定子轭1.1、定子铁心齿1.2和电枢绕组1.4，所述电枢绕组1.4设置在定子铁心齿1.2上，所述定子铁心齿1.2设置在定子轭1.1和混合永磁转子2之间，相邻所述定子铁心齿1.2之间形成空腔，即定子槽1.3，所述定子槽1.3用于放置缠绕在定子铁心齿1.2上的电枢绕组1.4，所述定子1和混合永磁转子2之间留有空气隙。
所述混合永磁转子2包括转子铁心2.1、V形槽2.2、一字型槽2.3、空气磁障2.4、第一永磁体2.5和第二永磁体2.6，所述转子铁心2.1固定设置在不导磁转轴3外部，所述一字型槽2.3阵列分布在转子铁心2.1内，且一字型槽2.3横截面呈矩形，所述第二永磁体2.6安装放置在一字型槽2.3内。所述V形槽2.2阵列分布在转子铁心2.1内，所述V形槽2.2的“V”型开口面向一字型槽2.3，且朝向定子1设置。所述V形槽2.2的中轴线与一字型槽2.3的中轴线重合，所述V形槽2.2的单侧截面为矩形结构，且第一永磁体2.5安装放置在一字型槽2.3内。所述空气磁障2.4设置在V形槽2.2和一字型槽2.3的两端，用于减小永磁漏磁。
所述第一永磁体2.5为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体2.6为铝镍钴永磁体，所述第一永磁体2.5和第二永磁体2.6构成串联磁路，同一V形槽2.2内的两个第一永磁体2.5充磁方向相反，第二永磁体2.6沿径向双向磁化，增磁状态为径向向外充磁，弱磁状态为径向向内充磁。
本发明的磁极由永磁磁极和铁心磁极两种形式构成，一个永磁磁极由两个第一永磁体2.5和一个第二永磁体2.6串联构成，永磁磁极的数量为电机磁极总数的一半，永磁磁极构成该电机的北极，而相邻永磁磁极中间的铁心部分充当该电机的南极，可在不明显减弱电机力能指标的同时，有效减小永磁用量，并提升调磁性能。
本发明公开的交替极串联磁路混合永磁记忆电机的运行原理如下：
在增磁状态下，磁力线分布如图2所示，第一永磁体2.5和第二永磁体2.6共同构成该电机的北极，而转子铁心2.1能够汇聚磁力线形成南极，不会明显降低电机的输出性能。
利用第二永磁体2.6的磁化状态易于改变的性质，通过施加瞬时直轴电流可对其充去磁，实现电机气隙磁密的可调。在去磁状态下，电机的磁力线分布如图3所示，此时第二永磁体2.6磁场被削弱，气隙磁密降低。
由于该电机采用交替极结构，电机直轴的永磁用量较小，直轴电感较大，可有效降低所需的调磁电流幅值，减小所需逆变器的容量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，包括定子(1)、混合永磁转子(2)和不导磁转轴(3)，其特征在于，所述不导磁转轴(3)置于最内侧，所述混合永磁转子(2)置于定子(1)和不导磁转轴(3)之间；
所述定子(1)包括定子轭(1.1)、定子铁心齿(1.2)和电枢绕组(1.4)，所述电枢绕组(1.4)设置在定子铁心齿(1.2)上，所述定子铁心齿(1.2)设置在定子轭(1.1)和混合永磁转子(2)之间，相邻所述定子铁心齿(1.2)之间形成定子槽(1.3)，所述定子槽(1.3)用于放置缠绕在定子铁心齿(1.2)上的电枢绕组(1.4)，所述定子(1)和混合永磁转子(2)之间留有空气隙；
所述混合永磁转子(2)包括转子铁心(2.1)、V形槽(2.2)、一字型槽(2.3)、空气磁障(2.4)、第一永磁体(2.5)和第二永磁体(2.6)，所述转子铁心(2.1)固定设置在不导磁转轴(3)外部，所述一字型槽(2.3)阵列分布在转子铁心(2.1)内，所述V形槽(2.2)阵列分布在转子铁心(2.1)内，所述空气磁障(2.4)设置在V形槽(2.2)和一字型槽(2.3)的两端，用于减小永磁漏磁。
2.根据权利要求1所述的一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，其特征在于，所述一字型槽(2.3)横截面呈矩形，所述第二永磁体(2.6)安装放置在一字型槽(2.3)内，所述V形槽(2.2)的“V”型开口面向一字型槽(2.3)，且朝向定子(1)设置，所述V形槽(2.2)的中轴线与一字型槽(2.3)的中轴线重合，所述V形槽(2.2)的单侧截面为矩形结构，且第一永磁体(2.5)安装放置在一字型槽(2.3)内。
3.根据权利要求2所述的一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机，其特征在于，所述第一永磁体(2.5)为钕铁硼永磁体，所述第二永磁体(2.6)为铝镍钴永磁体，所述第一永磁体(2.5)和第二永磁体(2.6)构成串联磁路，同一V形槽(2.2)内的两个第一永磁体(2.5)充磁方向相反，第二永磁体(2.6)沿径向双向磁化，增磁状态为径向向外充磁，弱磁状态为径向向内充磁。
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