增磁式内置切向可调磁通电机的制作方法

本发明属于永磁电机领域。

背景技术：

为了克服传统稀土永磁电机在弱磁扩速运行时，电枢电流直轴分量增加、交轴分量减小带来的铜损耗升高、电机电磁转矩下降较快等问题，一种采用低矫顽力铝镍钴永磁的可调磁通记忆电机应运而生，电机运行时通过施加直轴充、去磁脉冲电流调节永磁电机的气隙磁通密度，从而扩大电机的调速范围。然而，该类电机在设计时往往交轴电抗Lq大于直轴电抗Ld，电机在高负载运行时，需要负的直轴电流分量产生磁阻转矩从而增加电机的输出能力，由于负的直轴电流分量为去磁性质，因此该类电机被称为弱磁式内置永磁电机，该去磁性质的直轴电流分量易造成低矫顽力铝镍钴永磁的不可控退磁，同时，较大的Lq造成较强的交轴电枢反应，这进一步造成磁路饱和、磁阻升高、永磁体工作点降低，这同样会使低矫顽力铝镍钴永磁在电机高负载运行时发生不可控退磁，铝镍钴永磁的这种不可控退磁增加了在线准确调节其磁化强度的难度。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决弱磁式可调磁通电机在高负载运行时易发生铝镍钴永磁不可控退磁的问题，同时降低在线准确调节铝镍钴永磁磁化强度的难度，提供了一种同时采用铝镍钴永磁和钕铁硼永磁、内置切向式磁极、交轴电抗Lq小于直轴电抗Ld，即增磁式可调磁通电机。

本发明的技术方案为：

所述增磁式内置切向可调磁通电机，包括定子铁心、电枢绕组，转子铁心和转轴；转子铁心固定在转轴上，并位于定子铁心内部，电枢绕组设置在定子铁心上；

还包括切向永磁体槽、p个钕铁硼磁极、p个铝镍钴磁极和p个交轴磁障，p为偶数，转子铁心上沿电机周向均匀布置p个切向永磁体槽和p个交轴磁障，且每个交轴磁障均为以一个切向永磁体槽为中心的镜像对称结构；切向永磁体槽与交轴磁障均沿轴向贯穿整个转子铁心，每个切向永磁体槽中均设置一块钕铁硼磁极和一块铝镍钴磁极，钕铁硼磁极设置在切向永磁体槽中靠近转子内圆位置，铝镍钴磁极设置在切向永磁体槽中靠近转子外圆位置。

优选的，交轴磁障按以下三种方案中的任意一种进行设计：

交轴磁障为m个沿径向布置且分离的圆弧型槽，该m个圆弧型槽的长度沿转子半径方向由外向内逐渐增大，且以切向永磁体槽为对称线，对称布置在切向永磁体槽两侧，m为正整数。

交轴磁障为一系列沿径向布置的圆形槽阵列，该阵列为多条圆弧结构构成，每条圆弧结构设置有多个圆形槽，每条圆弧结构中圆形槽的数量沿转子半径方向由外到内逐渐增多，多条圆弧结构以切向永磁体槽为对称线，对称布置在切向永磁体槽两侧。

交轴磁障为2m个沿径向布置且分离的直线型槽，以切向永磁体槽为对称线，对称布置在切向永磁体槽两侧，且对称位置的两条直线型槽构成V型结构，直线型槽的长度沿转子半径方向由外向内逐渐增大。

优选的方案为：钕铁硼磁极充磁方向垂直于切向永磁体槽，且其充磁方向沿电机周向交替为N、S极，p个铝镍钴磁极充磁方向与同一切向永磁体槽中的钕铁硼磁极充磁方向同时相同或同时相反。

优选的方案为：还包括p个磁桥，在每个切向永磁体槽靠近转轴处设置有磁桥。

本发明的优点：

在传统可调磁通电机的基础上，本发明在电机交轴磁路上设置了一系列磁障，使电机的交轴电抗小于直轴电抗，因此该类电机由正的电枢电流直轴分量产生磁阻转矩，这降低了铝镍钴永磁不可控退磁的风险；同时，电机交轴电抗较小，交轴电枢反应不易使磁路饱和，这进一步降低了铝镍钴永磁不可控退磁的可能性，对于采用低矫顽力铝镍钴永磁的可调磁通电机，保证铝镍钴永磁磁化程度的稳定可控性是至关重要的；此外，本发明所述电机同时采用钕铁硼永磁与铝镍钴永磁，弥补了铝镍钴永磁剩磁较低的不足，可以通过直轴充、去磁脉冲电流来改变铝镍钴永磁的磁化状态，从而达到改变气隙磁通，扩大电机调速范围的目的。

附图说明

图1是实施例1所述增磁式内置切向可调磁通电机结构示意图；

图2是实施例2所述增磁式内置切向可调磁通电机结构示意图；

图3是实施例3所述增磁式内置切向可调磁通电机结构示意图。

1—定子铁心；2—电枢绕组；3—转子铁心；4—切向永磁体槽；5—钕铁硼磁极；6—铝镍钴磁极；7—磁桥；8—交轴磁障；9—转轴。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述增磁式内置切向可调磁通电机包括定子铁心1、电枢绕组2，转子铁心3和转轴9；转子铁心3固定在转轴9上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；

还包括切向永磁体槽4、p个钕铁硼磁极5、p个铝镍钴磁极6和p个交轴磁障8，p为偶数，转子铁心3上沿电机周向均匀布置p个切向永磁体槽4和p个交轴磁障8，且每个交轴磁障8均为以一个切向永磁体槽4为中心的镜像对称结构；切向永磁体槽4与交轴磁障8均沿轴向贯穿整个转子铁心3，每个切向永磁体槽4中均设置一块钕铁硼磁极5和一块铝镍钴磁极6，钕铁硼磁极5设置在切向永磁体槽4中靠近转子内圆位置，铝镍钴磁极6设置在切向永磁体槽4中靠近转子外圆位置。

钕铁硼磁极5充磁方向垂直于切向永磁体槽4，即充磁方向为切向，且钕铁硼磁极5充磁方向沿电机周向交替为N、S极，铝镍钴磁极6充磁方向受到电枢直轴充、去磁脉冲电流的控制，在电机运行过程中，其充磁方向可能与同一切向永磁体槽4内的钕铁硼磁极6充磁方向相同或相反。切向永磁体槽4靠近转轴处具有尺寸合适的磁桥7，磁桥7长度和宽度需同时兼顾限制永磁磁极漏磁和保障转子机械强度。在电机交轴方向，即两个相邻一字型永磁体槽4中间，设置一系列可缩小交轴磁通路径、降低交轴电抗的交轴磁障8，其形式包括一系列沿径向布置的圆弧型槽或一系列沿径向布置，且分离的圆形槽等多种形式，为保障转子机械强度，交轴磁障8内可由环氧树脂、碳纤维等非导磁、非导电材料填充。

下面给出三种具体实施例。

实施例1：

结合图1说明本实施方式，增磁式内置切向可调磁通电机包括定子、转子和转轴，本发明所述定子包括定子铁心1和电枢绕组2，电枢绕组2布置在定子铁心槽中，转轴9由铸钢件制成，定子和转轴9与常规永磁同步电机相同；转子包括切向永磁体槽4、钕铁硼磁极5、铝镍钴磁极6、磁桥7和交轴磁障8，转子沿周向交替均匀布置切向永磁体槽4和交轴磁障8，切向永磁体槽4与交轴磁障8均沿轴向贯穿整个电机，每个切向永磁体槽4中均设置一块钕铁硼磁极5和一块铝镍钴磁极6，钕铁硼磁极5设置在切向永磁体槽4中靠近转子内圆位置，铝镍钴磁极6设置在切向永磁体槽4中靠近转子外圆位置。钕铁硼磁极5充磁方向垂直于切向永磁体槽4，且其充磁方向沿电机周向交替为N、S极，铝镍钴磁极6充磁方向受到电枢直轴充、去磁脉冲电流的控制，在电机运行过程中，其充磁方向可能与同一切向永磁体槽4内的钕铁硼磁极6充磁方向相同或相反。切向永磁体槽4靠近转轴处具有尺寸合适的磁桥7，磁桥长度和磁桥宽度需同时兼顾限制永磁磁极漏磁和保障转子机械强度。在电机交轴方向，即两个相邻切向永磁体槽4中间，设置一系列可缩小交轴磁通路径、降低交轴电抗的交轴磁障8，每组交轴磁障8为m个沿径向布置且分离的圆弧型槽，该m个圆弧型槽的长度沿转子半径方向由外向内逐渐增大，且以切向永磁体槽4为对称线，对称布置在切向永磁体槽4两侧，圆弧形磁障的内部可由环氧树脂、碳纤维等非导磁、非导电材料填充。

实施例2：

结合图2说明，本实施例与实施例1的区别在于：所述交轴磁障8为一系列沿径向布置的圆形槽阵列，该阵列为多条圆弧结构形成，每条圆弧结构设置有多个圆形槽，每条圆弧结构中圆形槽的数量沿转子半径方向由外到内逐渐增多，多条圆弧结构以切向永磁体槽4为对称线，对称布置在切向永磁体槽4两侧，圆形槽的数量可在兼顾转子机械强度与减小电机交轴磁通路径的基础上灵活设计，圆形磁障的内部也可由环氧树脂、碳纤维等非导磁、非导电材料填充。

实施例3：

结合图3说明，本实施例与实施例1的区别在于：所述交轴磁障8为2m个沿径向布置且分离的直线型槽，以切向永磁体槽4为对称线，对称布置在切向永磁体槽4两侧，且对称位置的两条直线型槽构成V型结构，直线型槽的长度沿转子半径方向由外向内逐渐增大，直线型磁障的内部可由环氧树脂、碳纤维等非导磁、非导电材料填充。