环形调磁绕组记忆电机及调磁方法技术

本发明专利技术提供了一种环形调磁绕组记忆电机及调磁方法，包括定子铁心；放置于定子铁心的交流电枢绕组；放置于定子铁心的环形调磁绕组；转子铁心；放置于转子铁心的可变磁通永磁体；放置于转子铁心的恒定磁通永磁体；转轴。定子铁心朝向气隙侧设置若干轴向定子槽，用于嵌放若干交流电枢绕组线圈；定子铁心朝向气隙侧还设置有一个环形定子槽，用于嵌放一个直流环形调磁绕组线圈；电机的转子铁心沿轴向分成两段，两端铁心上放置间隔排布的可变磁通永磁体和恒定磁通永磁体。本发明专利技术所述电机的环形调磁绕组加载正向或反向直流电流脉冲以改变可变磁通永磁体的磁化状态，进而调节气隙磁场强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
环形调磁绕组记忆电机及调磁方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机设备领域，具体地，涉及一种环形调磁绕组记忆电机及调磁方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机使用高性能稀土永磁材料提高电机的效率、功率密度、功率因数和设计自由度，其逐渐成为高性能电机驱动系统的重点研究内容。但是，永磁同步电机的固有永磁磁场较强且不易调节，极大地限制了电机的转速运行范围；也导致电机高速运行弱磁故障情况下产生较大的故障电流，降低容错性能。在电动汽车驱动电机、航空发电机、机床主轴电机等需要宽广调速范围、连高容错性能的电机驱动系统中，期望电机可以在宽广的转速范围内均保持高效率、大转矩、快速动态响应和快速故障灭磁等，这就要求电机在不同工况下可以灵活调节空载气隙磁场。虽然随着矢量控制理论与电力电子技术的发展，通过加载直轴电枢电流可以实现永磁同步电机的磁场调节，但持续施加的调磁电流产生额外铜耗和无功电流，降低了电机效率与功率因数，弱化永磁同步电机优势。
[0003]针对此问题，变磁通记忆电机结构在2001年被提出，其基本结构与普通永磁同步电机类似，包括放置于定子铁心的交流电枢绕组和放置于转子铁心的永磁体。但相比于传统永磁同步电机，变磁通记忆电机采用特殊的可变磁通永磁体，其磁化状态可以通过加载电流脉冲以改变，且磁化状态在电流脉冲结束后可以被记忆和保持。这样，通过加载不同性质的电流脉冲灵活增强或削弱永磁体磁化状态，使其在大转矩输出需求时保持强磁化状态，高转速输出需求时保持弱磁化状态，进而让电机在整个宽广转速运行范围内均保持高性能输出。/>[0004]但是，传统变磁通记忆电机利用交流电枢绕组加载直轴脉冲电流，完成可变磁通永磁体的磁化状态调节，这个电枢直轴脉冲电流会占用交流电枢绕组及逆变器容量，在加载脉冲电流时影响电机的转矩输出功能；更重要的是，完成可变磁通永磁体的磁化状态调节的电枢直轴脉冲电流的幅值一般都明显超过电机额定电流幅值值，这给变磁通记忆电机的有效调磁带来困难。
[0005]2011年公开的学术论文《Principle of Hybrid Variable
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Magnetic
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Force Motors》中，作者提出一种利用专门的环形调磁绕组完成变磁通记忆电机的磁场调节。所述电机包括定子铁心、嵌放于定子铁心的交流电枢绕组与直流环形调磁绕组，转子铁心沿轴向分成两段且两段之间有间隔，沿径向充磁的恒定磁通永磁体被放置于两段铁心上构成转子磁极，而沿轴向充磁的可变磁通永磁体被放置于两段转子铁心之间。这样，通过在环形调磁绕组上加载直流电流脉冲，可以实现电机的磁场调节。但需要指出，所述技术方案中的可变磁通永磁体只有一块，采用轴向充磁，调磁能力有限；恒定磁通永磁体在任意一个铁心段中仅产生一个极性的磁极，形成交替极结构(consequent
‑
pole)。
[0006]2003年公开的学术论文《Consequent
‑
Pole Permanent
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Magnet Machine With Extended Field
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Weakening Capability》中，作者提出一种利用专门的环形调磁绕组完成
气隙磁场调节的混合励磁电机结构。所述电机包括定子铁心、嵌放于定子铁心的交流电枢绕组与直流环形调磁绕组，转子铁心沿轴向分成两段，沿径向充磁的恒定磁通永磁体采用交替极结构(consequent
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pole)，被放置于两段铁心上构成转子磁极，环形调磁绕组加载恒定的直流电流以调节气隙磁场。需要指出，所述技术方案中无可变磁通永磁体，属于混合励磁电机范畴，而不属于变磁通记忆电机，所加载的直流调磁电流需要一直存在才可以调节气隙磁场力，导致电机调磁所需铜耗较大，直流电流一旦撤去即失去调磁能。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种环形调磁绕组记忆电机及调磁方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种环形调磁绕组记忆电机，包括定子铁心、交流电枢绕组、环形调磁绕组、转子铁心、可变磁通永磁体、恒定磁通永磁体以及转轴，其中：
[0009]定子铁心在气隙侧沿周向均匀分布若干个轴向贯通的定子槽，用以嵌放交流电枢绕组；
[0010]定子铁心的轴向中间位置的气隙侧设置有环形定子槽，用以嵌放直流环形调磁绕组线圈；
[0011]转子铁心位于定子铁心内部；转子铁心沿轴向分成独立的第一转子段铁心和第二转子段铁心，两者之间设有非导磁间隔；
[0012]第一转子段铁心和第二转子段铁心上均设置有可变磁通永磁体和恒定磁通永磁体，两种永磁体构成极性相反的磁极、沿周向间隔排布；
[0013]转轴位于转子铁心内部，与定子铁心、转子铁心同轴，转轴及转子铁心能够围绕转轴旋转。
[0014]优选地，所述交流电枢绕组和环形调磁绕组相互独立，交流电枢绕组加载交流电流；环形调磁绕组加载正向或反向的直流电流。
[0015]优选地，所述可变磁通永磁体被放置于转子铁心的两个分段上，提供径向磁场，其在两个转子段铁心上充当不同的磁极。
[0016]优选地，所述可变磁通永磁体为剩磁可调且可记忆的永磁体，在环形调磁绕组加载直流脉冲后，可以改变永磁体的剩磁，且在直流脉冲电流结束后，被改变的永磁体剩磁可以被记忆。
[0017]优选地，所述恒定磁通永磁体被放置于转子铁心的两个分段上，提供径向磁场，其在两个转子段铁心上充当不同的磁极。
[0018]优选地，所述第一转子段铁心上放置有可变磁通永磁体和恒定磁通永磁体，两种永磁体分别单独构成转子磁极，其中可变磁通永磁体构成S极，恒定磁通永磁体构成N极，两者沿周向间隔排布；
[0019]第二转子段铁心上也放置有可变磁通永磁体和恒定磁通永磁体，两种永磁体分别单独构成转子磁极，其中可变磁通永磁体构成N极，恒定磁通永磁体构成S极，两者沿周向间隔排布。
[0020]优选地，所述定子铁心和转子铁心采用硅钢冲片压叠制成；恒定磁通永磁体采用钕铁硼材料，可变磁通永磁体采用铝镍钴材料；转轴采用导磁材料。
[0021]优选地，所述恒定磁通永磁体和可变磁通永磁体均采用内嵌式V形结构，放置于转子铁心上。
[0022]根据本专利技术提供的一种基于上述的环形调磁绕组记忆电机的调磁方法，包括如下步骤：
[0023]交流电流加载步骤：交流电枢绕组加载交流电流，完成电机的电磁功率输出，相应的主磁通只在垂直于电机轴向轴线的二维平面内流通；
[0024]直流电流脉冲加载步骤：环形调磁绕组加载正向或反向的直流电流脉冲，完成可变磁通永磁体的磁化状态调节，相应的主磁通在三维空间内流通，流通路径包括定子铁心、第一转子段铁心、转轴、第二转子段铁心。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]1、本专利技术所述电机具有两套独立电气回路，其中一套电气回路由交流电枢绕组构成，用于加载交流电流以输出电磁功率；而另一套电气回路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形调磁绕组记忆电机，其特征在于，包括定子铁心、交流电枢绕组、环形调磁绕组、转子铁心、可变磁通永磁体、恒定磁通永磁体以及转轴，其中：定子铁心在气隙侧沿周向均匀分布若干个轴向贯通的定子槽，用以嵌放交流电枢绕组；定子铁心的轴向中间位置的气隙侧设置有环形定子槽，用以嵌放直流环形调磁绕组线圈；转子铁心位于定子铁心内部；转子铁心沿轴向分成独立的第一转子段铁心和第二转子段铁心，两者之间设有非导磁间隔；第一转子段铁心和第二转子段铁心上均设置有可变磁通永磁体和恒定磁通永磁体，两种永磁体构成极性相反的磁极、沿周向间隔排布；转轴位于转子铁心内部，与定子铁心、转子铁心同轴，转轴及转子铁心能够围绕转轴旋转。2.根据权利要求1所述的环形调磁绕组记忆电机，其特征在于，所述交流电枢绕组和环形调磁绕组相互独立，交流电枢绕组加载交流电流；环形调磁绕组加载正向或反向的直流电流。3.根据权利要求1所述的环形调磁绕组记忆电机，其特征在于，所述可变磁通永磁体被放置于转子铁心的两个分段上，提供径向磁场，其在两个转子段铁心上充当不同的磁极。4.根据权利要求1所述的环形调磁绕组记忆电机，其特征在于，所述可变磁通永磁体为剩磁可调且可记忆的永磁体，在环形调磁绕组加载直流脉冲后，可以改变永磁体的剩磁，且在直流脉冲电流结束后，被改变的永磁体剩磁可以被记忆。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：华浩，栗大林，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：