一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机。

背景技术

由于稀土永磁体(如钕铁硼)具有较高的磁能积，因此采用了稀土永磁体的永磁同步电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等显著特点，且结构设计多种多样，在国民经济的各个领域中具有广泛的应用。采用了高矫顽力恒定磁通永磁体和低矫顽力可变磁通永磁体的混合永磁记忆电机，既继承了永磁电机的高转矩密度和高功率密度的优点，又具有磁场易调节的优点，仅需要施加瞬时充去磁电流脉冲就可以实现气隙磁场的有效调节，因此，混合永磁记忆电机在需要宽调速范围运行的场合具有很大的应用潜力。

但是对于传统的并联磁路可变磁通记忆电机，由于铝镍钴永磁体矫顽力不够高，在空载情况下容易被钕铁硼永磁体大幅反向去磁，另外在负载情况下，铝镍钴永磁体易受到电枢反应磁场和钕铁硼永磁的反向去磁影响，永磁工作点不稳定，抗负载去磁能力弱，导致转矩密度低，为此，我们提出一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机，能够解决当前并联磁路可变磁通记忆电机中低矫顽力永磁体被高矫顽力永磁体反向去磁以及被负载电流反向去磁后工作点降低，抗负载去磁能力弱的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机，包括：

定子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心上安装有电枢绕组；

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部；

所述混合永磁转子包括转子铁心，所述转子铁心上安装有多个第一永磁体，且多个第一永磁体周向等分布设在转子铁心的外缘处；

所述第一永磁体的两端均安装有第二永磁体，且第一永磁体的矫顽力小于第二永磁体的矫顽力；

所述转子铁心上开设有多个扇形磁障，且多个扇形磁障周向等分布设在转子铁心上；

所述扇形磁障的开口朝向转子铁心外缘，每个扇形磁障均位于相邻的两个第一永磁体之间，且扇形磁障的对称轴与相邻两个第一永磁体的对称轴相重合。

进一步的，所述定子与混合永磁转子之间同轴布设，且定子与混合永磁转子之间均匀设置有气隙。

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，所述第一永磁体为低矫顽力永磁体，第一永磁体横截面呈一字型布设。

进一步的，所述第一永磁体双向充磁，磁化方向与其短边长度方向平行，相邻第一永磁体之间的磁化方向始终保持相反。

进一步的，所述第二永磁体为高矫顽力永磁体，第二永磁体为单向充磁，其磁化方向与同一磁极下第一永磁体的磁化方向平行，第二永磁体横截面呈一字型布设。

进一步的，所述同一磁极下两个第二永磁体的磁化方向相同，相邻磁极下两块第二永磁体磁化方向始终保持相反。

进一步的，所述第一永磁体和第二永磁体之间构成并联磁路，同一磁极中，第一永磁体和第二永磁体的磁化方向相同时，电机处于增磁状态，反之，电机则处于去磁状态。

进一步的，所述第一永磁体和扇形磁障的数量相同且均为偶数，第二永磁体的数量是第一永磁体数量的两倍。

进一步的，所述第一永磁体为铝镍钴永磁体，第二永磁体为钕铁硼永磁体。

本发明至少具备以下有益效果：

1)本发明通过扇形磁障，可减小交轴电感，该电机呈现出直轴电感大于交轴电感的反凸极特性，当负载时电枢电流对低矫顽力永磁体表现为增磁作用，因此能够提高第一永磁体的抗负载去磁能力。

2)本发明周向放置的第一永磁体和第二永磁体呈并联关系，当其在增磁状态下运行时，两者磁化方向相同，气隙磁密高；当第一永磁体和第二永磁体在去磁状态下运行时，两者磁化方向相反，磁力线在转子内部形成回路，气隙磁密降低，因此通过低矫顽力永磁体磁化状态的改变可实现气隙磁密的灵活调节。

3)本发明通过将矫顽力较低的第一永磁体放置在转子外缘处，其径向对称轴位于直轴上，另外矫顽力较大的第二永磁体与扇形磁障之间的磁桥很窄，以上设置可有效减少直轴磁化电流的幅值，提高充去磁效率。

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为本发明的整体结构正剖示意图；

图2为本发明定子结构的正视示意图；

图3为本发明的转子结构的正视示意图；

图4为本发明增磁状态下的磁力线分布图；

图5为本发明去磁状态下的磁力线分布图；

图6为本发明第一永磁体负载前后的工作点变化图。

附图标记：

1、定子；11、定子铁心；12、电枢绕组；13、定子轭；14、定子齿；15、定子槽；2、混合永磁转子；21、转子铁心；22、第一永磁体；23、第二永磁体；24、扇形磁障；3、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。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种磁场增强型并联磁路可变磁通记忆电机，包括：

定子1，定子1包括定子铁心11，定子铁心11上设置有定子轭13，定子铁心11的内圆周设置有多个定子齿14，相邻的两个定子齿14之间形成定子槽15，电枢绕组12缠绕在定子齿14上。

混合永磁转子2，混合永磁转子2转动连接在定子1的内部，混合永磁转子2的中心位置安装有转轴3，定子1与混合永磁转子2之间同轴布设。

混合永磁转子2包括转子铁心21，转子铁心21上安装有多个横截面为“一”字型布设的第一永磁体22，且多个第一永磁体22周向等分布设在转子铁心21的外缘处，第一永磁体22双向充磁，磁化方向与其短边长度方向平行，瞬时脉冲电流对其充磁前第一永磁体22磁化方向与端部周向分布的第二永磁体23充磁方向相反，瞬时脉冲电流对其充磁后该第一永磁体22磁化方向与周向分布的第二永磁体23磁化方向相同，第一永磁体22径向对称轴与转子极中心线重合，相邻第一永磁体22的充磁方向相反。

第一永磁体22的两端均安装有第二永磁体23，且第一永磁体22的矫顽力小于第二永磁体23的矫顽力，第二永磁体23为单向充磁，其磁化方向与同一磁极下第一永磁体22的磁化方向平行，具体来说，与增磁状态下同一磁极下的第一永磁体22的磁化方向相同，去磁状态下则相反；第二永磁体23横截面呈一字型布设，且同一磁极下两个第二永磁体23的磁化方向相同，相邻磁极下两块第二永磁体23磁化方向始终保持相反。

第一永磁体22和第二永磁体23之间构成并联磁路，同一磁极中，第一永磁体22和第二永磁体23的磁化方向相同时，电机处于增磁状态，反之，电机则处于去磁状态。

转子铁心21上开设有多个扇形磁障24，且多个扇形磁障24周向等分布设在转子铁心21上，扇形磁障24的开口朝向转子铁心21外缘，每个扇形磁障24均位于相邻的两个第一永磁体22之间，且扇形磁障24的对称轴与相邻两个第一永磁体22的对称轴相重合；扇形磁障24的半径大于所述第一永磁体22的厚度，其半径较大是为了减小交轴电感，使得该电机呈现出直轴电感大于交轴电感的反凸极特性，当负载时电枢电流对第一永磁体22表现为增磁作用，从而提高第一永磁体22的抗负载去磁能力。

需要说明的是，定子铁心11和转子铁心21都是由0.35mm厚度的硅钢片叠压而成，叠压系数为0.95；定子1内壁和混合永磁转子2外壁之间留有均匀气隙，气隙的厚度与电机的功率等级、所选取的永磁材料以及定子1、混合永磁转子2的加工和装配工艺有关。

进一步的，扇形磁障24与第二永磁体23之间设有间隙，该间隙可减少第二永磁体23两端的漏磁通，提高瞬时脉冲电流的充磁或者去磁效率，降低所需充去磁电流脉冲幅值。

第一永磁体22和扇形磁障24的数量相同且均为偶数，第二永磁体23的数量是第一永磁体22数量的两倍，针对于本申请的技术方案，第一永磁体22与扇形磁障24的数量均为4个，第二永磁体23的数量是8个。

另一方面，第一永磁体22为低矫顽力永磁体，第二永磁体23为高矫顽力永磁体，针对于本申请的技术方案，第一永磁体22为铝镍钴永磁体，第二永磁体23为钕铁硼永磁体。

结合图4和图5，本实施例的运行原理为：永磁磁通首先从周向分布的第二永磁体23的N极出发，若第一永磁体22的磁化方向与同极第二永磁体23的磁化方向相同，则第一永磁体22处于增磁状态，第一永磁体22和第二永磁体23的磁通汇合经过转子铁心21，穿过气隙，到达定子齿14，经过定子轭13，再按相同的路径反序回到相邻第二永磁体23的S极和相邻极第一磁体22的S极。

若第一永磁体22的磁化方向与同一极下第二永磁体23的磁化方向相反，则第一永磁体22处于去磁状态，反向磁化的第一永磁体22的磁通一部分被端部的第二永磁体23抵消，另一部分从N极出发，经过转子铁心21，穿过气隙，到达定子齿14，经过定子轭13，再按相同的路径反序回到相邻第一永磁体22的S极，第一永磁体22在两种磁化状态下时电机的磁力线分布如图4和图5所示，相邻极中间的扇形磁障24可以有效降低交轴电感，使电机呈现出直轴电感大于交轴电感的反凸极特性，当负载时电枢电流对低矫顽力永磁体表现为增磁作用，进而提高低矫顽力永磁体的抗负载去磁能力，负载前后低矫顽力永磁体的工作点如图6所示，可以看出低矫顽力永磁体工作点的稳定性得到了保证，且工作点有略微提高。

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。