[發明專利]永磁電機的磁場調節方法和高調磁能力永磁電機

在審

• 申請號: 201410171133.5
• 申請日: 2014-04-26
• 公開（公告）號: CN103944311A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 高學剛
• 申請（專利權）人: 濱州市金諾機電科技有限公司
• 主分類號: H02K7/12
• 分類號: H02K7/12;H02K5/16;H02K1/17;H02K1/27
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 馬俊榮

技術領域

本發明提供一種永磁電機的磁場調節方法和高調磁能力永磁電機，屬于永磁電機領域。

背景技術

永磁電機相對于電勵磁電機，由于采用永磁體勵磁而具有高效、高轉矩密度及高功率因數的特點，具有重要應用價值，但是永磁電機的永磁磁場難以調節而限制了其應用范圍。例如，作為永磁電機一種的永磁無刷電動機，在電動汽車驅動應用中，盡管具有高效、高轉矩密度特點而滿足了電動汽車對驅動系統的高效、低體積重量要求，但是由于難以調節永磁磁場，難以滿足電動汽車低速大轉矩同時具有高速運行能力的驅動要求，影響到該種電機在電動汽車等領域的廣泛應用；同樣作為永磁電機之二的永磁同步發電機，由于不能調節永磁磁場，具有很高的發電機固有電壓調整率，只有通過整流和逆變的方式實現正常的發電機電壓調整率要求，這增加了發電機系統的成本及體積重量，也降低了其運行可靠性。

因此，如何調節永磁電機的磁場，如何提高永磁電機的調磁能力一直是其研究開發的重點。在正弦波永磁無刷電動機中，將電機定子三相對稱電流經過d、q變換變為交、直軸電流，通過調節直軸電流的大小來調節氣隙永磁磁場的大小，如果電機具有高凸極率和高直軸電感，則具有相對較好的調節氣隙永磁磁場的能力，但是高直軸電感和高凸極率本身就是矛盾的，同時永磁體特別是目前普遍采用的稀土永磁體本身不導磁且具有極高的矯頑力，改變永磁體產生的電機氣隙磁場極為困難，需要極大的電樞直軸去磁電流，這在實際中很難實現，而且直軸電流本身是無功電流，直軸電流的增加，降低了電機系統的功率因數，增加了系統的容量；在方波永磁無刷電機中，通過提前導通各相繞組，也可以調節電機的氣隙永磁磁場磁通，但會產生很大的電機振動，影響到電機的性能；而在永磁有刷電機中，氣隙永磁磁場根本無法調節。

可以看出，目前各不同類型永磁電機的永磁磁場，要么不能調節，要么調節困難，調磁幅度不大，同時調磁以后電機性能變差。

中國專利申請CN03805520.1公開了一種具有固定徑向氣隙的無刷永磁電機，通過減小有效磁極強度使其以遠高于正常最大速度的轉速運行。永磁轉子和等速軸承之間軸向移位量的增加使得轉速相應增加并且轉矩相應減小。永磁轉子軸向偏移以提供轉子磁極和定子之間的軸向移位，減小提供給定子的有效磁極強度或磁通。積分常數速度直線軸承用于連接可動轉子和固定位置的電動機轉軸。推力軸承驅動磁轉子抵抗相吸引的磁力向定子偏移。利用等速直線軸承使得當轉子位置偏移時電動機轉軸，徑向去承軸承，位置編碼器，冷卻風扇，和輸出耦合保持在固定位置。該授權發明專利首先是通過軸向移動轉子達到定轉子中心線的錯位的目的，轉子本身旋轉，然后再軸向移動，這對電機的工作、制造帶來很大的難度；其次，該授權發明專利沒有給出電機本身的設計方法。

發明內容

根據以上現有技術中的不足，本發明所要解決的問題是：提供一種使得永磁電機控制精確，連接使用方便，通過機械的方法，將永磁電機定、轉子軸向中心線偏移，降低定、轉子之間的磁耦合，從而間接降低了電機的氣隙有效永磁磁通，達到調節永磁磁場的目的的磁場調節方法，以及高調磁能力永磁電機。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種永磁電機的磁場調節方法，包括永磁電機的定子、轉子、主軸、旋轉軸承、機殼、兩側端蓋及基礎，轉子通過旋轉軸承與定子相對轉動，其特征在于：機殼外部與基礎之間設置直線軸承，端蓋設置在機殼兩側，主軸通過旋轉軸承固定在兩側端蓋上，一側端蓋設置輔助移動機構，主軸與旋轉軸承沿軸向相對靜止，機殼與端蓋通過直線軸承沿軸向具有一定的移動范圍，輔助移動機構控制移動范圍，使得定子中心線和轉子中心線發生偏移，改變定子主體與轉子之間的耦合，改變永磁電機的氣隙有效永磁磁通。

作為永磁電機，定子和轉子中一個安裝永磁體構成永磁轉子或永磁定子，另一個就成為電樞，電樞包括電樞繞組和電樞鐵心。永磁轉子(或永磁定子)同普通永磁電機相同，同樣電樞也與普通永磁電機相同。當永磁轉子(或永磁定子)與電樞中心線對齊時，永磁磁場與電樞完全耦合，電機的永磁氣隙磁通最大，當兩者中心線偏離時，電機的氣隙有效永磁磁通降低，當永磁定子(或永磁轉子)在軸向與電樞沒有重疊時，電樞中的氣隙有效永磁氣隙磁同達到最小，約等于0。通過輔助移動機構使得機殼與端蓋一起相對于主軸移動，可以使電機的氣隙有效永磁磁通變化幅度很大，滿足了各不同永磁電機的調磁要求。主軸連接固定方式靈活方便，不受使用工況和負載影響。