一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机及其控制方法技术

技术编号：43281042 阅读：15 留言：0更新日期：2024-11-12 16:04

本申请提供一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机及其控制方法，属于电机技术领域。本申请采用混合永磁记忆电机的设计方案，将直流励磁绕组引入轮辐式永磁同步电机中，放置在固定于端盖上的导磁桥中并引入轴向附加气隙实现无刷结构，省去了电刷和滑环等装置；设计了弧形低矫顽力永磁体和环形低矫顽力永磁体，搭配分布在转子铁芯上的空气槽，可使三种励磁源之间互相搭配组合，实现了电机气隙磁通可调节，从而使电机达到宽转矩范围目的，同时保证电机的高效率和高转矩密度。本申请提供的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机具有节能模式和高性能模式两种，每种运行模式下包括增磁和去磁两种工作状态，并且可大范围调节输出电压和转速。

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【技术实现步骤摘要】

本申请属于电机，具体涉及一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机及其控制方法。

技术介绍

1、高转矩密度、宽恒功率调速范围和高效率是永磁同步电机设计不断追求的重要目标。然而，永磁同步电机的宽调速范围需要通入负的直轴电枢电流来有效抵消稀土永磁体产生的不可调气隙磁通，从而导致额外的连续绕组铜损。这一不足将导致永磁同步电机在所有运行条件下的整体效率下降，同时会带来永磁体退磁风险。

2、在永磁同步电机中引入低矫顽力永磁体可构成记忆电机，其特点是通过施加充退磁电流脉冲来实现低矫顽力永磁体的退磁或再磁化，达到气隙磁场和输出电压可调的性能，可满足电机宽调速范围和高效率的要求。但是低矫顽力永磁体的工作点一般很低，其导致了永磁同步电机的转矩密度下降。

3、因此，有必要提供一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机及其控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机及其控制方法，实现了电机气隙磁通可调节，从而使电机达到宽转矩范围目的，同时保证电机的高效率和高转矩密度，并且可大范围调节输出电压和转速，可以有效解决
技术介绍
中的至少一个技术问题。

2、为解决上述技术问题，本申请的技术方案在于：

3、一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，包括：

4、转子铁芯，所述转子铁芯上安装有高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，所述高矫顽力永磁体嵌入所述转子铁芯内，所述低矫顽力永磁体固定在所述转子铁芯的两端；</p>

5、定子铁芯，环绕在所述转子铁芯的外侧，并与所述转子铁芯间隔形成径向主气隙，所述定子铁芯上安装有电枢绕组；

6、导磁桥，设置于所述转子铁芯的两端并与所述低矫顽力永磁体间隔形成轴向附加气隙，所述导磁桥上安装有励磁绕组，所述励磁绕组嵌入所述导磁桥靠近所述转子铁芯的一端。

7、作为一种优选的改进，所述转子铁芯为轮辐式结构，包括内轮圈、间隔环设在内轮圈外围的外轮圈以及连接内轮圈和外轮圈的多个辐条，相邻两个所述辐条与所述外轮圈、内轮圈配合围成空气槽。

8、作为一种优选的改进，所述低矫顽力永磁体包括环形低矫顽力永磁体和弧形低矫顽力永磁体，所述环形低矫顽力永磁体固定在所述内轮圈的端部，所述弧形低矫顽力永磁体固定在所述外轮圈的端部，并位于所述外轮圈的外环侧，与所述空气槽相对间隔设置。

9、作为一种优选的改进，所述外轮圈沿所述转子铁芯轴向方向贯穿设置有安装槽，所述高矫顽力永磁体安装在所述安装槽内，沿所述转子铁芯轴向方向的两端分别与所述外轮圈的两端对应齐平，沿所述转子铁芯径向方向的内侧朝向所述空气槽。

10、作为一种优选的改进，每个所述空气槽对应两个所述高矫顽力永磁体，两个所述高矫顽力永磁体关于所述空气槽对称设置，两个所述高矫顽力永磁体之间设置一个所述环形低矫顽力永磁体，两个所述高矫顽力永磁体同一端的极性相反。

11、作为一种优选的改进，位于所述转子铁芯两端的低矫顽力永磁体关于所述转子铁芯对称设置。

12、作为一种优选的改进，所述导磁桥与端盖固定，所述导磁桥靠近所述转子铁芯的一端设置有安装槽，所述安装槽的开口朝向所述转子铁芯，所述励磁绕组安装在安装槽内。

13、一种如上述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机的控制方法，包括如下步骤：

14、向所述励磁绕组通入脉冲电流，改变所述低矫顽力永磁体的磁化状态，进入节能模式；

15、向所述励磁绕组通入持续电流，改变所述低矫顽力永磁体的磁化状态并且作为励磁源参与气隙磁通的构成，进入高性能模式。

16、作为一种优选的改进，所述基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机在节能模式下包括增磁状态和去磁状态两种工作状态：

17、增磁状态：所述高矫顽力永磁体产生主磁通和漏磁通，主磁通经过所述高矫顽力永磁体、定子铁芯、转子铁芯和径向主气隙构成所述高矫顽力永磁体的主磁通磁路，所述高矫顽力永磁体漏磁通被所述低矫顽力永磁体抑制；所述低矫顽力永磁体产生的主磁通经过所述低矫顽力永磁体、导磁桥、轴向附加气隙、转子铁芯、定子铁芯和径向主气隙构成所述低矫顽力永磁体的主磁通磁路；所述高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体各自在径向主气隙产生的磁通方向相同，对电机主磁通起增强作用；

18、去磁状态：所述高矫顽力永磁体的主磁通经过所述高矫顽力永磁体的主磁通磁路，漏磁通经过所述高矫顽力永磁体、转子铁芯、低矫顽力永磁体、导磁桥和轴向附加气隙构成所述高矫顽力永磁体的漏磁通磁路；所述低矫顽力永磁体产生的主磁通经过所述低矫顽力永磁体的主磁通磁路；所述高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体各自在径向主气隙产生的磁通方向相反，对电机主磁通起减弱作用。

19、作为一种优选的改进，所述基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机在高性能模式下包括增磁状态和去磁状态两种工作状态：

20、增磁状态：所述高矫顽力永磁体的主磁通经过所述高矫顽力永磁体的主磁通磁路，所述高矫顽力永磁体的漏磁通被所述低矫顽力永磁体和励磁绕组产生的磁场抑制；所述低矫顽力永磁体产生的主磁通经过所述低矫顽力永磁体的主磁通磁路；所述励磁绕组产生的主磁通经过所述低矫顽力永磁体、导磁桥、轴向附加气隙、转子铁芯、定子铁芯和径向主气隙构成所述励磁绕组的主磁通磁路；所述高矫顽力永磁体、低矫顽力永磁体和励磁绕组各自在径向主气隙产生的磁通方向相同，对电机主磁通起增强作用；

21、去磁状态：所述高矫顽力永磁体的主磁通经过所述高矫顽力永磁体的主磁通磁路，漏磁通经过所述高矫顽力永磁体的漏磁通磁路；所述低矫顽力永磁体产生的主磁通经过所述低矫顽力永磁体的主磁通磁路，所述励磁绕组产生的主磁通经过所述励磁绕组的主磁通磁路；所述高矫顽力永磁体在径向主气隙产生的磁通方向和低矫顽力永磁体与励磁绕组在径向主气隙产生的磁通方向相反，对电机主磁通起减弱作用。本申请的有益效果在于：

22、(1)本申请采用混合永磁记忆电机的设计方案，将直流励磁绕组引入轮辐式永磁同步电机中，放置在固定于端盖上的导磁桥中并引入轴向附加气隙实现无刷结构，从而避免了电刷和滑环等装置；

23、(2)设计了弧形和环形低矫顽力永磁体，搭配分布在转子铁芯特殊位置的空气槽，可使三种励磁源之间互相搭配组合，实现了电机气隙磁通可调节，从而使电机达到宽转矩范围目的，同时保证电机的高效率和高转矩密度；

24、(3)具有两种运行模式以及各模式下两种工作状态，实现低速大转矩和高转速的性能，并且可大范围调节输出电压和转速，综合性能出色。

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【技术保护点】

1.一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，所述转子铁芯为轮辐式结构，包括内轮圈、间隔环设在内轮圈外围的外轮圈以及连接内轮圈和外轮圈的多个辐条，相邻两个所述辐条与所述外轮圈、内轮圈配合围成空气槽。

3.根据权利要求2所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，所述低矫顽力永磁体包括环形低矫顽力永磁体和弧形低矫顽力永磁体，所述环形低矫顽力永磁体固定在所述内轮圈的端部，所述弧形低矫顽力永磁体固定在所述外轮圈的端部，并位于所述外轮圈的外环侧，与所述空气槽相对间隔设置。

4.根据权利要求3所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，所述外轮圈沿所述转子铁芯轴向方向贯穿设置有安装槽，所述高矫顽力永磁体安装在所述安装槽内，沿所述转子铁芯轴向方向的两端分别与所述外轮圈的两端对应齐平，沿所述转子铁芯径向方向的内侧朝向所述空气槽。

5.根据权利要求4所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，每个所述空气槽对应两个所述高矫顽力永磁

6.根据权利要求1所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，位于所述转子铁芯两端的低矫顽力永磁体关于所述转子铁芯对称设置。

7.根据权利要求1所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，所述导磁桥与端盖固定，所述导磁桥靠近所述转子铁芯的一端设置有安装槽，所述安装槽的开口朝向所述转子铁芯，所述励磁绕组安装在安装槽内。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机的控制方法，其特征在于，所述基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机在节能模式下包括增磁状态和去磁状态两种工作状态：

10.根据权利要求8所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机的控制方法，其特征在于，所述基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机在高性能模式下包括增磁状态和去磁状态两种工作状态：

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【技术特征摘要】

1.一种基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的基于三励磁源的无刷混合永磁记忆电机，其特征在于，每个所述空气槽对应两个所述高矫顽力永磁体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金雅，刘侃，蔡华强，胡伟，丁彦，魏东，陶俊杰，苏天宇，高程，毛祖光，陈泳丹，张定华，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：

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