一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可調磁通永磁電機，具體涉及一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機。
【背景技術】
[0002]在電機領域中，普通永磁同步電機(PMSM)由于普通永磁材料(如釹鐵硼)的固有特性，電機內的氣隙磁場基本保持恒定，作為電動運行時調速范圍十分有限，在諸如電動汽車，航空航天等寬調速直驅場合的應用受到一定限制，故以實現(xiàn)永磁電機的氣隙磁場的有效調節(jié)為目標的可調磁通永磁電機一直是電機研究領域的熱點和難點。傳統(tǒng)的PMSM均采用直軸電流進行弱磁調速，但是由于逆變器容量限制以及永磁不可逆去磁風險的存在而難以實現(xiàn)高效調磁。永磁記憶電機(以下簡稱“記憶電機”)是一種新型的磁通可控型永磁電機，它采用低矯頑力鋁鎳鈷永磁體，通過定子繞組或者直流脈沖繞組產生周向磁場，從而改變永磁體磁化強度對氣隙磁場進行調節(jié)，同時永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特點，避免了電樞損耗，實現(xiàn)了在線高效調磁。
[0003]傳統(tǒng)的記憶電機由克羅地亞裔德國電機學者奧斯托維奇(Ostovic)教授在2001年提出。這種拓撲結構的記憶電機由寫極式電機發(fā)展而來，轉子由鋁鎳鈷永磁體、非磁性夾層和轉子鐵心組成三明治結構。這種特殊結構能夠隨時對永磁體進行在線反復不可逆充去磁，同時減小交軸電樞反應對氣隙磁場的影響O
[0004]然而，這種基本結構的記憶電機的轉子結構存在著不足。由于永磁體處于轉子，電樞繞組同時具備能量轉換和磁場調節(jié)功能，因此在線調磁難度大大增加；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構下，不易實現(xiàn)；同時，轉子必須做隔磁處理，而且整個轉子由多個部分緊固在軸上，降低了機械可靠性；最后，在需要寬調速驅動電機的場合，如機床和電動汽車中，采用上述結構的永磁氣隙主磁通不高，電機力能指標也不能讓人滿意。于是人們想到通過設有兩種不同材料的永磁共同勵磁來提高電機的轉矩密度，其中聚磁式釹鐵硼永磁提供氣隙主磁場，而鋁鎳鈷永磁起到磁場調節(jié)器的作用。
[0005]近些年來，一種新型的永磁型電機一磁齒輪復合電機由于其卓越的性能受到國內外學者廣泛關注。磁齒輪電機具有高轉矩密度、效率高和結構簡單可靠性高等優(yōu)點。在永磁同步電機領域，磁齒輪永磁電機在風力發(fā)電等領域具有更大的工業(yè)價值。
[0006]另一方面，近年來，國內哈爾濱工業(yè)大學程樹康教授、香港大學K.T.Chau教授等率先開展了對適用于混合動力汽車領域直驅ISG系統(tǒng)的雙定子永磁無刷電機的研究。由于雙定子永磁無刷電機比常規(guī)永磁電機能夠提供更高的效率和功率密度，因此被嘗試應用于混合動力汽車的集成起動/發(fā)電機系統(tǒng)等領域，其目的是實現(xiàn)較大速度范圍內輸出電壓保持不變以及獲得更大的驅動轉矩。
[0007]然而，傳統(tǒng)磁齒輪電機轉子鐵心存在著較大磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵磁產生，難以調節(jié)，限制了其在風力發(fā)電和電動汽車寬調速驅動場合的應用。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是傳統(tǒng)磁齒輪電機轉子鐵心存在著較大磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵磁產生，難以調節(jié)，限制了其在風力發(fā)電和電動汽車寬調速驅動場合的應用。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機，其特征是:包括由外至內順次套接并同軸設置的外定子、轉子和內定子；外定子包括電樞鐵心齒、環(huán)狀的定子軛部和電樞繞組；電樞鐵心齒設置在定子軛部與轉子之間，相鄰的電樞鐵心齒之間形成內凹的間槽，間槽用于置放纏繞于電樞鐵心齒上的電樞繞組；轉子的環(huán)體沿周向間隔布置有一個以上的導磁硅鋼的轉子鐵塊，轉子鐵塊之間采用非導磁材料套筒填充，靠近內定子側有導磁橋用于連接相鄰的轉子鐵塊；所述的非導磁套筒內置有軸向鋁制螺栓與設置在電機轉軸上的轉子端蓋相連；內定子包括內定子鐵心、釹鐵硼永磁、鋁鎳鈷永磁和集中脈沖調磁繞組；內定子鐵心上內部設有凹槽；切向充磁的的釹鐵硼永磁嵌在內定子外層之中，徑向充磁的鋁鎳鈷永磁分布于相鄰兩個凹槽之間，集中脈沖調磁繞組設于凹槽內，并跨繞在鋁鎳鈷永磁上；所述釹鐵硼永磁和鋁鎳鈷永磁位置交錯排布，兩種永磁體數(shù)目保持一致，且釹鐵硼永磁和鋁鎳鈷永磁均沿內定子周向極性交替分布；所述的內定子通過內定子軸與內定子一側端蓋固定；所述的外定子齒數(shù)、釹鐵硼永磁數(shù)和鋁鎳鈷永磁數(shù)均相同，且外定子電樞齒與釹鐵硼永磁放置方向保持平齊。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
本電機將雙定子磁齒輪電機與記憶電機有機結合，整體結構簡單，空間利用率高，由于電機采用了定子混合永磁型結構，釹鐵硼和鋁鎳鈷永磁體、脈沖繞組、電樞繞組均置于定子，易于散熱、冷卻。而轉子僅充當導磁鐵心的作用，相對于傳統(tǒng)的永磁同步電機。
[0011]本電機采用的混合永磁的設置一方面可以保證較高的氣隙磁密，提升電機的功率密度和轉矩能力，另一方面可以實現(xiàn)氣隙磁場的靈活調節(jié)，有效提高電機的恒功率轉速范圍。
[0012]本電機采用的的電樞繞組脈沖繞組都采用集中式繞組，有效地降低了端部長度，削減電機端部效應。且電機銅耗非常小，提高電機運行效率。
[0013]本電機解決了傳統(tǒng)定子勵磁型記憶電機定子內勵磁源較多，空間上相互牽制大，鋁鎳鈷易產生交叉去磁和轉矩密度較低的缺點，使得電機的電磁負荷在空間上得到了分離，電樞繞組空間較之傳統(tǒng)型記憶電機得到了大大提升，因此電機的轉矩密度得到了顯著提升。
[0014]本電機加載運行時，電樞反應的磁路較通過“U”型定子鐵心和轉子鐵心閉合，以避免電樞反應磁動勢對矯頑力較低的鋁鎳鈷永磁體產生不可逆退磁等影響，這對記憶電機實現(xiàn)尚效在線調磁運彳丁十分關鍵。
[0015]本電機能夠隨時對鋁鎳鈷永磁體進行在線反復不可逆充去磁，并根據(jù)記錄的充去磁參數(shù)隨時調用以滿足運行目標，實現(xiàn)氣隙磁場的在線調磁，同時脈沖繞組只在非常短的時間內施加充、去磁電流。因此，相對于混合勵磁磁通切換電機，磁通切換永磁記憶電機具有很小的勵磁損耗，并且調速控制系統(tǒng)的復雜性相對要小，不存在電勵磁磁動勢和永磁磁勢相互影響、電機電磁特性較為復雜的情況。
[0016]本電機解決了傳統(tǒng)定子勵磁型記憶電機定子內勵磁源較多，空間上相互牽制大，鋁鎳鈷易產生交叉去磁和轉矩密度較低的缺點，使得電機的電磁負荷在空間上得到了分離，電樞繞組空間較之傳統(tǒng)型記憶電機得到了大大提升，因此電機的轉矩密度得到了顯著提升。
[0017]本發(fā)明的電機采用了雙定子結構，使得作用于轉子上的電磁轉矩增加，電機整體的轉矩密度和功率密度得到了提高，具有很高的起動轉矩。同時由于轉子采用了杯形轉子，轉動慣量小，因此電機的響應快，動態(tài)性能好，且本電機可以與混合動力汽車的無級變速驅動系統(tǒng)有機結合，作為起發(fā)電機具有較好的工業(yè)應用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的電機結構示意圖，其中箭頭方向表示永磁體充磁方向；
圖2為電機增磁運行時，當脈沖磁動勢對鋁鎳鈷永磁體進行正向充磁且轉子運行到位置A時，本發(fā)明的電機磁通路徑圖；
圖3為電機增磁運行時，當脈沖磁動勢對鋁鎳鈷永磁體進行正向充磁且轉子運行到位置B時，本發(fā)明的電機磁通路徑圖；
圖4為電機弱磁運行時，當脈沖磁動勢對招鎳鈷永磁體進行反向去磁且轉子運行到位置A時，本發(fā)明的電機磁通路徑圖；
圖5為電機弱磁運行時，當脈沖磁動勢對招鎳鈷永磁體進行反向去磁且轉子運行到位置B時，本發(fā)明的電機磁通路徑圖；
圖6為電機的整機結構圖；
圖中外定子、2轉子、3內定子、4三相電樞繞組、5釹鐵硼永磁、6鋁鎳鈷永磁、7脈沖調磁繞組、1.1外定子鐵心齒、1.2外定子軛、1.3外定子槽，2.1轉子鐵心塊，2.2非導磁轉子套筒、2.3轉子導磁