一种多边励磁永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种多边励磁永磁电机，转子装配多个永磁体磁极，定子绕组包括电枢绕组和辅助绕组，辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据永磁体磁极的即时位置的信号，控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位，使得辅助绕组励磁磁场增加或减小电枢绕组元件的磁链及其变化率，从而提高电机的输出功率和运行效率或实现电机的弱磁运行。这种弱磁方法避免了转子励磁滑环导致的可靠性问题，对磁钢也不产生影响，保证了电机的可靠运行。同时，还不会增加转子磁路损耗，增磁或弱磁的效果更优。本发明专利技术特别适用于电机弱磁运行和发电运行，也适合低速直接驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种多边励磁永磁电机
本专利技术涉及电机领域，具体涉及永磁电机。
技术介绍
永磁电机具有高效率、高功率密度、结构简单以及运行可靠等诸多优点。因此，永磁电机在工业、民用、军事以及航空航天等领域中应用非常广泛，如用作为电动汽车用驱动电机、空调压缩机、风力发电机、移动供电电源以及航天飞行器中的发电机。但是，对于永磁电机而言，气隙主磁场由永磁体产生，永磁体的性能决定了气隙磁场，其气隙磁密受到硅钢片最大磁密(如1.2T)的限制，使得永磁电机的气隙磁场难以调节。当永磁电机作发电机使用时，其端电压会随负载大小、负载性质或者原动机转速等因素变化而变化，从而影响永磁发电；当永磁电机作电动机使用时，难以获得宽广的调速范围。因此，永磁电机气隙磁场难以调节的缺点，在一定程度上限制了永磁电机的广泛应用和推广。近年来，永磁电机开始应用于电动汽车和一些重载设备上，对电机提出了更高的要求：既要求能在高转速下运行，又要求低速时能够提供大转矩。由于永磁电机的特性是一种恒转矩特性，难以同时满足大调速范围和大转矩的要求。因此，人们提出了各种混合励磁设想，专利技术了多种结构形式的混合励磁电机，以解决低速大扭矩、高速恒功率的问题。但这些混合励磁电机在永磁电机的效率、扩大永磁电机的调速范围等性能还有待改善。例如，车辆牵引用永磁电机调速运行时，需要电机输出恒功率特性，电机在基速以上，反电势高于供电直流电压，导致电机无法输出功率，需要通过减小磁场的方法保证电机绕组注入电流，称弱磁控制。对于永磁电机，通常通过电机绕组供电的相位角提前，从而削弱气隙磁场，但这种方法由于通过绕组产生的电枢电流削弱磁场，弱磁程度相对小，磁钢的性能和电机运行稳定性受到影响。也有人提出在磁钢侧(电机转子上)设置励磁绕组，控制励磁绕组电流，削弱气隙磁场，称为复合励磁技术。如图14所示的一种电机，包括定子和转子，其中，定子包括定子铁芯141和定子绕组，定子绕组相应导体145设在定子开口槽内；转子包括转子铁芯144、N极和S极交替排列的磁极，在相邻的两个磁极之间设有开口槽，励磁绕组的导体142、143设在开口槽内，τ为极距，磁力线只穿过相邻的两个极。由于电机的励磁绕组设置在转子上，因此，需要通过滑环将电源接入励磁绕组，这样一来，转子旋转通过滑环通电，其可靠性大大降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多边励磁永磁电机，在气隙磁密发生极性突变的区域，通过对定子辅助绕组施加励磁电流脉冲产生辅助磁场，在不增加转子磁路损耗的情况下，有效加强或减弱电机主磁场，以大大提高输出瞬时功率或实现可靠的弱磁运行，特别适用于电机弱磁运行和发电运行，也适合低速直接驱动。一种多边励磁永磁电机，包括转子组件和定子组件，其中，所述转子组件装配有多个永磁体磁极，所述永磁体磁极按N极和S极交替排列，相邻的永磁体磁极N极与永磁体磁极S极之间设有间隙；所述定子组件包括定子铁心和定子绕组；其中，所述定子绕组包括电枢绕组(又称主绕组)和辅助绕组(又称励磁绕组)，所述辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据所述永磁体磁极的即时位置的信号，所述控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位：当电枢绕组导体处于所述相邻的永磁体磁极N极和S极的间隙区域，向辅助绕组注入可控相位和频率的脉冲电流，所述辅助绕组所产生磁场中主磁路相当于所述电枢绕组的漏磁路，即所述辅助绕组所产生的磁场的大部分对电枢绕组产生影响(在电枢绕组中感应出电势)。所述永磁体磁极的即时位置的信号，可以采用各种方式来获取并传输给所述控制电路。在本专利技术的一些具体实例中，所述永磁体磁极的即时位置的信号根据所输出的绕组导体电势波形获得：在所述绕组导体电势波形中，相邻的两个零电势分别对应于电枢绕组导体经过相邻的N磁极和S磁极。在本专利技术的另一些具体实例中，所述永磁体磁极的即时位置的信号由转子位置传感器检测并提供。即，所述定子组件还包括转子位置传感器，所述转子位置传感器用于检测所述永磁体磁极的即时位置，并将检测到的所述永磁体磁极的即时位置的信号传输给所述控制电路。本专利技术中，所述转子位置传感器可以采用旋转变压器或霍尔元件(霍尔位置传感器)，检测导体电势换向过程中磁极位置，准确控制辅助绕组电流脉冲时刻。该传感器的位置信号用于控制辅助绕组的通电与关断时刻。根据本专利技术的再一些具体实例，当所述定子组件为有槽定子时，定子槽的数量是所述永磁体磁极的数量的整数倍，优选为2～4倍。比如说转子40极，定子采用120槽。根据本专利技术的再一些具体实例，当所述定子组件为无槽定子时，分布在定子铁心的电枢绕组的导体数量是所述永磁体磁极的数量的整数倍，优选为2～4倍。按照这样来配合设计转子极数和绕组分布，可以使得转子转过一个极，有多个导体按时序出现由磁脉冲引起的电势脉冲。槽内导体按相数分配，串联后形成一个相绕组，该相绕组会在转子转过一个极的过程中，产生多个电势脉冲，并进一步拟合后形成正弦波。进一步，优选所述转子组件中永磁体磁极的数量为40个以上。本专利技术中，所述永磁体为永久磁钢。所述永久磁钢为硬磁材料磁体、软磁材料磁体、或者由硬磁材料磁体与软磁材料磁体构成的复合磁体。根据本专利技术的又一些具体实例，所述定子组件为有槽定子，所述定子槽口宽度小于相邻的所述永磁体磁极N极和S极的间隙宽度，且大于相邻的所述永磁体磁极N极和S极的间隙宽度的1/3。采取上述的相邻所述的永磁体磁极N极和S极的间隙宽度的设置，能够最大程度地利用气隙磁密发生极性突变的区域(也是磁密最小的区域，对应转子相邻N-S之间的间隙区域)所产生的磁场，当电枢绕组导体处于气隙磁密发生极性突变的区域，向所述辅助绕组注入可控相位和频率的脉冲电流，所述辅助绕组所产生磁场中主磁路相当于所述电枢绕组的漏磁路，即所述辅助绕组所产生的磁场的大部分对电枢绕组产生影响(在电枢绕组中感应出电势)，可瞬间加强或削弱电枢绕组磁链，从而实现定子励磁提高功率输出或弱磁效果。此外，还可通过连接能量转换单元来收集电枢绕组的杂散能量，提升能量转换效率，从而进一步强化定子励磁提高功率输出或弱磁效果。所述能量转换单元包括：二极管以及与所述二极管串联的电容。在本专利技术的再一些具体实例中，所述定子组件为有槽定子，电枢绕组由一组或多组串联连接的线圈组成，同一组线圈在同一个定子槽内的导体布置至少为1层，且每层并排的导体数不超过2，同时，至少一个定子槽内，超过1层的导体属于同一组线圈。所述定子槽口宽度小于相邻的所述永磁体磁极N极和S极的间隙宽度，且大于相邻的所述永磁体磁极N极和S极的间隙宽度的1/3。当定子槽内设置多组串联连接的线圈时，与能量转换单元连接后获得连续的脉冲电能。本专利技术中，所述多边励磁电机的辅助绕组，可以根据对电枢绕组的控制要求被分成若干组，而对于每一组的辅助绕组可以各自进行供电及控制，用于实现不同时刻的通断。在发电机运行状态，供电电源可以由发电机输出绕组经整流后的直流电供电；在电动机运行状态，供电电源可由电动机供电电源经整流(或专门电池)供电。本专利技术中，所述多边励磁电机的辅助绕组，通过与其相连接的控制电路来调节电流，从而控制其脉冲电流幅值。该电流具有绕组正反向充电、绕组幅值控制、绕组放电等功能。通过辅助绕组的电流控制，实现定子侧励磁，实现对电枢绕组磁链的增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多边励磁永磁电机，包括转子组件和定子组件，其中，所述转子组件装配有多个永磁体磁极，所述永磁体磁极按N极和S极交替排列，相邻的永磁体磁极N极与永磁体磁极S极之间设有间隙；所述定子组件包括定子铁心和定子绕组；其特征在于：所述定子绕组包括电枢绕组和辅助绕组，所述辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据所述永磁体磁极的即时位置的信号，所述控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位：当电枢绕组导体处于所述相邻的永磁体磁极N极和S极的间隙区域，向所述辅助绕组注入可控相位和频率的脉冲电流，所述辅助绕组所产生的磁场中主磁路相当于所述电枢绕组的漏磁路。

【技术特征摘要】
1.一种多边励磁永磁电机，包括转子组件和定子组件，其中，所述转子组件装配有多个永磁体磁极，所述永磁体磁极按N极和S极交替排列，相邻的永磁体磁极N极与永磁体磁极S极之间设有间隙；所述定子组件包括定子铁心和定子绕组；其特征在于：所述定子绕组包括电枢绕组和辅助绕组，所述辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据所述永磁体磁极的即时位置的信号，所述控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位：当电枢绕组导体处于所述相邻的永磁体磁极N极和S极的间隙区域，向所述辅助绕组注入可控相位和频率的脉冲电流，所述辅助绕组所产生的磁场中主磁路相当于所述电枢绕组的漏磁路。2.如权利要求1所述的多边励磁永磁电机，其特征在于：所述定子组件还包括转子位置传感器，所述转子位置传感器用于检测所述永磁体磁极的即时位置，并将检测到的所述永磁体磁极的即时位置的信号传输给所述控制电路。3.如权利要求1所述的多边励磁永磁电机，其特征在于：所述辅助绕组被分为多组，所述控制电路对每一组的辅助绕组各自进行控制。4.如权利要求1所述的多边励磁永磁电机，其特征在于：通过控制所述辅助绕组的脉冲相位和频率，使得电机的电枢绕组的漏电抗与...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛桦楠，蒋洪波，
申请(专利权)人：上海艾高实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31