CN115395751A - 双变极永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

双变极永磁同步电机，是额定转速可变速电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成，特征在于：可变极定子电枢绕组流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子磁场，控制电路切换电枢电流实现定子极对数变极，可变极永磁转子采用永磁体和可变磁体形成转子磁场，控制电路切换可变磁体的励磁电流实现转子极对数变极，定子极对数与转子极对数同步变极，定子极对数等于转子极对数。

Description

双变极永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种定子极对数与转子极对数同步变极的永磁同步电机。具体是定子电枢绕组流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子磁场，通过控制电路切换电枢电流来改变定子极对数，转子由永磁体和可变磁体形成转子磁场，通过电刷和控制电路切换可变磁体的励磁电流来改变转子极对数，定子极对数等于转子极对数。这就是双变极永磁同步电机。

背景技术

电机的部件包括定子、转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路等。电机一般是圆柱状转子位于电机中心内部、圆环状定子位于外部包围转子，这是内转子径向磁通电机。拓扑技术可以实现圆柱状定子位于电机中心内部，圆环状转子位于外部包围定子，这是外转子径向磁通电机。拓扑技术还可以实现盘状定子位于电机一侧，盘状转子位于电机另一侧，定子转子均围绕电机轴转动，这是轴向磁通电机。拓扑技术还可以实现线状排列定子与线状排列转子相对平行运动的直线电机。所述拓扑技术是成熟技术。传统三相交流变极电机，其控制电路切换齿部绕组三相电枢电流来实现定子极对数变极，转子采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对数；该电机效率不高。在本发明之前有2022年3月申报发明的《轭绕组多速单相交流电机》，其控制电路切换轭绕组单相电枢电流来实现定子极对数变极，转子采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对数；该电机效率不高。在本发明之前有2022年3月申报发明的《三相轭绕组变极定子》，其控制电路切换轭绕组三相电枢电流来实现定子极对数变极，所匹配的转子采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对数；该电机效率不高。在本发明之前有2022年3月申报发明的《双变极双馈异步电机》，其控制电路改变三相电枢电流来实现定子极对数变极，控制电路通过三套集电环电刷控制单相交流励磁转子，切换励磁电流实现交变磁场转子极对数变极，形成与定子极对数相等的转子极对数；由于消耗励磁电流且异步工作，该电机效率也不高。上述四种电机均为异步电机，电机效率均不高；要提高变极电机的效率，需要采用可变极永磁转子与可变极定子相匹配，可变极永磁转子上设置永磁体与可变磁体形成转子磁场，控制电路切换可变磁体的励磁电流来实现转子极对数变极，使转子极对数与定子极对数相等，形成双变极永磁同步电机。所述三相交流电为+a相、-c相、+b相、-a相、+c相和-b相正弦交变电流，其中+a相、+b相和+c相这三相依次滞后120度电相位。所述二交流电为+a相、+b相、-a相和-b相正弦交变电流，这四相依次滞后90度电相位。所述直流电是在一步步长时间中不变的单向电流，在不同步长时间中可以为正电流或负电流。所述可变极永磁转子上的永磁体和可变磁体形成转子极对数的结构形式有halbach式、表面贴合式、表面嵌入式、内部径向式、内部切向式和CP式，CP式又称为单极性式。

本发明提出采用可变极永磁转子与可变极定子相匹配、同步变极，形成双变极永磁同步电机，就是要创新转子结构、创新电机结构、提高变极电机效率。电机行业需要双变极永磁同步电机。

发明内容

双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成。特征在于：可变极定子电枢绕组流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子磁场，控制电路切换电枢电流实现定子极对数变极；可变极永磁转子采用永磁体和可变磁体形成转子磁场，控制电路切换可变磁体的励磁电流实现转子极对数变极；定子极对数与转子极对数同步变极，定子极对数等于转子极对数。

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，均采用成熟技术。定子铁芯由轭部与齿部组成，采用软磁材料，如硅钢材料。电枢绕组由导线绕制而成，绕制形式包括轭绕组和齿部绕组，分别围绕定子铁芯的轭部和齿部绕制而成，流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子磁场，具有定子极对数。控制电路切换电枢电流实现定子极对数变极。电枢绕组采用齿部绕组是成熟技术，齿部绕组形成电枢磁场、切换电枢电流实现定子变极很常见。轭绕组形成电枢磁场的过程是，各轭绕组流通电枢电流形成轭部磁场，同向轭部磁场叠加、异向轭部磁场汇集，汇集在最近的齿部形成面向转子的齿部磁场就是电枢磁场。流通正向电流形成顺时针方向轭部磁场的轭绕组是正轭绕组。本发明说明书中的各实施例主要展示电枢绕组采用轭绕组，展示轭绕组切换电枢电流实现定子变极。

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成。可变极永磁转子具有转子极对数。磁体由多块永磁体和多块可变磁体组成，可变磁体选择采用软磁材料或记忆永磁材料这两者之一。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变转子极对数。可变磁体选择采用软磁材料时，通过持续的励磁电流形成可变磁场；可变磁体选择采用记忆永磁材料时，通过短时的励磁电流形成可变记忆磁场。多块永磁体形成不变的转子极对数，这是成熟技术。多块永磁体与多块可变磁体组合，形成可变的转子极对数，这是创新技术，此前没有这种转子极对数可变的永磁转子。所述永磁体采用硬磁材料，例如铁氧体材料或钕铁硼材料，具有永久励磁。所述软磁材料，例如硅钢材料。所述记忆永磁材料，例如铝镍钴材料。本发明不限定磁体形成转子极对数的结构形式，转子极对数被控制与定子极对数同步双变极即可。转子重心与转子轴线重合。

集电环电刷采用两套集电环电刷，包括选择采用普通集电环电刷和开关集电环电刷这两者之一，均为成熟技术。转子励磁绕组与控制电路通过集电环电刷形成电路连接。当可变磁体采用软磁材料时，集电环电刷采用普通集电环电刷。普通集电环电刷的电刷持续保持与集电环接触。控制电路通过普通集电环电刷持续给励磁绕组提供励磁电流使可变磁体形成持续磁场。当可变磁体采用记忆永磁材料时，集电环电刷采用开关集电环电刷。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通；控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使记忆永磁材料形成记忆磁场。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，控制电路与励磁绕组不连通。

支承部件由轴承和支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路控制电源通向转子励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开。控制电路采用成熟技术。所述电源采用成熟技术。

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子，一种定子极对数的定子电枢磁场同步驱动具有相等转子极对数的可变极永磁转子。

传统三相交流变极电机、轭绕组多速单相交流电机和采用三相轭绕组变极定子的电机，采用笼形感应转子自动形成与定子极对数相等的转子极对数，实现转子与定子同时变极，这三种电机作为异步变极电机，其电机效率不高。双变极双馈异步电机，其控制电路通过三套集电环电刷控制单相交流励磁转子，切换励磁电流实现交变磁场转子极对数变极，实现转子与定子同时变极；作为异步变极电机，该电机效率也不高。本发明采用可变极永磁转子与可变极定子同时变极，是关于变极电机结构的创新。在本发明之前，存在永磁体组成的转子极对数不变的转子；本发明提出永磁体和可变磁体组成的、转子极对数可变的可变极永磁转子，是对转子结构的创新。本发明有益之处在于：相比上述四种异步变极电机，本发明作为同步变极电机效率更高。相比传统不变极的永磁同步电机，本发明可变极定子与可变极永磁转子同时变极，电机转速范围和转矩范围更大，启动性能更好。在此之前没有相同的双变极永磁同步电机。

本说明书在四个实施例中叙述定子极对数和转子极对数在1和2之间变极的、以及在1和3之间变极的双变极永磁同步电机；本发明也包含了在1*N和2*N之间变极的、以及在1*N和3*N之间变极的双变极永磁同步电机，N为自然数。业内技术人员可利用公开知识将后者推导出来，这些均属于发明的保护范围。

所述定子铁芯、转子铁芯、转子轴、电枢绕组、轭绕组、齿部绕组、励磁绕组、笼形感应转子、定子磁场、转子磁场、同步、转子交变磁场和极对数均为成熟技术。

附图说明

图1为三相轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例1示意图之一。

图2为三相轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例1示意图之二。

图3为三相齿部绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例1示意图之三。

图4为三相齿部绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例1示意图之四。

图5为二相轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例2示意图之一。

图6为二相轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例2示意图之二。

图7为二相齿部绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例2示意图之三。

图8为二相齿部绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例2示意图之四。

图9为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例3示意图之一。

图10为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例3示意图之二。

图11为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图三，也是实施例3示意图之三。

图12为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图四，也是实施例3示意图之四。

图13为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图五，也是实施例3示意图之五。

图14为直流二倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图六，也是实施例3示意图之六。

图15为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图一，也是实施例4示意图之一。

图16为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图二，也是实施例4示意图之二。

图17为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图三，也是实施例4示意图之三。

图18为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图四，也是实施例4示意图之四。

图19为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图五，也是实施例4示意图之五。

图20为直流三倍轭绕组电枢双变极永磁同步电机的剖面图六，也是实施例4示意图之六。

图21为图1的轴向A-A剖面图，也是实施例1示意图之五。

各图中，1为定子铁芯轭部，2为电枢绕组，3为定子铁芯齿部，4为转子铁芯，5为可变磁体，6为励磁绕组，7为永磁体，8为转子轴，9为可变极定子，10为可变极永磁转子，11为集电环。各电枢绕组、各励磁绕组以少数匝数电线（小圆圈）示意，实际电线匝数按实际需要设置。各轭绕组的相位序号标示在该轭部的外侧，各齿部绕组的相位序号标示在该齿部内。相位序号是电枢绕组标示的成熟技术。支承部件、机壳和控制电路等未画出，集电环电刷中的电刷未画出。各磁体形成的磁场方向如磁体中的箭头所示，无箭头的磁体处于消磁状态。各部件只示意相互关系，未反映实际尺寸。

具体实施方式

实施例1：三相轭绕组双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成。

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，是外定子，定子铁芯和电枢绕组均采用成熟技术。定子铁芯具有六段轭部六个齿部。电枢绕组采用轭绕组，流通三相交流电形成定子磁场。控制电路切换电枢电流实现定子对数变极。电枢绕组有六段轭绕组。在图1中这六段轭绕组顺时针依次分别流通+a相、+b相、+c相、+a相、+b相和+c相的三相交流电，形成具有两对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为2。在图2中这六段轭绕组顺时针依次分别流通+a相、-c相、+b相、-a相、+c相和-b相的三相交流电，形成具有一对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。图1与图2比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成，是内转子。转子铁芯有两段轭部两个齿部。磁体由一块永磁体和一块可变磁体组成，嵌入转子铁芯轭部，结构形式是表面嵌入式。围绕可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变转子极对数。在图1中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为2，在图2中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为1。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用记忆永磁材料铝镍钴材料，通过短时的励磁电流形成可变记忆励磁。

集电环电刷采用两套开关集电环电刷，为成熟技术。可变磁体的励磁绕组与控制电路通过集电环电刷形成电路连接。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使记忆永磁材料形成记忆磁场。参见图1，在图1中，短时正向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向向外。又参见图2，在图2中，短时反向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向向内。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，励磁绕组与控制电路不连通。短时励磁电流对记忆永磁材料的励磁、消磁是成熟技术。

支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路同时控制电源通向励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子。当定子极对数和转子极对数均为2时，三相交流电的每个周期，本实施例电机转动180度。当定子极对数和转子极对数均为1时，三相交流电的每个周期，本实施例电机转动360度。本实施例电机是额定转速可变速电机。图1的轴向A-A剖面参见图21，这是仿真结构简图。图中转子是可变极永磁转子，与两套集电环电刷的两个集电环连接。控制电路通过两套集电环电刷连接电源与励磁绕组，切换励磁电流改变转子极对数。

如果把本实施例的定子电枢绕组替换为六组齿部绕组，如图3和图4所示。在图3中这六组齿部绕组顺时针依次分别流通+a相、+b相、+c相、+a相、+b相和+c相交流电，形成具有两对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为2。在图4中这六组齿部绕组顺时针依次分别流通+a相、-c相、+b相、-a相、+c相和-b相交流电，形成具有一对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。图3与图4比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。匹配的可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件和机壳如本实施例前述不变，则形成三相齿部绕组双变极永磁同步电机，也是额定转速可变速电机。

实施例2：二相轭绕组双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成。

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，定子铁芯和电枢绕组均采用成熟技术。定子铁芯具有八段轭部八个齿部。电枢绕组采用轭绕组，流通二相交流电形成定子磁场。控制电路切换电枢电流实现定子对数变极。电枢绕组有八段轭绕组。在图5中这八段轭绕组顺时针依次分别流通+a相、+b相、-a相、-b相、+a相、+b相、-a相和-b相的二相交流电，形成具有两对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为2。在图6中这八段轭绕组顺时针依次分别流通+a相、+a相、+b相、+b相、-a相、-a相、-b相和-b相的二相交流电，形成具有一对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。图5与图6比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成。转子铁芯有四个齿部。磁体由二块永磁体和二块可变磁体组成，设置在转子铁芯齿部之间，结构形式是内部切向式。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变转子极对数。在图5中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为2，在图6中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为1。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用记忆永磁材料铝镍钴材料，通过短时的励磁电流，形成可变记忆磁场。

集电环电刷采用两套开关集电环电刷，为成熟技术。转子励磁绕组与控制电路通过集电环电刷相连接。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使可变磁体形成记忆磁场。参见图5，在图5中，短时正向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图5 中可变磁体中的箭头所示。又参见图6，在图6中，短时反向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图6中可变磁体中的箭头所示。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，励磁绕组与控制电路不连通。

支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路同时控制电源通向励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子。当定子极对数和转子极对数均为2时，三相交流电的每个周期，本实施例电机转动180度。当定子极对数和转子极对数均为1时，三相交流电的每个周期，本实施例电机转动360度。本实施例电机是额定转速可变速电机。

如果把本实施例的定子电枢绕组替换为八组齿部绕组，如图7和图8所示。在图7中这八组齿部绕组顺时针依次分别流通+a相、+b相、-a相、-b相、+a相、+b相、-a相和-b相的二相交流电，形成具有两对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为2。在图8中这八组齿部绕组顺时针依次分别流通+a相、+a相、+b相、+b相、-a相、-a相、-b相和-b相的二相交流电，形成具有一对磁极的定子磁场，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。图7与图8比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。匹配的可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件和机壳如本实施例前述不变，则形成二相齿部绕组双变极永磁同步电机，也是额定转速可变速电机。

实施例3：直流二倍轭绕组双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成。

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，定子铁芯和电枢绕组均采用成熟技术。定子铁芯具有八段轭部八个齿部。电枢绕组采用轭绕组，流通直流电形成定子磁场。控制电路切换电枢电流实现定子对数变极。电枢绕组有八段轭绕组，编号分别为a、b、c、d、e、f、g和h。这八段轭绕组顺时针依次布置，八段轭绕组形成一对齿部磁极的正向通电法有三种，是一号正法、二号正法和三号正法，八段轭绕组形成一对齿部磁极的逆向通电法有三种，是一号逆法、二号逆法和三号逆法。一号正法是：八段轭绕组第1步依次分别流通+、+、+、+、-、-、-和-的直流电，其中形成顺时针指向轭部磁场的直流电为+直流电，形成逆时针指向轭部磁场的直流电为-直流电，参见图9，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第2步依次分别流通-、+、+、+、+、-、-和-的直流电，参见图10，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第3步依次分别流通-、-、+、+、+、+、-和-的直流电，参见图11，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示。从图9、图10和图11可知，每一步，一对齿部磁极的位置均比上一步的位置顺时针前进45度。同理可推知第4步、第5步、第6步、第7步和第8步的直流电通电法和一对齿部磁极的转动方式。一号正法每八步为一个通电周期，该电机一个通电周期定子磁场转动360度，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。二号正法、三号正法、一号逆法、二号逆法和三号逆法依此类推，或参见2022年3月申报发明的《轭绕组少极多速直流电子》说明书。

八段轭绕组形成二对齿部磁极的正向通电法有一号正法，八段轭绕组形成二对齿部磁极的逆向通电法有一号逆法。一号正法是：八段轭绕组第1步依次分别流通+、+、-、-、+、+、-和-的直流电，参见图12，二对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第2步依次分别流通-、+、+、-、-、+、+和-的直流电，参见图13，二对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第3步依次分别流通-、-、+、+、-、-、+和+的直流电，参见图14，二对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示。从图12、图13和图14可知，每一步，二对齿部磁极的位置均比上一步的位置顺时针前进45度。同理可推知第4步的直流电通电法和二对齿部磁极的转动方式。一号正法每四步为一个周期，该电机一个周期定子磁场转动180 度，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为2。一号逆法可依此类推。图9与图12比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成。转子铁芯有四个齿部。磁体由二块永磁体和二块可变磁体组成，设置在转子铁芯齿部之间，结构形式是内部切向式。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变转子极对数。在图9、图10和图11中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为1，在图12、图13和图14中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为2。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用软磁材料硅钢材料，通过持续的励磁电流形成可变磁场，无励磁电流时不形成磁场。

集电环电刷采用两套普通集电环电刷，为成熟技术。可变磁体的励磁绕组与控制电路通过集电环电刷相连接。在图9、图10和图11中，持续正向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图中可变磁体中的箭头所示。在图12、图13和图14中，持续反向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图中可变磁体中的箭头所示。励磁电流对软磁材料的励磁、消磁是成熟技术。

支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路同时控制电源通向可变磁体励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子。本实施例电机是额定转速可变速电机。

实施例4：直流三倍轭绕组双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成。

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，定子铁芯和电枢绕组均采用成熟技术。定子铁芯具有十二段轭部十二个齿部。电枢绕组采用轭绕组，流通直流电形成定子磁场。控制电路切换电枢电流实现定子对数变极。电枢绕组有十二段轭绕组，编号分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k和l。这十二段轭绕组顺时针依次布置，十二段轭绕组形成一对齿部磁极的正向通电法有五种，是一号正法、二号正法、三号正法、四号正法和五号正法，十二段轭绕组形成一对齿部磁极的逆向通电法有五种，是一号逆法、二号逆法、三号逆法、四号逆法和五号逆法。一号正法是：十二段轭绕组第1步依次分别流通+、+、+、+、+、+、-、-、-、-、-和-的直流电，其中形成顺时针指向轭部磁场的直流电为+直流电，形成逆时针指向轭部磁场的直流电为-直流电，参见图15，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第2步依次分别流通-、+、+、+、+、+、+、-、-、-、-和-的直流电，参见图16，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第3步依次分别流通-、-、+、+、+、+、+、+、-、-、-和-的直流电，参见图17，一对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示。从图15、图16和图17可知，每一步，一对齿部磁极的位置均比上一步的位置顺时针前进30度。同理可推知第4步、第5步、第6步、第7步、第8步、第9步、第10步、第11步和第12步的直流电通电法和一对齿部磁极的转动方式。一号正法每十二步为一个通电周期，该电机一个通电周期定子磁场转动360度，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为1。二号正法、三号正法、四号正法、五号正法、一号逆法、二号逆法、三号逆法、四号逆法和五号逆法依此类推，或参见2022年3月申报发明的《轭绕组少极多速直流定子》说明书。

十二段轭绕组形成三对齿部磁极的正向通电法有一号正法，十二段轭绕组形成三对齿部磁极的逆向通电法有一号逆法。一号正法是：十二段轭绕组第1步依次分别流通+、+、-、-、+、+、-、-、+、+、-和-的直流电，参见图18，三对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第2步依次分别流通-、+、+、-、-、+、+、-、-、+、+和-的直流电，参见图19，三对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示；第3步依次分别流通-、-、+、+、-、-、+、+、-、-、+和+的直流电，参见图20，三对齿部磁极如图中转子铁芯齿部内的N和S所标示。从图18、图19和图20可知，每一步，三对齿部磁极的位置均比上一步的位置顺时针前进30度。同理可推知第4步的直流电通电法和二对齿部磁极的转动方式。一号正法每四步为一个通电周期，该电机一个通电周期定子磁场转动120 度，磁场转动方向为顺时针，定子极对数为3。一号逆法可依此类推。图15与图18比较，控制电路切换了电枢绕组的电枢电流，就改变了定子极对数。

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成。转子铁芯有六个齿部。磁体由四块永磁体和二块可变磁体组成，设置在转子铁芯齿部之间，结构形式是内部切向式。围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变永磁体与可变磁体形成的转子极对数。在图15、图16和图17中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为1，在图18、图19和图20中永磁体和可变磁体形成的转子极对数为3。本实施例永磁体采用钕铁硼材料，具有永久励磁。可变磁体采用记忆永磁材料铝镍钴材料，通过短时的励磁电流，形成可变记忆磁场。

集电环电刷采用两套开关集电环电刷，为成熟技术。可变磁体的励磁绕组与控制电路通过集电环电刷相连接。开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离。当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使可变磁体形成记忆磁场。在图15、图16和图17中，短时正向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图中可变磁体中的箭头所示。在图18、图19和图20中，短时反向励磁电流使可变磁体形成的磁场方向如图中可变磁体中的箭头所示。当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，励磁绕组与控制电路不连通。

支承部件由轴承、支架等组成。机壳保护电机。均采用成熟技术。

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路同时控制电源通向可变磁体励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数。控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开。控制电路采用成熟技术。电源采用成熟技术。

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子。本实施例电机是额定转速可变速电机。

以上各实施例中，未显示定子的极弧、齿宽、齿高（极高）、齿形、轭厚度、线径、匝数和转子的详细性质等指标，对这些指标的优化选取均采用成熟技术。

Claims (2)

1.双变极永磁同步电机，由可变极定子、可变极永磁转子、集电环电刷、支承部件、机壳和控制电路组成，特征在于：可变极定子电枢绕组流通三相交流电、二相交流电或直流电形成定子磁场，控制电路切换电枢电流实现定子极对数变极，可变极永磁转子采用永磁体和可变磁体形成转子磁场，控制电路切换可变磁体的励磁电流实现转子极对数变极，定子极对数与转子极对数同时变极，定子极对数等于转子极对数；

可变极定子由定子铁芯和电枢绕组组成，电枢绕组由导线绕制而成，包括轭绕组和齿部绕组，控制电路切换电枢电流实现定子极对数变极；

可变极永磁转子由转子铁芯、转子轴、磁体和励磁绕组组成，其中磁体由多块永磁体和多块可变磁体组成，可变磁体选择采用软磁材料或记忆永磁材料这两者之一，围绕每块可变磁体设置励磁绕组，励磁绕组通过集电环电刷与控制电路连接，励磁电流被控制电路控制，切换励磁电流可以切换可变磁体形成的磁场，从而改变转子极对数；可变磁体选择采用软磁材料时，通过持续的励磁电流形成可变磁场；

集电环电刷采用两套集电环电刷，选择采用普通集电环电刷和开关集电环电刷这两者之一，转子励磁绕组与控制电路通过集电环电刷相连接，当可变磁体采用软磁材料时，集电环电刷采用普通集电环电刷，普通集电环电刷的电刷持续保持与集电环接触，控制电路通过普通集电环电刷持续给励磁绕组提供励磁电流使软磁材料形成持续磁场；

支承部件由轴承和支架等组成；机壳保护电机；

控制电路控制电源通向定子电枢绕组的电枢电流，控制电路控制电源通向励磁绕组的励磁电流，使定子极对数与转子极对数同步变极，使定子极对数等于转子极对数；控制电路也控制开关集电环电刷上机械开关的闭合与断开；

可变极定子按同步关系驱动可变极永磁转子，一种定子极对数的定子电枢磁场同步驱动具有相等转子极对数的可变极永磁转子。

2.如权利要求1所述的双变极永磁同步电机，可变磁体替换为选择采用记忆永磁材料时，通过短时的励磁电流形成可变记忆磁场；可变磁体替换为采用记忆永磁材料时，集电环电刷采用开关集电环电刷，开关集电环电刷在电刷上设置机械开关控制电刷与集电环的接触与分离，当需要流通电流时，机械开关闭合，电刷与集电环接触，励磁绕组与控制电路连通，控制电路给励磁绕组提供短时励磁电流使记忆永磁材料形成记忆磁场；当不需要流通电流时，机械开关断开，电刷与集电环分离无摩擦，控制电路与励磁绕组不连通。

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