[發(fā)明專利]一種E形定子鐵心磁通切換型混合永磁記憶電機

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• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104410180A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設計）人: 林鶴云;陽輝;房淑華;黃允凱
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K1/17
• 分類號: H02K1/17;H02K1/16
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發(fā)明涉及一種E形定子鐵心磁通切換型混合永磁記憶電機，屬于可調磁通永磁電機領域。

背景技術

在電機領域中，普通永磁同步電機(PMSM)由于普通永磁材料(如釹鐵硼)的固有特性，電機內的氣隙磁場基本保持恒定，作為電動運行時調速范圍十分有限，在諸如電動汽車，航空航天等寬調速直驅場合的應用受到一定限制，故以實現永磁電機的氣隙磁場的有效調節(jié)為目標的可調磁通永磁電機一直是電機研究領域的熱點和難點。永磁記憶電機(以下簡稱“記憶電機”)是一種新型的磁通可控型永磁電機，它采用低矯頑力鋁鎳鈷永磁體，通過定子繞組或者直流脈沖繞組產生周向磁場，從而改變永磁體磁化強度對氣隙磁場進行調節(jié)，同時永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特點。

傳統(tǒng)的記憶電機由克羅地亞裔德國電機學者奧斯托維奇(Ostovic)教授在2001年提出。這種拓撲結構的記憶電機由寫極式電機發(fā)展而來，轉子由鋁鎳鈷永磁體、非磁性夾層和轉子鐵心組成三明治結構。這種特殊結構能夠隨時對永磁體進行在線反復不可逆充去磁，同時減小交軸電樞反應對氣隙磁場的影響。

然而，這種基本結構的記憶電機的轉子結構存在著不足。由于永磁體處于轉子，電樞繞組同時具備能量轉換和磁場調節(jié)功能，因此在線調磁難度大大增加；其次，由于采用了AlNiCo永磁體，為了獲足夠的磁通，就必須采用足夠厚度的材料。而在上述的切向式結構下，不易實現；同時，轉子必須做隔磁處理，而且整個轉子由多個部分緊固在軸上，降低了機械可靠性；最后，在需要寬調速驅動電機的場合，如機床和電動汽車中，采用上述結構的永磁氣隙主磁通不高，電機力能指標也不能讓人滿意。因此許多拓撲結構的混合永磁式內置式永磁記憶電機提出，但是由于轉子永磁以及鐵心的磁路飽和將造成高速區(qū)電機溫升和鐵心損耗增大，效率受到極大影響。設有兩種不同材料的永磁共同勵磁，其中釹鐵硼永磁提供氣隙主磁場，而“V”形聚磁式鋁鎳鈷永磁起到磁場調節(jié)器的作用。然而，轉子永磁式混合永磁結構存在高速渦流損耗和高溫升等問題，而且在高負載運行區(qū)域，其低矯頑力永磁去磁嚴重，使得磁阻轉矩嚴重降低，影響了整機的轉矩密度。

近些年來，一種新型的定子永磁型電機—磁通切換永磁(Switched?Flux?Permanent?Magnet，以下簡稱SFPM)電機由于其卓越的性能受到國內外學者廣泛關注。SFPM電機具有高功率密度、效率高、空載磁鏈雙極性、空載感應電動勢的正弦度極高和結構簡單可靠性高等優(yōu)點。在永磁同步電機領域，SFPM電機已經逐漸取代傳統(tǒng)的內置式和表貼式永磁電機，在航空等領域具有更大的工業(yè)價值。

然而，傳統(tǒng)SFPM電機轉子鐵心存在著磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由永磁體勵磁產生，難以調節(jié)，限制了其在電動汽車寬調速驅動場合的應用；其次還存在漏磁問題，永磁體利用率不高，導致電磁兼容問題。

法國學者提出的混合勵磁磁通切換永磁電機實現了氣隙磁場的可調節(jié)性，該電機勵磁磁勢和永磁磁勢并聯，使得其弱磁能力十分突出。但是，這種電機同時存在兩個磁勢源，兩者磁通容易相互耦合、相互影響，增大了電磁特性的復雜性，且存在增大勵磁損耗、勵磁電流控制系統(tǒng)實現難度大等弱點。

專利CN200910196558.0公開了一種雙凸極記憶電機，第一次將“記憶電機“的概念融入定子永磁型電機中以實現高效的在線調磁，但是該電機只采用低矯頑力的鋁鎳鈷永磁，且由于雙凸極運行機理，電機具有磁鏈的單極性和接近梯形波的反電勢，使得電機的轉矩密度和轉矩脈動較大，工業(yè)應用性較差，此外，該電機的電樞槽面積較之脈沖繞組槽較小，大大降低了電機的功率密度和力能表現。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種高轉矩密度、磁隔離能力強、高容錯運行能力和在線調磁效率突出的E形定子鐵心磁通切換型混合永磁記憶電機。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種E形定子鐵心磁通切換型混合永磁記憶電機，包括定子(1)、與定子相適配的三相電樞集中繞組(5)和脈沖調磁繞組(6)、凸極轉子(2)、不導磁轉軸(9)；所述定子(1)設在轉子(2)外部，轉子(2)固定于不導磁轉軸(9)上且為凸極式；