CN116130203B - 一种永磁电机原位整体充退磁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机原位整体充退磁方法，包括如下步骤：将预先制作完成的绝缘层和金属薄片交替沿着组装完成的永磁电机定子和转子间气隙插入，接着放入定子或转子上的待充磁或退磁的磁极间隙中，绝缘层和金属薄片的尺寸结构相同，绝缘层和金属薄片交替堆叠构成线圈；将线圈接入电源，当需对永磁电机进行充磁或补充磁操作时，在线圈两端通入电流，使线圈产生的磁场方向与待充磁磁极的充磁方向相同；当无法通过补充磁对永磁电机进行维护时，对永磁电机进行退磁操作，在线圈两端通入交流衰减电流。本发明可有效解决传统在定转子装配前对永磁体进行充磁，存在定转子装配困难、维护成本高和污染大的问题。

Description

一种永磁电机原位整体充退磁方法

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机原位整体充退磁方法。

背景技术

永磁电机的永磁磁体系统通常包含多对磁极，每个磁极由一个或多个独立的永磁体产生的磁场叠加而成，而永磁体又由单块或多块永磁块组成。由于永磁体拥有非常强的磁力，所以永磁电机中永磁体的安装成为一个难题。通过利用整体充磁技术，即先将未充磁磁块安装至永磁电机上后再充磁，能一定程度的解决上述问题，目前永磁电机制造中主要有以下两种整体充磁的方式，第一种是利用定子绕组充磁，先将装有未充磁永磁体的转子和定子装配，然后通过对定子绕组通入励磁电流，将永磁电机中的未充磁永磁体磁化为永磁体；第二种是通过专门的充磁设备，即首先将未充磁永磁体装配到转子上，然后使用专门的充磁设备将转子中的未充磁永磁体磁化为永磁体后，再将转子装配到定子，形成一个完整的永磁电机。

对于定子绕组充磁方式，无需额外充磁线圈，操作简单且节约成本，但由于定子绕组的绝缘和散热能力有限，较难产生很高的充磁磁动势，并且电机体积越大，定子绕组等效磁动势中心与永磁体的距离越远，越难以实现饱和充磁，仅适用于瓦级或千瓦级的小功率永磁电机。

而专门的充磁设备，具有较好的散热能力和更大的线圈放置空间，可以产生较高的磁动势，适用于更高功率的永磁电机的整体充磁，一定程度解决了上述定子绕组充磁存在的问题。但是依然是带磁性转子与定子进行装配，由于存在巨大电磁力，难以装配的问题依旧存在；并且装配完成后若转子磁极出现永磁体失磁、磁块破损等问题，导致电机性能下降，无法满足运行性能需求，只能整机进行热退磁后，再进行拆解和维修，热退磁过程中磁极破损率高，并需要体积庞大的烘箱加热，整个维护成本很高，并且伴随严重的污染。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁电机原位整体充退磁方法，旨在解决传统在定转子装配前对永磁体进行充磁，存在定转子装配困难、维护成本高和污染大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种永磁电机原位整体充退磁方法，包括如下步骤：

(1)将预先制作完成的绝缘层和金属薄片交替沿着组装完成的永磁电机定子和转子间气隙插入，接着放入定子或转子上的待充磁或退磁的磁极间隙中；其中，所述绝缘层和金属薄片的尺寸结构相同，所述绝缘层和金属薄片交替堆叠构成线圈；

(2)将线圈接入电源，然后根据永磁电机充退磁的不同需求，在线圈两端通入不同的电流，完成对永磁电机的充退磁操作；

其中，当需对永磁电机进行充磁或补充磁操作时，在线圈两端通入电流，使线圈产生的磁场方向与待充磁磁极的充磁方向相同；当无法通过补充磁对永磁电机进行维护时，对永磁电机进行退磁操作，即在线圈两端通入交流衰减电流。

在其中一个实施例中，所述补充磁操作的情况包括定子或转子上的磁极失磁或性能下降的情况。

在其中一个实施例中，所述金属薄片为铜质薄片，所述绝缘层和铜质薄片交替堆叠构成的线圈的底部内凹、且弧度与待充磁或退磁的磁极所在骨架的外表面相匹配。

在其中一个实施例中，各磁极上所对应的线圈为方形结构。

在其中一个实施例中，各磁极上所对应的线圈为半开口方形结构。

在其中一个实施例中，各磁极上所对应的线圈为两个L型结构组装成的矩形结构。

在其中一个实施例中，各磁极上所对应的线圈为两个U型结构组装成的跑道型结构。

在其中一个实施例中，当需对永磁电机定子或转子上的磁极进行充磁或退磁操作时，整个定子或转子上所对应的线圈构成矩形波型结构。

本发明提供的永磁电机原位整体充退磁方法，具有如下效果：

(1)本发明能够最大限度地解决永磁电机充磁过程中装配困难的问题。相较于传统的装配后充磁方式，本发明可以在电机定转子安装完成后再将充磁线圈插入磁极间隙之间进行充磁，不仅具有传统装配后充磁已解决永磁体装配困难的特性，同时也可避免因永磁体已经具有磁性而使得定转子安装困难的问题，从而在最大限度上解决永磁电机充磁装配过程的困难。

(2)本发明能够实现对永磁电机磁极进行在线原位补充磁。由于传统永磁电机磁极维护方式需要将电机从安装位置取下，并先将电机中的永磁体进行退磁处理，接着将电机的定转子拆开，最后进行维护再充磁，这个过程十分的费时费力且成本高昂，同时伴随有损坏电机定转子与磁极的风险。而利用本发明提供的充退磁方法，则只需取下永磁电机端盖，将线圈插入磁极间隙之间并通入电流，即可实现磁极永磁体在线原位补充磁，有效节省人力物力与资源成本，提高效率的同时可有效避免定转子拆卸过程中可能存在的风险。此外，本发明还可实现永磁体的原位退磁。传统退磁方案需要将永磁电机从已安装地方取下，这个过程需要耗费大量的人力、物力以及资源成本。本发明可以使永磁电机保持在原有位置的基础上，不解除安装，仅需取下电机端盖，接着将线圈插入待退磁磁极间间隙处，对线圈通入交变衰减电流即可对待退磁永磁体实现原位退磁。

(3)本发明可以解决永磁体的退磁过程中的污染以及损耗问题。传统热退磁方案所产生的污染较大，同时对永磁体表面防氧化层以及绕组绝缘造成一定的损害，相较于传统热退磁方案，本发明只需将发明中提及的线圈插入待退磁磁极间间隙处，接着重复上述退磁过程，而无需使用大功率热烘箱对永磁体进行加热退磁，可解决传统热退磁中污染大、能耗高的问题。且本发明对充磁电源以及线圈加固结构要求降低，与传统充磁方法相比，由于本发明提供的线圈可紧贴未充磁永磁体表面，同时可利用永磁电机中为永磁体设计的低磁阻磁路，从而使得充磁电源的要求大幅降低。另外，由于本方法充磁电流大幅减小，因此电磁力也大幅减小，从而可降低对线圈加固结构强度的要求。

(4)本发明对永磁电机的结构改动较小。针对部分磁极之间留有较大间隙的永磁电机而言，本发明无需对其进行结构上的改动。而针对部分磁极间空隙较小或不足以放入充磁线圈的永磁电机而言，仅需对其在加工时将线圈所占空间一并加工出来即可，对电机的改动需求量较小。

(5)本发明不增加永磁电机的体积和重量。由于本发明在对永磁体完成充磁之后即取出，因此不会增加永磁电机的体积和重量。而对于部分需改动电机结构的永磁电机而言，由于需留出充磁线圈的空间，而在永磁体完成充磁后即取出充磁线圈，充磁线圈所占据空间相较于原电机结构相当于空出了，因此永磁电机的重量不会增加。

(6)本发明可以使得定转子间气隙空间减少。本发明在定转子装配完成后对电机进行整体充磁，使得定转子装配的过程是不带磁性进行操作的。原本定转子间需要留出较大气隙防止定转子在带磁性装配时发生碰撞造成损坏，在采用本发明后可以减小因此留出的气隙空间，从而减小定转子间气隙，增大磁极在定子中产生磁场。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的永磁电机原位整体充退磁方法的流程图；

图2(a)是本发明实施例1提供的单片铜质薄片的结构示意图；

图2(b)是本发明实施例1提供的一磁极上所对应的线圈的结构示意图；

图3(a)是本发明实施例1提供的单片铜质薄片放入磁极间隙中的结构示意图；

图3(b)是本发明实施例1提供的线圈放入转子磁极间隙中的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的充退磁方法的流程图；

图5是本发明提供的无需加工的永磁电机转子磁极模型图；

图6是本发明实施例2提供的一磁极上所对应的线圈的结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的线圈放入转子磁极间隙中的结构示意图；

图8(a)是本发明提供的永磁电机的永磁体装入转子、以及定转子转配的安装过程示意图；

图8(b)是本发明实施例2提供的线圈放入转子磁极间隙中的安装过程示意图；

图9是本发明实施例2提供的充退磁方法的流程图；

图10是本发明实施例2提供的退磁过程示意图；

图11是本发明实施例2提供的退磁流程图；

图12是本发明实施例3提供的线圈放入转子磁极间隙中的结构示意图；

图13(a)和图13(b)是本发明实施例4提供的一磁极上所对应的线圈的两种结构示意图；

图14是本发明实施例4提供的充退磁方法的流程图；

图15是本发明实施例5提供的一磁极上所对应的线圈的结构示意图；

图16是本发明实施例5提供的所有磁极上所对应的线圈的整体结构示意图

图17是本发明实施例5提供的线圈放入转子磁极间隙中的结构示意图；

图18是本发明实施例5提供的线圈放入转子磁极间隙中的案子过程示意图；

图19是本发明实施例5提供的线圈一部分在充磁情况下，线圈中的电流情况以及其产生的磁场情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决传统在定转子装配前对永磁体进行充磁，存在定转子装配困难、维护成本高和污染大的问题，对此，本发明提供了一种永磁电机原位整体充退磁方法，如图1所示，包括步骤S10～S30，详述如下：

S10，将预先制作完成的绝缘层和金属薄片交替沿着组装完成的定子和转子间气隙插入，接着放入定子或转子上的待充磁或退磁的磁极间隙中。

其中，绝缘层和金属薄片的尺寸结构相同，绝缘层和金属薄片交替堆叠构成线圈。

S20，将线圈接入电源，然后根据永磁电机充退磁的不同需求，在线圈两端通入不同的电流，完成对永磁电机的充退磁操作。

具体地，当需对永磁电机定子或转子上的未充磁磁极进行充磁时，在线圈两端通入电流，使线圈产生的磁场方向与待充磁磁极的充磁方向相同，将未充磁磁极磁化为永磁体，实现永磁电机的充磁。当永磁电机出现转子或定子磁极失磁、性能下降等问题时，可继续重复上述充磁方法对失磁或性能下降的磁极进行补充磁。

当无法通过补充磁对永磁电机进行维护时，可对永磁电机进行退磁操作时，即将永磁电机端盖取下，将预先制作完成的绝缘层和金属薄片交替插入待退磁磁极间隙中，然后在绝缘层和金属薄片交替堆叠构成的线圈中通入交流衰减电流，从而实现对待退磁永磁体的原位退磁。

本实施例提供的永磁电机原位整体充退磁方法，具有如下效果：

(1)本实施例能够最大限度地解决永磁电机充磁过程中装配困难的问题。相较于传统的装配后充磁方式，本实施例可以在电机定转子安装完成后再将充磁线圈插入磁极间隙之间进行充磁，不仅具有传统装配后充磁已解决永磁体装配困难的特性，同时也可避免因永磁体已经具有磁性而使得定转子安装困难的问题，从而在最大限度上解决永磁电机充磁装配过程的困难。

(2)本实施例能够实现对永磁电机磁极进行在线原位补充磁。由于传统永磁电机磁极维护方式需要将电机从安装位置取下，并先将电机中的永磁体进行退磁处理，接着将电机的定转子拆开，最后进行维护再充磁，这个过程十分的费时费力且成本高昂，同时伴随有损坏电机定转子与磁极的风险。而利用本实施例提供的充退磁方法，则只需取下永磁电机端盖，将线圈插入磁极间隙之间并通入电流，即可实现磁极永磁体在线原位补充磁，有效节省人力物力与资源成本，提高效率的同时可有效避免定转子拆卸过程中可能存在的风险。此外，本实施例还可实现永磁体的原位退磁。传统退磁方案需要将永磁电机从已安装地方取下，这个过程需要耗费大量的人力、物力以及资源成本。本实施例可以使永磁电机保持在原有位置的基础上，不解除安装，仅需取下电机端盖，接着将线圈插入待退磁磁极间间隙处，对线圈通入交变衰减电流即可对待退磁永磁体实现原位退磁。

(3)本实施例可以解决永磁体的退磁过程中的污染以及损耗问题。传统热退磁方案所产生的污染较大，同时对永磁体表面防氧化层以及绕组绝缘造成一定的损害，相较于传统热退磁方案，本实施例只需将发明中提及的线圈插入待退磁磁极间间隙处，接着重复上述退磁过程，而无需使用大功率热烘箱对永磁体进行加热退磁，可解决传统热退磁中污染大、能耗高的问题。且本实施例对充磁电源以及线圈加固结构要求降低，与传统充磁方法相比，由于本实施例提供的线圈可紧贴未充磁永磁体表面，同时可利用永磁电机中为永磁体设计的低磁阻磁路，从而使得充磁电源的要求大幅降低。另外，由于本方法充磁电流大幅减小，因此电磁力也大幅减小，从而可降低对线圈加固结构强度的要求。

(4)本实施例对永磁电机的结构改动较小。针对部分磁极之间留有较大间隙的永磁电机而言，本实施例无需对其进行结构上的改动。而针对部分磁极间空隙较小或不足以放入充磁线圈的永磁电机而言，仅需对其在加工时将线圈所占空间一并加工出来即可，对电机的改动需求量较小。

(5)本实施例不增加永磁电机的体积和重量。由于本实施例在对永磁体完成充磁之后即取出，因此不会增加永磁电机的体积和重量。而对于部分需改动电机结构的永磁电机而言，由于需留出充磁线圈的空间，而在永磁体完成充磁后即取出充磁线圈，充磁线圈所占据空间相较于原电机结构相当于空出了，因此永磁电机的重量不会增加。

(6)本实施例可以使得定转子间气隙空间减少。本实施例在定转子装配完成后对电机进行整体充磁，使得定转子装配的过程是不带磁性进行操作的。原本定转子间需要留出较大气隙防止定转子在带磁性装配时发生碰撞造成损坏，在采用本实施例后可以减小因此留出的气隙空间，从而减小定转子间气隙，增大磁极在定子中产生磁场。

需要说明的是，对于采用本实施例提出的线圈，可采用多种不同的结构对永磁体进行充退磁，同时在线圈的数量上，可以采用单线圈或多线圈的方法。以下结合具体实施例进行详细说明：

实施例一展示了一种采用类Bitter式线圈对永磁电机转子上磁极进行充退磁的方法。本实施例中的充磁线圈采用了一种由多片柔性铜片堆叠而成的线圈对永磁电机永磁体进行原位充磁。本实施例中所采用的线圈如图2(a)、图2(b)所示。图2(a)展示金属薄片由铜制成，由于将铜片压制得很薄，因此该铜片质地柔软，可以按照需求弯曲至需求的形状如图2(a)所示。将该铜片沿着转子与定子之间气隙插入，插入后由于在铜片中间已经预留出了磁钢盒的空间，因此可以直接下放至转子骨架上，如图3(a)所示。在每一层的铜片上堆叠上一层形状几乎相同的绝缘片，堆叠方式与Bitter线圈类似，即形成如图2(b)所示的充磁线圈整体，在电机转子上的模型如图3(b)所示。由于铜片与绝缘层都是按照Bitter线圈设计，因此在堆叠完成后，各铜片串联成一组线圈，在该线圈两端按照充磁或退磁的需求通入不同的电流，即可完成永磁体的充退磁操作。充退磁流程如图4所示。

实施例二展示了一种半开口型线圈对永磁电机转子上磁极进行充退磁的方法。图5所示的是一种无需加工的永磁电机转子磁极模型，对于部分需要加工的永磁电机，加工后的电机转子磁极模型也可参照此图。本发明中充磁线圈形状应为半开口型，图6所展示了充磁线圈结构的一种示例，图7展示了充磁线圈插入永磁电机磁极间间隙的方式。图8(a)展示的是将永磁电机的永磁体装入转子，以及定转子装配的过程。图8(b)展示了本发明所提出的，将半开口型充磁线圈插入装配好的永磁电机进行原位整体充磁的方法。在定转子装配完成之后，直接在转子磁极间隙中插入半开口型充磁线圈，接着对充磁线圈进行充电，实现对待充磁磁极进行充磁。图9阐述了永磁电机原位整体充磁的方法流程。

图10所示为一永磁电机原位退磁的过程。首先将电机的端盖取下，接着将本发明提出的半开口型线圈插入磁极间隙当中，对线圈通入逐渐衰减的交流电，退磁完成后将线圈取出即可，实现永磁体的原位退磁。图11阐述了永磁电机原位整体退磁的方法流程。

实施例三展示了采用多线圈对永磁电机进行原位充退磁的方法。

针对前述单线圈对永磁电机永磁体进行充磁的方式，这里提出的多线圈原位整体充退磁方案可以在同一时间对多个磁极进行充退磁工作。图12所示，在定转子已组装完成的多个永磁电机转子磁极间隙中插入图6所示例的半开口型充退磁线圈，并对其同时进行供电，当需要进行充磁操作时，通入使得线圈产生与待充磁永磁体磁场方向相同磁场的电流；当需要进行退磁操作时，即通入逐渐衰减的交变电流，由此可以同时对永磁电机的多个永磁体进行原位充退磁操作。

实施例四展示了一种组装式的线圈对永磁电机进行原位充退磁的方法。这种组装式的线圈实际形式不限于本实例中所展示的两种情况。图13(a)和图13(b)所示，分别为两种组装式的线圈，从外观上看，即为将一完整的矩形线圈或跑道型线圈拆分成对称的两个部分。首先将永磁电机的端盖取下，接着将这两个部分分别单独从永磁电机的两个端部插入电机转子磁极间隙中，插入方式与前述实例相同，接着对组装式线圈的两个部分进行组装，将两个部分的各自其中一个端部进行相互连接，保证可以流过电流之后，对两个部分各自的另一端部接入电源，根据充退磁的不同需求进行充电，以完成对永磁体的充退磁操作。通过组装式线圈对永磁体进行充退磁的操作流程如图14所示。

实施例五展示了一种矩形波型线圈对永磁电机进行原位充退磁的方法。本实例中提出的线圈由铜质薄片叠加而成，单个铜质薄片如图15所示。将单个铜质薄片沿着组装完成的定转子间气隙插入，接着放入转子极间间隙之中，然后重复上述操作放入下一段并与上一段铜片相串联，最终完成的单层线圈如图16所示，在电机转子上的模型如图17所示。完成铜片的铺设后，接着将绝缘层同样按照放入铜片的方式放入电机转子极间间隙之中。在安装完绝缘层后，下一层的铜片方向则与第一层铜片相反，具体如图18所示，如此重复上述操作，最终完成矩形波型线圈的安装。安装完成后将线圈接入电源，根绝充退磁的不同需求通入不同的电流，最终完成对永磁体的充退磁操作。图19展示了该线圈一部分在充磁情况下，线圈中的电流情况以及其产生的磁场情况。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将预先制作完成的绝缘层和金属薄片交替沿着组装完成的永磁电机定子和转子间气隙插入，接着放入定子或转子上的待充磁或退磁的磁极间隙中；其中，所述绝缘层和金属薄片的尺寸结构相同，所述绝缘层和金属薄片交替堆叠构成线圈，所述金属薄片为铜质薄片，所述绝缘层和铜质薄片交替堆叠构成的线圈的底部内凹、且弧度与待充磁或退磁的磁极所在骨架的外表面相匹配；

(2)将线圈接入电源，然后根据永磁电机充退磁的不同需求，在线圈两端通入不同的电流，完成对永磁电机的充退磁操作，并当充退磁操作完成后，将所述线圈取出；

其中，当需对永磁电机进行充磁或补充磁操作时，在线圈两端通入电流，使线圈产生的磁场方向与待充磁磁极的充磁方向相同；当无法通过补充磁对永磁电机进行维护时，对永磁电机进行退磁操作，即在线圈两端通入交流衰减电流。

2.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，所述补充磁操作的情况包括定子或转子上的磁极失磁或性能下降的情况。

3.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，各磁极上所对应的线圈为方形结构。

4.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，各磁极上所对应的线圈为半开口方形结构。

5.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，各磁极上所对应的线圈为两个L型结构组装成的矩形结构。

6.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，各磁极上所对应的线圈为两个U型结构组装成的跑道型结构。

7.根据权利要求1所述的永磁电机原位整体充退磁方法，其特征在于，当需对永磁电机定子或转子上的磁极进行充磁或退磁操作时，整个定子或转子上所对应的线圈为矩形波型结构。