專利名稱：可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，特別是一種磁通可以控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)。
技術(shù)背景傳統(tǒng)永磁電機(jī)具有氣隙磁場(chǎng)不好調(diào)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速的局限，影響了其應(yīng) 用范圍。為擴(kuò)展永磁電機(jī)調(diào)速范圍，傳統(tǒng)的方法是大都采用矢量控制策略，通過(guò) 控制定子電流矢量產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)削弱永磁磁場(chǎng)，維持高速運(yùn)行時(shí)電機(jī) 電壓的平衡，達(dá)到弱磁調(diào)速的目的。由于直軸上存在磁阻較大的永磁體， 一般情 況下直軸電感較低，使得電機(jī)額定電流產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁通只能削弱永磁磁 通的極小部分，從而使得電機(jī)的弱磁效果不好，難以調(diào)磁。并且采用這樣的弱磁 方法需要施加持續(xù)的較大的定子直軸電流，這使得電機(jī)銅耗增加，效率降低。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種易調(diào)磁、效率高、調(diào)速 范圍寬廣的可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)由鐵芯和 電樞繞組組成定子，釹鐵硼永磁體、鋁鎳鈷永磁體、軟鐵、非磁性?shī)A層和非磁性 轉(zhuǎn)軸構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子；所述電動(dòng)機(jī)釹鐵硼永磁體為矩形位于電機(jī)轉(zhuǎn)子的外圓處靠近 氣隙側(cè)放置，鋁鎳鈷永磁體為梯形位于釹鐵硼永磁體與轉(zhuǎn)軸側(cè)之間；非磁性?shī)A層 為三角形，該三角形的一個(gè)角位于定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙側(cè)，該角的對(duì)邊位于非 磁性轉(zhuǎn)軸上并與鋁鎳鈷永磁體相接。所述電動(dòng)機(jī)矯頑力較高的釹鐵硼永磁體在電機(jī)裝配前切向充磁，矯頑力較低 的鋁鎳鈷永磁體在電機(jī)裝配后采用定子直軸脈沖電流在線切向充磁和去磁。為保 證鋁鎳鈷的磁場(chǎng)不被釹鐵硼永磁壓制無(wú)法發(fā)揮作用及有效調(diào)整電機(jī)的可控磁通 大小，應(yīng)合理選擇鋁鎳鈷磁體的長(zhǎng)度和寬度。電機(jī)運(yùn)行前，施加定子直軸脈沖電流id對(duì)鋁鎳鈷永磁體飽和充磁，飽和充磁后的鋁鎳鈷永磁體與釹鐵硼永磁體磁化 方向相同，鋁鎳鈷永磁體經(jīng)穩(wěn)磁后與釹鐵硼一起提供永磁氣隙主磁通。電機(jī)在基速以下運(yùn)行時(shí)采用id二O控制方式。在基速以上運(yùn)行時(shí)采用弱磁調(diào)速，即施加反向的一定幅值的定子直軸脈沖電流id對(duì)低矯頑力鋁鎳鈷永磁體進(jìn)行去磁，永磁體 的磁化強(qiáng)度發(fā)生改變，從而減少永磁氣隙磁通。當(dāng)需要增磁時(shí)施加正向的定子直 軸電流脈沖磁場(chǎng)對(duì)鋁鎳鈷磁體進(jìn)行充磁，從而使得永磁電機(jī)的磁通可以有效控 制。定子交軸電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)不穿過(guò)永磁體，因而可變磁通記憶電機(jī)不會(huì)被負(fù)載 電流退磁。鋁鎳鈷永磁體的充磁和去磁電流均流經(jīng)定子繞組，采用與電機(jī)定子線 圈相同的電流源，不用另外附加任何繞組和電流。有益效果轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)保證了定子直軸脈沖電流id產(chǎn)生的去磁磁場(chǎng)首先 對(duì)轉(zhuǎn)軸側(cè)的部分磁體進(jìn)行去磁，而對(duì)靠近氣隙側(cè)的磁體去磁不多。由于鋁鎳鈷永 磁體為梯形形狀，永磁體的厚度不同，施加一定的定子直軸電流脈沖id對(duì)永磁體 去磁時(shí)會(huì)使得去磁磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)軸側(cè)較窄部分磁體去磁較多，因此施加不大的去磁電 流就能將部分磁體的工作點(diǎn)去磁到拐點(diǎn)以下發(fā)生不可逆去磁，從而使得電機(jī)易于 調(diào)磁。定子直軸脈沖電流id對(duì)鋁鎳鈷永磁體進(jìn)行短時(shí)磁化后就去除，而不必象傳統(tǒng) 弱磁調(diào)速方式需要施加持續(xù)的定子id電流，因此可以減少大量的電樞損耗，提高 電機(jī)效率。由于電機(jī)調(diào)磁方式是改變永磁體的磁化強(qiáng)度而不是象傳統(tǒng)永磁電機(jī)那樣僅 僅削弱部分永磁磁場(chǎng)，因而是真正意義上的寬調(diào)速永磁電機(jī)。通過(guò)合理選擇永磁 體尺寸，并使電機(jī)定子直軸電流脈沖所產(chǎn)生的去磁磁動(dòng)勢(shì)大于電機(jī)的最大去磁安 匝數(shù)，可以使得永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通為零，因此電機(jī)能夠高速運(yùn)行。極與極間 加上三角形形狀的非磁性?shī)A層，能限制調(diào)磁時(shí)定子直軸電流產(chǎn)生的磁通的路徑， 增強(qiáng)定子直軸脈沖電流id磁化作用的效果。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1為鋁鎳鈷磁體在第二和第三象限的磁滯回線； 圖2為可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)中心截面圖；以上的圖中有鐵芯l、電樞繞組2、釹鐵硼永磁體3、鋁鎳鈷永磁體4、軟鐵 5、非磁性?shī)A層6、非磁性轉(zhuǎn)軸7。圖3為可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)部分去磁時(shí)磁場(chǎng)分布； 圖4為可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)完全去磁時(shí)磁場(chǎng)分布。
具體實(shí)施方式
可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)在電機(jī)運(yùn)行前采用定子直軸脈沖電流id將鋁鎳鈷 永磁體飽和充磁，磁化方向與安裝前飽和充磁的釹鐵硼磁體磁化方向相同。電機(jī) 在基速以下運(yùn)行時(shí)采用id二0控制方式，為保證電機(jī)在基速以下的運(yùn)行中永磁體 磁性能不變，鋁鎳鈷永磁體需要穩(wěn)磁。圖1為鋁鎳鈷磁體在第二和第三象限的磁 滯回線，"點(diǎn)假設(shè)為鋁鎳鈷永磁體飽和充磁后的工作點(diǎn)，Z7點(diǎn)假設(shè)為永磁體穩(wěn)磁 后的回復(fù)線起始點(diǎn)。顯然，當(dāng)鋁鎳鈷磁體的工作點(diǎn)在回復(fù)線上移動(dòng)時(shí)，永磁 體的去磁為可逆的，當(dāng)永磁體工作點(diǎn)被去磁到6點(diǎn)以下時(shí)，去磁為不可逆的。6 點(diǎn)可以稱為此時(shí)退磁曲線的拐點(diǎn)。電機(jī)在基速以下運(yùn)行時(shí)，由于釆用id^0的控 制方式，永磁體受到的去磁場(chǎng)不大，因此鋁鎳鈷磁體的工作點(diǎn)會(huì)在回復(fù)線上可逆 移動(dòng)，永磁體的磁性能不變。當(dāng)電機(jī)在基速以上運(yùn)行時(shí)，采用弱磁擴(kuò)速方式，此 時(shí)施加定子直軸電流/rf將鋁鎳鈷磁體的工作點(diǎn)去磁到拐點(diǎn)以下，則此時(shí)永磁體的 磁化強(qiáng)度發(fā)生改變，氣隙磁通隨之改變。外加定子直軸id電流作用很短時(shí)間就去 除，由于不可逆去磁，永磁體的磁密不會(huì)返回到原來(lái)的狀態(tài)，達(dá)到弱磁調(diào)速的目 的。永磁體發(fā)生不可逆去磁的條件是永磁體去磁后的工作點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于拐點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度式中//p為永磁體工作點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；W為每相定子線圈匝數(shù)；^為定子直軸& 電流；p為極對(duì)數(shù)；/w為永磁體厚度；/^為氣隙厚度，/^為拐點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。從式(1)看出，在相同的定子id電流下，永磁體的厚度對(duì)永磁體的去磁影 響很大，當(dāng)永磁體的厚度較小時(shí)，永磁體容易被定子id電流不可逆去磁。因此，本實(shí)施例中用于調(diào)磁的鋁鎳鈷永磁體為梯形形狀，靠近轉(zhuǎn)軸側(cè)磁體較 窄，容易采用不大的去磁電流脈沖就能將磁體工作點(diǎn)去磁到拐點(diǎn)以下，因此容易調(diào)磁。圖2為可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)中心截面圖。該電動(dòng)機(jī)由以下幾部分組成 鐵芯1和電樞繞組2組成定子，釹鐵硼永磁體3、鋁鎳鈷永磁體4、軟鐵5、非 磁性?shī)A層6和非磁性轉(zhuǎn)軸7構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子用導(dǎo)磁和非導(dǎo)磁交錯(cuò)的圓筒焊接 后封裝，封裝永磁體部分為不導(dǎo)磁材料，以減少調(diào)磁時(shí)id脈沖電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì) 永磁體徑向的去磁；封裝軟鐵部分為導(dǎo)磁材料，以減少磁阻。采用圓筒封裝后可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)工作時(shí)的可靠性和堅(jiān)固性，保證電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的平穩(wěn)運(yùn)行。非磁性轉(zhuǎn)軸7采用非導(dǎo)磁的不銹鋼材料，與鋁鎳鈷永磁體4不用隔磁 處理。非磁性?shī)A層6采用材料鋁。圖3為可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)鋁鎳鈷永磁體部分去磁時(shí)磁場(chǎng)分布。去磁磁 場(chǎng)對(duì)鋁鎳鈷永磁體(4)進(jìn)行去磁，整個(gè)鋁鎳鈷永磁體被分為以零磁密區(qū)域?yàn)橹行?的磁化方向不同的磁體，去磁后的靠近轉(zhuǎn)軸的反向磁化磁體與部分正向磁化磁體 的磁力線沒(méi)有經(jīng)過(guò)氣隙就發(fā)生閉合，使得氣隙磁通減少，達(dá)到弱磁目的。當(dāng)外加 磁場(chǎng)去除后，由于兩部分不同磁化方向的磁體相互作用，反向磁化磁體仍然工作 在第三象限，去磁效果得到保證。圖4為鋁鎳鈷永磁體完全去磁時(shí)磁場(chǎng)分布。此 時(shí)，鋁鎳鈷磁體反向充磁后與釹鐵硼磁體磁力線發(fā)生閉合，氣隙磁通降為零，電 機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)寬調(diào)速而高速運(yùn)行。
權(quán)利要求
1、一種可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)由鐵芯(1)和電樞繞組(2)組成定子，釹鐵硼永磁體(3)、鋁鎳鈷永磁體(4)、軟鐵(5)、非磁性?shī)A層(6)和非磁性轉(zhuǎn)軸(7)構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子；所述電動(dòng)機(jī)釹鐵硼永磁體(3)為矩形位于電機(jī)轉(zhuǎn)子的外圓處靠近氣隙側(cè)放置，鋁鎳鈷永磁體(4)為梯形位于釹鐵硼永磁體(3)與轉(zhuǎn)軸側(cè)之間；非磁性?shī)A層(6)為三角形，該三角形的一個(gè)角位于定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙側(cè)，該角的對(duì)邊位于非磁性轉(zhuǎn)軸(7)上并與鋁鎳鈷永磁體(4)相接。
全文摘要
可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)涉及一種電動(dòng)機(jī)，特別是一種容易調(diào)磁、效率高、調(diào)速范圍寬廣的可變磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)由鐵芯(1)和電樞繞組(2)組成定子，釹鐵硼永磁體(3)、鋁鎳鈷永磁體(4)、軟鐵(5)、非磁性?shī)A層(6)和非磁性轉(zhuǎn)軸(7)等構(gòu)成轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子中每極永磁體由兩塊不同磁體疊加而成，均切向磁化?？拷D(zhuǎn)軸的永磁體為鋁鎳鈷，形狀為梯形，靠近氣隙的永磁體為釹鐵硼，形狀為矩形。轉(zhuǎn)子中非磁性?shī)A層為三角形，靠近轉(zhuǎn)軸部分與永磁體相連接。整個(gè)轉(zhuǎn)子用導(dǎo)磁和非導(dǎo)磁交錯(cuò)的圓筒封裝。通過(guò)施加定子直軸脈沖電流i_d改變鋁鎳鈷永磁體磁化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的有效調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101232205SQ200810018829
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者劉恒川, 林鶴云 申請(qǐng)人:東南大學(xué)