CN116317248A - 一种复合调磁型变磁通电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合调磁型变磁通电机，涉及电机技术领域。本发明包括；定子，所述定子上安装有电枢绕组；混合永磁转子，所述混合永磁转子转动连接在所述定子的内侧；所述混合永磁转子包括转子铁心，所述转子铁心的侧壁上呈周向均匀布设有若干个磁极组件；所述磁极组件包括内嵌在所述转子铁心侧壁外缘的第一永磁体。本发明中通过磁桥的设计可以实现漏磁通的可变调节，此外，通过内外双层永磁结构进一步结合了变漏磁调磁原理与记忆电机调磁机理，可以更加快速准确地调节气隙磁通，有效地拓宽了调速范围，结合了两种可变磁通电机在高低速运行中的性能优势，进而实现高效率区的全域覆盖。

Description

一种复合调磁型变磁通电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为一种复合调磁型变磁通电机。

背景技术

永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMachine，PMSM)多采用高矫顽力的永磁材料(如钕铁硼)，故具有高功率、高转矩密度和高效率的优点，因而而被广泛用于航空航天、舰船推进、电动汽车等众多领域。然而由于传统PMSM永磁体具有高矫顽力的特性，传统PMSM的气隙磁场难以调节，因此当其作为电动机运行时，调速范围十分有限，存在着“低速高转矩”和“高速高功率”这一对关键矛盾。

近年来许多学者提出了各种各样的磁通调节方法，大致将其分为五类：分别是混合励磁、机械调磁、绕组复用、变漏磁以及记忆电机，其中前三类电机分别通过引入附加励磁源、机械或电力电子装置实现调磁，但相应存在电励磁损耗大、调磁难度高和系统可靠性低等问题，而后两类电机无需添加额外装置，通过改变电流调节气隙磁通，从而拓宽调速范围，降低高速弱磁铜耗，提升电机效率；变漏磁式永磁(VariableLeakageFluxPermanentMagnet，VLFPM)电机通过在磁极之间设置不同的漏磁路径，利用负载电流改变漏磁路饱和程度进行调磁；可变磁通记忆电机(VariableFluxMemoryMachine，VFMM)利用低矫顽力永磁体，通过施加不同的脉冲电流改变永磁体磁化状态从而实现调磁；变漏磁式电机由于调磁范围较窄，一定程度上牺牲了高速低载效率，但额外磁桥的设计有助于高速化运行；记忆电机调磁能力较优，可拓宽高速高效区域，但低矫顽力永磁的使用导致峰值转矩与低速效率受限，故可知单一调磁型变磁通电机高低速性能存在相互制约的情况，难以满足全域高效的需求，为此，我们提出一种复合调磁型变磁通电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合调磁型变磁通电机，能够结合变漏磁式永磁电机与记忆电机各自的优势，拓宽调速范围，提升转矩密度，减小所需磁化电流。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复合调磁型变磁通电机，包括：

定子，所述定子上安装有电枢绕组；

混合永磁转子，所述混合永磁转子转动连接在所述定子的内侧；

所述混合永磁转子包括转子铁心，所述转子铁心的侧壁上呈周向均匀布设有若干个磁极组件；

所述磁极组件包括内嵌在所述转子铁心侧壁外缘的第一永磁体，所述转子铁心的侧壁内缘安装有多个第二永磁体，且第一永磁体的矫顽力小于第二永磁体的矫顽力；

所述第二永磁体的两侧布设有磁桥。

进一步的，所述磁极组件中的第一永磁体与第二永磁体均为平行充磁。

进一步的，所述磁极组件的数量为偶数，且每个磁极组件均为内、外双层结构。

进一步的，所述磁极组件的外层结构为呈一字型布设的第一永磁体，且第一永磁体为铝镍钴永磁体。

进一步的，所述磁极组件的内层结构包括三个第二永磁体，其中一个第二永磁体与第一永磁体平行布设，另外两个永磁体分别布设在该第二永磁体的两端，并与之分别形成夹角。

进一步的，所述磁桥分别布设在所述内层结构的两侧。

进一步的，每个磁极组件的第二永磁体与磁桥构成并联磁路，然后第二永磁体与磁桥整体再与第一永磁体构成串联磁路。

进一步的，所述第二永磁体为钕铁硼永磁体。

进一步的，所述混合永磁转子的中心位置安装有转轴。

进一步的，所述定子与混合永磁转子之间设置有空气隙。

本发明至少具备以下有益效果：

本发明中通过磁桥的设计可以实现漏磁通的可变调节，此外，通过内外双层永磁结构进一步结合了变漏磁调磁原理与记忆电机调磁机理，可以更加快速准确地调节气隙磁通，有效地拓宽了调速范围，结合了两种可变磁通电机在高低速运行中的性能优势，进而实现高效率区的全域覆盖。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的电机横截面结构图；

图2为本发明实施例的增磁状态的磁力线分布图；

图3为本发明实施例的弱磁状态的磁力线分布图。

附图标记：

1、定子；11、定子齿；12、定子轭；13、定子槽；2、电枢绕组；3、混合永磁转子；31、第一永磁体；32、第二永磁体；33、磁桥；34、转子铁心；4、转轴。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

变漏磁式永磁电机在高速低载下的效率不高，记忆电机中永磁体的低矫顽力特性导致其峰值转矩与低速下的效率受限。因此，将两种单一调磁型变磁通电机创造性结合，有助于快速准确地调节气隙磁场，满足高低速运行对电机电磁性能的要求。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种复合调磁型变磁通电机，包括：定子1，定子1上安装有电枢绕组2；

混合永磁转子3，混合永磁转子3转动连接在定子1的内侧；

混合永磁转子3包括转子铁心34，转子铁心34的侧壁上呈周向均匀布设有若干个磁极组件；

磁极组件包括内嵌在转子铁心34侧壁外缘的第一永磁体31，转子铁心34的侧壁内缘安装有多个第二永磁体32，且第一永磁体31的矫顽力小于第二永磁体32的矫顽力；

第二永磁体32的两侧布设有磁桥33。

需要说明的是，混合永磁转子3的中心位置安装有转轴4，定子1、混合永磁转子3和转轴4从外到内依次设置，且定子1包括定子轭12，定子轭12与混合永磁转子3之间设置有定子齿11，相邻的两个定子齿11之间形成空腔即为定子槽13，用于放置缠绕在定子齿11上的三相电枢绕组2，定子1和混合永磁转子3之间留有空气隙。

进一步的，磁极组件的数量为偶数，且每个磁极组件均为内、外双层结构，磁极组件的外层结构为呈“一字型”布设的第一永磁体31，第一永磁体31为平行充磁，且第一永磁体31为低矫顽力永磁体；磁极组件的内层结构包括三个第二永磁体32，其中一个第二永磁体32与第一永磁体31平行布设，另外两个永磁体分别布设在该第二永磁体32的两端，并与之分别形成夹角，针对于本申请的技术方案，该夹角为钝角，磁桥33分别布设在内层结构的两侧，第二永磁体32为平行充磁，且第二永磁体32为高矫顽力永磁体。

每个磁极组件的第二永磁体32与磁桥33构成并联磁路，然后第二永磁体32与磁桥33整体再与第一永磁体31构成串联磁路。

需要理解的是，高矫顽力和低矫顽力是两个相对量，本发明中的高矫顽力永磁体相对于低矫顽力永磁体具有更高的矫顽力，针对于本申请的技术方案，低矫顽力永磁体选择为铝镍钴永磁体，而高矫顽力永磁体选择钕铁硼永磁体。

在本实施案例中，第一永磁体31和第二永磁体32均为内嵌式结构，第一永磁体31数量和第二永磁体32的数量均为偶数。

如图2和图3所示，本实施例的复合调磁型变磁通电机的运行原理为：永磁磁通首先从在转子铁心34上沿圆周设置的第二永磁体32的北极出发，若第一永磁体31与第二永磁体32磁化方向相同，则此时第一永磁体31处于增磁状态，两种永磁磁通叠加后同方向流动，大部分经过气隙，到达定子1齿，穿过定子1轭，再依次穿过相邻磁极的第一永磁体31和第二永磁体32，最后回到第二永磁体32的南极，少部分直接回到第一永磁体31和第二永磁体32的南极；若第一永磁体31与第二永磁体32磁化方向相反，此时第一永磁体31处于弱磁状态，一部分的永磁磁通被短路，一部分磁通按照上述路径穿过定子1回到第二永磁体32的南极。此外，磁极组件内层结构两侧磁桥33也会形成闭合磁路，流经漏磁通。第一永磁体31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，定子1、混合永磁转子3形成的旋转磁场相互作用，从而实现机电能量转换。

综上所述，本发明中通过磁桥33的设计可以实现漏磁通的可变调节，此外，通过内外双层永磁结构进一步结合了变漏磁调磁原理与记忆电机调磁机理，可以更加快速准确地调节气隙磁通，有效地拓宽了调速范围，结合了两种可变磁通电机在高低速运行中的性能优势，进而实现高效率区的全域覆盖。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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公开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。

Claims (10)

1.一种复合调磁型变磁通电机，包括；

定子(1)，所述定子(1)上安装有电枢绕组(2)；

混合永磁转子(3)，所述混合永磁转子(3)转动连接在所述定子(1)的内侧；

所述混合永磁转子(3)包括转子铁心(34)，所述转子铁心(34)的侧壁上呈周向均匀布设有若干个磁极组件；

所述磁极组件包括内嵌在所述转子铁心(34)侧壁外缘的第一永磁体(31)，所述转子铁心(34)的侧壁内缘安装有多个第二永磁体(32)，且第一永磁体(31)的矫顽力小于第二永磁体(32)的矫顽力；

所述第二永磁体(32)的两侧布设有磁桥(33)。

2.根据权利要求1所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于，每个所述磁极组件中的第一永磁体(31)与第二永磁体(32)均为平行充磁。

3.根据权利要求1所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于，每个所述磁极组件的数量为偶数，且每个磁极组件均为内、外双层结构。

4.根据权利要求3所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述磁极组件的外层结构为呈一字型布设的第一永磁体(31)，且第一永磁体(31)为铝镍钴永磁体。

5.根据权利要求4所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述磁极组件的内层结构包括三个第二永磁体(32)，其中一个第二永磁体(32)与第一永磁体(31)平行布设，另外两个永磁体分别布设在该第二永磁体(32)的两端，并与之分别形成夹角。

6.根据权利要求5所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述磁桥(33)分别布设在所述内层结构的两侧。

7.根据权利要求6所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于，每个磁极组件的第二永磁体(32)与磁桥(33)构成并联磁路，然后第二永磁体(32)与磁桥(33)整体再与第一永磁体(31)构成串联磁路。

8.根据权利要求1所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述第二永磁体(32)为钕铁硼永磁体。

9.根据权利要求1所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述混合永磁转子(3)的中心位置安装有转轴(4)。

10.根据权利要求1所述的一种复合调磁型变磁通电机，其特征在于：所述定子(1)与混合永磁转子(3)之间设置有空气隙。

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