一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机制造技术

本发明专利技术公开了一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机，转子铁芯的每个极下设有一个切向充磁的永磁体和两个径向充磁的永磁体，切向充磁的永磁体呈辐条放置，且切向充磁的永磁体远离气隙放置，两个径向充磁的永磁体位于切向充磁的永磁体两侧；且径向充磁的永磁体同切向充磁的永磁体之间夹角不大于90°；径向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，且径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体类型不同。本发明专利技术采用串联磁路结构，增强低矫顽力永磁体的充磁效果，减小电机的充磁电流，提高了永磁体的工作点，增大电机的转矩输出。

【技术实现步骤摘要】
一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机
本专利技术属于电机领域，更具体地，涉及一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机。
技术介绍
永磁同步电机因其功率密度高、效率高、机械特性好的特点，在工业、国防、日常生活等方面中得到了广泛的关注与应用。在传统永磁电机中，随着转速的不断提高，空载反电势不断增大，为保证电机端电压不超过逆变器所能输出的电压极限值，需采用弱磁控制，即通过增大直轴去磁电流分量来抵消永磁磁动势，维持高速运行时电压的平衡，达到弱磁扩速的目的。但是这种方法仍存在许多不足之处：由于永磁体磁阻较大，直轴电感通常较小，因此弱磁能力有限，电机转速范围较窄；其次由于逆变器电流的限制，直轴电流增加的同时，交轴电流会减小，导致弱磁运行区间内电机电磁转矩下降非常快，并且持续弱磁电流的存在，增加了定子绕组铜耗，使得电机效率降低。继而有学者提出一种可控磁通永磁同步电机(即“记忆电机”)，该电机使用高剩磁、低矫顽力易于充退磁的钐钴永磁体或铝镍钴永磁体，通过改变永磁体的磁化程度来实现气隙磁场强度的灵活调节，不需要施加额外的弱磁电流，能够在较大范围内具有较高的效率。但相较于钕铁硼永磁体，低矫顽力的钐钴永磁体和铝镍钴永磁体的磁能积较低，因此，仅使用单一永磁体的可控磁通电机的转矩密度较低。对此，现有技术CN103441592提出一种新型磁通可调永磁同步电机，该电机永磁体由两种永磁体组成：每个极下永磁体呈U型分布，高矫顽力永磁体分布在底端，低矫顽力永磁体分布在两侧。通过调整低矫顽力永磁体的磁化状态，改变磁路，从而改变气隙磁通。但是在这种结构中，高矫顽力永磁体的存在，会降低低矫顽力永磁体的磁化状态，使其工作点降低，且正向磁化变得困难，导致电机所需的充磁电流较大，为削弱两种永磁体之间的影响，该专利技术中设置了梯形槽和弧形槽隔断两者之间的磁路，但是隔磁槽的存在也会对主磁通有影响，降低了电机的输出。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机，旨在解决现有的混合永磁可控磁通电机的等效磁路为并联型，导致低矫顽力永磁体工作点降低出现易退磁现象的技术问题。作为本专利技术的一方面，本专利技术提供一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯，包括：转子铁芯的每个极下设有一个切向充磁的永磁体和两个径向充磁的永磁体，切向充磁的永磁体呈辐条放置，且切向充磁的永磁体远离气隙放置，两个径向充磁的永磁体位于切向充磁的永磁体两侧；且径向充磁的永磁体同切向充磁的永磁体之间夹角不大于90°；径向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，且径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体类型不同。优选地，低矫顽力永磁体总体等效厚度大于高矫顽力永磁体总体等效厚度。优选地，切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体，径向充磁的永磁体为低矫顽力永磁体，单个切向充磁的永磁体的厚度同单个径向充磁的永磁体的厚度相同。优选地，两个相邻极的低矫顽力永磁体呈V型布置。作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种基于磁路串联型混合永磁可控磁通电机，包括定子、绕于定子上的电枢绕组及上述转子铁芯；定子和转子铁芯径向同轴布置。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术设计低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体的排布位置，使得该电机为磁路串联型结构，增强低矫顽力永磁体的磁化状态，提高了低矫顽力永磁体的工作点和磁化程度，降低了电机的充磁电流；2、将高矫顽力永磁体置于内侧，低矫顽力永磁体置于外侧，并分布于高矫顽力永磁体两侧，提高了直轴磁路上低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体厚度之比，削弱两种永磁体之间的相互影响，可获得较大的磁链调节范围；3、低矫顽力永磁体呈V型放置，减小了交轴电枢反应对低矫顽力永磁体的退磁作用，并进一步提高低矫顽力永磁体的工作点，提高转矩输出能力。附图说明图1(a)是现有技术中并联型可控磁通电机的正向磁化等效磁路，图1(b)是现有技术中并联型可控磁通电机的反向磁化等效磁路；图2是本专利技术一个实施例提供的磁路串联型混合永磁可控磁通电机的结构示意图；图3是本专利技术另一个实施例提供的磁路串联型混合永磁可控磁通电机的结构示意图；图4(a)是本专利技术提供的磁路串联型混合永磁可控磁通电机的正向磁化等效磁路；图4(b)是本专利技术提供的磁路串联型混合永磁可控磁通电机的反向磁化等效磁路；其中，附图中的标记为：1-定子铁芯、2-电枢绕组、3-转子铁芯、4-高矫顽力永磁体、5-低矫顽力永磁体、6-隔磁槽。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在并联型可控磁通电机中，如图1(a)所示，FNdFeB表示钕铁硼磁动势，即低矫顽力永磁体磁动势，ΛNdFeB表示钕铁硼磁导，即低矫顽力永磁体磁导，FAlnico表示铝镍钴磁动势，即高矫顽力永磁体磁动势，ΛAlnico表示铝镍钴磁导，即高矫顽力永磁体磁导，Λg表示气隙磁导，Λr表示转子磁导，图1(b)、图4(a)及图4(b)中符号同图1(a)中符号相同。当低矫顽力永磁体(即铝镍钴)正向磁化时，此时高矫顽力永磁体(即钕铁硼)对其起退磁作用，不仅阻碍了低矫顽力永磁体的正向充磁，使得电机所需的充磁电流较大，且导致低矫顽力永磁体的工作点降低，甚至出现不可逆退磁，因此低矫顽力永磁体必须设计得足够厚以保证其工作点处于退磁曲线中的拐点以上，而厚度增加会直接降低电枢绕组对其充退磁的效果。当低矫顽力永磁体处于反向磁化时，如图1(b)所示，此时高矫顽力永磁体对其起充磁作用，此时若要将低矫顽力磁化方向反向(即变为正向磁化)，需施加电枢绕组电流对其进行反向充磁，此时，电枢电流同样也对高矫顽力永磁体进行了充磁，这在很大程度上阻碍了低矫顽力永磁体由反向磁化向正向磁化变化的过程。本专利技术提出一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机，可达到气隙磁通可调节的目的，并提高低矫顽力永磁体的工作点，获得较大的转矩输出能力，且降低电机的充磁电流。如图2所示，本专利技术提供的磁路串联型混合永磁可控磁通电机包括定子铁芯1，电枢绕组2，转子铁芯3及永磁体，永磁体包括高矫顽力永磁体4及低矫顽力永磁体5。转子3和定子1在径向方向上同轴由内向外而设置。定子铁芯1上开设有若干放置电枢绕组2的槽，转子铁芯3上放置有永磁体，转子铁芯3的每个极下设有三个永磁体，一个永磁体切向充磁，另外两个永磁体径向充磁，切向充磁的永磁体呈辐条放置，且切向充磁的永磁体远离气隙放置，两个径向充磁的永磁体位于切向充磁的永磁体两侧，且径向充磁的永磁体同切向充磁的永磁体之间夹角不大于90°；径向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体4或者低矫顽力永磁体5，切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体4或者低矫顽力永磁体5，且径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体类型不同。本专利技术提出的串联型可控磁通电机，通过施加脉动直轴电流来改变低矫顽力永磁体的磁化状态，从而改变气隙磁通，达到磁通可调的目的。同时采用高矫顽力永磁体和低矫顽力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯，其特征在于，转子铁芯(3)的每个极设有一个切向充磁的永磁体和两个径向充磁的永磁体，所述切向充磁的永磁体呈辐条放置，且所述切向充磁的永磁体远离气隙放置，两个径向充磁的永磁体位于所述切向充磁的永磁体两侧；且径向充磁的永磁体同切向充磁的永磁体之间夹角不大于90°；所述径向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，所述切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，且所述径向充磁的永磁体和所述切向充磁的永磁体类型不同。

【技术特征摘要】
1.一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯，其特征在于，转子铁芯(3)的每个极设有一个切向充磁的永磁体和两个径向充磁的永磁体，所述切向充磁的永磁体呈辐条放置，且所述切向充磁的永磁体远离气隙放置，两个径向充磁的永磁体位于所述切向充磁的永磁体两侧；且径向充磁的永磁体同切向充磁的永磁体之间夹角不大于90°；所述径向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，所述切向充磁的永磁体为高矫顽力永磁体或者低矫顽力永磁体，且所述径向充磁的永磁体和所述切向充磁的永磁体类型不同。2.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述低矫...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，葛梦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42