一種定子聚磁式混合永磁記憶電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，屬于可調(diào)磁通永磁電機(jī)領(lǐng)域，包括均為凸極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子和定子鐵心，電機(jī)的定子包含6個(gè)“T”形定子鐵心、內(nèi)嵌式鋁鎳鈷永磁體，嵌在兩相鄰“T”形定子鐵心間的釹鐵硼永磁以及一整層定子軛構(gòu)成；增磁運(yùn)行時(shí)，相鄰定子單元的呈“V”形聚磁式結(jié)構(gòu)的鋁鎳鈷永磁體與釹鐵硼永磁形成聚磁效應(yīng)提供氣隙主磁通，而弱磁運(yùn)行時(shí)，釹鐵硼磁勢(shì)將被鋁鎳鈷在定子鐵心內(nèi)部大量短路；其中鋁鎳鈷永磁體沿平行向圓心內(nèi)(或外)充磁且極性相反，釹鐵硼永磁采用切向充磁且極性交替分布的聚磁設(shè)計(jì)。本發(fā)明通過(guò)定子聚磁式混合永磁的設(shè)置以提高電機(jī)功率密度，且施加脈沖電流調(diào)節(jié)永磁體剩余磁化強(qiáng)度和磁化方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)高效調(diào)節(jié)。
【專利說(shuō)明】一種定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可調(diào)磁通永磁電機(jī)，屬于可調(diào)磁通永磁電機(jī)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電機(jī)領(lǐng)域中，普通永磁同步電機(jī)（PMSM)由于普通永磁材料（如釹鐵硼）的固有 特性，電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場(chǎng)基本保持恒定，作為電動(dòng)運(yùn)行時(shí)調(diào)速范圍十分有限，在諸如電動(dòng)汽 車，航空航天等寬調(diào)速直驅(qū)場(chǎng)合的應(yīng)用受到一定限制，故以實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)的有 效調(diào)節(jié)為目標(biāo)的可調(diào)磁通永磁電機(jī)一直是電機(jī)研宄領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的PMSM均采 用直軸電流進(jìn)行弱磁調(diào)速，但是由于逆變器容量限制以及永磁不可逆去磁風(fēng)險(xiǎn)的存在而難 以實(shí)現(xiàn)高效調(diào)磁。永磁記憶電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱"記憶電機(jī)"）是一種新型的磁通可控型永磁 電機(jī)，它采用低矯頑力鋁鎳鈷永磁體，通過(guò)定子繞組或者直流脈沖繞組產(chǎn)生周向磁場(chǎng)，從而 改變永磁體磁化強(qiáng)度對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特 點(diǎn)，避免了電樞損耗，實(shí)現(xiàn)了在線高效調(diào)磁。
[0003] 傳統(tǒng)的記憶電機(jī)由克羅地亞裔德國(guó)電機(jī)學(xué)者奧斯托維奇（Ostovic)教授在2001 年提出。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的記憶電機(jī)由寫極式電機(jī)發(fā)展而來(lái)，轉(zhuǎn)子由鋁鎳鈷永磁體、非磁性?shī)A 層和轉(zhuǎn)子鐵心組成三明治結(jié)構(gòu)。這種特殊結(jié)構(gòu)能夠隨時(shí)對(duì)永磁體進(jìn)行在線反復(fù)不可逆充去 磁，同時(shí)減小交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響。
[0004] 然而，這種基本結(jié)構(gòu)的記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)存在著不足。由于永磁體處于轉(zhuǎn)子，電 樞繞組同時(shí)具備能量轉(zhuǎn)換和磁場(chǎng)調(diào)節(jié)功能，因此在線調(diào)磁難度大大增加；其次，由于采用了 AlNiCo永磁體，為了獲足夠的磁通，就必須采用足夠厚度的材料。而在上述的切向式結(jié)構(gòu) 下，不易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，轉(zhuǎn)子必須做隔磁處理，而且整個(gè)轉(zhuǎn)子由多個(gè)部分緊固在軸上，降低了機(jī) 械可靠性；最后，在需要寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)的場(chǎng)合，如機(jī)床和電動(dòng)汽車中，采用上述結(jié)構(gòu)的永 磁氣隙主磁通不高，電機(jī)力能指標(biāo)也不能讓人滿意。因此許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合永磁式內(nèi)置 式永磁記憶電機(jī)提出，但是由于轉(zhuǎn)子永磁以及鐵心的磁路飽和將造成高速區(qū)電機(jī)溫升和鐵 心損耗增大，效率受到極大影響。設(shè)有兩種不同材料的永磁共同勵(lì)磁，其中釹鐵硼永磁提供 氣隙主磁場(chǎng)，而"V"形聚磁式鋁鎳鈷永磁起到磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器的作用。
[0005] 近些年來(lái)，作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的衍生體，定子永磁型電機(jī)（包括雙凸極、磁通反向 和磁通切換永磁電機(jī)）由于其高功率密度和結(jié)構(gòu)魯棒性等優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注， 在航空等領(lǐng)域具有更大的工業(yè)價(jià)值。
[0006] 然而，傳統(tǒng)定子永磁式電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)由釹鐵硼永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)，限制 了其在電動(dòng)汽車寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用；其次還存在端部漏磁問(wèn)題，永磁體利用率不高，導(dǎo) 致電磁兼容問(wèn)題。
[0007] 混合勵(lì)磁定子永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)了氣隙磁場(chǎng)的可調(diào)節(jié)性，提高了永磁體利用率和功率 密度，齒槽轉(zhuǎn)矩小等優(yōu)點(diǎn)；但是，這種電機(jī)同時(shí)存在兩個(gè)磁勢(shì)源，兩者磁通容易相互耦合、相 互影響，增大了電磁特性的復(fù)雜性，且存在增大勵(lì)磁損耗、勵(lì)磁電流控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度大等 弱點(diǎn)。
[0008] 專利CN200910196558. 0公開(kāi)了一種雙凸極記憶電機(jī)，第一次將"記憶電機(jī)"的概 念融入定子永磁型電機(jī)中以實(shí)現(xiàn)高效的在線調(diào)磁，但是該電機(jī)只采用低矯頑力的鋁鎳鈷永 磁，且基于雙凸極運(yùn)行機(jī)理，電機(jī)具有磁鏈的單極性和接近梯形波的反電勢(shì)，使得電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩密度和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，工業(yè)應(yīng)用性較差，此外，該電機(jī)的電樞槽面積較之脈沖繞組槽較 小，大大降低了電機(jī)的功率密度和力能表現(xiàn)?？傊陨纤龅幕旌蟿?lì)磁和記憶電機(jī)普遍 存在提調(diào)磁容量大和轉(zhuǎn)矩密度低的問(wèn)題，因此提出一種高轉(zhuǎn)矩密度的記憶電機(jī)對(duì)于風(fēng)力發(fā) 電、新能源汽車和多電飛機(jī)/艦艇等工業(yè)領(lǐng)域有著顯著的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種高功率密度和磁通 調(diào)節(jié)能力突出定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)， 包括定子（1)、轉(zhuǎn)子⑵和不導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸（9)，所述定子⑴設(shè)在轉(zhuǎn)子⑵外部，轉(zhuǎn)子⑵固定 于不導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸（9)上，且為凸極式；
[0011] 所述定子包括一個(gè)以上的"T"形定子鐵心（1. 1)、三相電樞繞組（5)、脈沖繞組 (6)、定子軛（1.2)以及共同勵(lì)磁的兩種永磁體，該共同勵(lì)磁的兩種永磁體分別為鋁鎳鈷永 磁（3)和釹鐵硼永磁（4);
[0012] 所述T"形定子鐵心（1. 1)沿轉(zhuǎn)子（2)周向均勻分布排列，所述定子軛（1.2)位 于T"形定子鐵心（1. 1)的外側(cè)；所述釹鐵硼永磁（4)嵌在相鄰的"T"形定子鐵心（1. 1)之 間，而所述鋁鎳鈷永磁體（3)呈兩片式"V"形排列，且所述鋁鎳鈷永磁體（3)內(nèi)嵌在定子軛 (1. 2)和"T"形定子鐵心（1. 1)之間；同時(shí)所述定子軛（1. 2)和"T"形定子鐵心（1. 1)通 過(guò)"V"形永磁體兩側(cè)邊中部形成的導(dǎo)磁橋（8)連接；
[0013] 所述"T"形定子鐵心（1. 1)的徑向鐵心齒為電樞齒，且"T"形定子鐵心（1. 1)內(nèi) 部的空腔用以放置三相電樞集中繞組（5)，同時(shí)將三相電樞集中繞組（5)跨繞在電樞齒上， 且依次首尾串聯(lián)形成單相脈沖繞組；
[0014] 所述定子軛（1.2)、相鄰的兩個(gè)鋁鎳鈷永磁體（3)、相鄰的"T"形定子鐵心單元 (1. 1)的兩條鐵心邊以及釹鐵硼永磁（4)之間圍成的區(qū)域形成空腔（7);所述脈沖繞組（6) 設(shè)置在該空腔（7)內(nèi)并繞在鋁鎳鈷永磁體（3)之上；
[0015] 優(yōu)選的：所述釹鐵硼永磁⑷為矩形，并內(nèi)嵌在兩個(gè)相鄰"T"形定子鐵心之間；所 述的"V"形鋁鎳鈷永磁體（3)與"T"形定子鐵心（1. 1)的電樞齒相對(duì)設(shè)置；所述"T"形定 子鐵心（1. 1)的個(gè)數(shù)為6個(gè)。
[0016] 優(yōu)選的：增磁時(shí)，即鋁鎳鈷永磁⑶和釹鐵硼永磁⑷磁場(chǎng)方向一致時(shí)，在定子內(nèi) 部呈聚磁式結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)氣隙主磁通；而弱磁時(shí)，即鋁鎳鈷永磁（3)和釹鐵硼永磁（4)磁場(chǎng)在 定子內(nèi)部短路，以減弱氣隙主磁通。
[0017] 優(yōu)選的：所述定子極數(shù)Ns和與其適配的"T"形定子鐵心數(shù)、電樞繞組圈數(shù)和調(diào)磁 脈沖繞組線圈數(shù)相等。
[0018] 優(yōu)選的：所述定子極數(shù)Ns和轉(zhuǎn)子極數(shù)^需要滿足：

【權(quán)利要求】
1. 一種定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：包括定子（I)、轉(zhuǎn)子（2)和不導(dǎo)磁 轉(zhuǎn)軸（9)，所述定子（1)設(shè)在轉(zhuǎn)子（2)外部，轉(zhuǎn)子（2)固定于不導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸（9)上，且為凸極 式； 所述定子包括六個(gè)"T"形定子鐵心（1. 1)、三相電樞繞組（5)、脈沖繞組（6)、定子軛 (1.2)以及共同勵(lì)磁的兩種永磁體，該共同勵(lì)磁的兩種永磁體分別為鋁鎳鈷永磁（3)和釹 鐵硼永磁（4); 所述"T"形定子鐵心（I. 1)沿轉(zhuǎn)子⑵周向均勻分布排列，所述定子軛（1.2)位于T" 形定子鐵心（I. 1)的外側(cè)；所述釹鐵硼永磁（4)嵌在相鄰的"T"形定子鐵心（I. 1)之間，而 所述鋁鎳鈷永磁體（3)呈兩片式"V"形排列，且所述鋁鎳鈷永磁體（3)內(nèi)嵌在定子軛（1.2) 和"T"形定子鐵心（I. 1)之間；同時(shí)所述定子軛（1.2)和"T"形定子鐵心（I. 1)通過(guò)"V" 形永磁體兩側(cè)邊中部形成的導(dǎo)磁橋（8)連接； 所述"T"形定子鐵心（1.1)的徑向鐵心齒為電樞齒，且"T"形定子鐵心（1.1)內(nèi)部的 空腔用以放置三相電樞集中繞組（5)，同時(shí)將三相電樞集中繞組（5)跨繞在電樞齒上，且依 次首尾串聯(lián)形成單相脈沖繞組； 所述定子軛（1.2)、相鄰的兩個(gè)鋁鎳鈷永磁體（3)、相鄰的"T"形定子鐵心單元（I. 1) 的兩條鐵心邊以及釹鐵硼永磁（4)之間圍成的區(qū)域形成空腔（7);所述脈沖繞組（6)設(shè)置 在該空腔（7)內(nèi)并繞在鋁鎳鈷永磁體（3)之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：所述釹鐵硼永 磁⑷為矩形，并內(nèi)嵌在兩個(gè)相鄰"T"形定子鐵心之間；所述"V"形鋁鎳鈷永磁體⑶與 "T"形定子鐵心（1. 1)的電樞齒相對(duì)設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：增磁時(shí)，即鋁鎳 鈷永磁（3)和釹鐵硼永磁（4)磁場(chǎng)方向一致時(shí)，在定子內(nèi)部呈聚磁式結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)氣隙主磁 通；而弱磁時(shí)，即鋁鎳鈷永磁（3)和釹鐵硼永磁（4)磁場(chǎng)在定子內(nèi)部短路，以減弱氣隙主磁 通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：所述定子極數(shù) Ns和與其適配的"T"形定子鐵心數(shù)、電樞繞組圈數(shù)和調(diào)磁脈沖繞組線圈數(shù)相等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：所述定子極數(shù) Ns和轉(zhuǎn)子極數(shù)^需要滿足：
Nr^km 其中，m是電機(jī)相數(shù)，GCD為最大公約數(shù)，k為正整數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子聚磁式混合永磁記憶電機(jī)，其特征在于：對(duì)于定子極數(shù) 為6的電機(jī)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子極數(shù)為5或7時(shí)，永磁磁鏈為對(duì)稱雙極性；轉(zhuǎn)子極數(shù)為4或者8時(shí)，永 磁磁鏈為單極性。
【文檔編號(hào)】H02K21/38GK104467334SQ201410768272
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】林鶴云, 陽(yáng)輝, 房淑華, 黃允凱 申請(qǐng)人:東南大學(xué)