[發(fā)明專利]一種軸向調(diào)磁雙定子永磁同步電機(jī)及其調(diào)磁控制方法

在審

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• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN116247894A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王道涵;李軍辰;彭晨
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K16/00
• 分類號(hào): H02K16/00;H02K1/278;H02K1/2795;H02K1/16;H02K3/28;H02K3/24;H02P21/22
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發(fā)明提供了一種軸向調(diào)磁雙定子永磁同步電機(jī)及其調(diào)磁控制方法，包括徑向定子、軸向定子和轉(zhuǎn)子，所述軸向定子放置于徑向定子的一側(cè)，且軸向定子和徑向定子均安裝有電樞繞組；軸向定子與所述轉(zhuǎn)子端部連接，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于所述徑向定子內(nèi)，且轉(zhuǎn)子的長度大于所述徑向定子的長度，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)端部均延伸至所述徑向定子外；轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的磁通分為徑向主磁路和軸向主磁路，兩個(gè)方向的磁路為并聯(lián)關(guān)系，通過調(diào)節(jié)并聯(lián)磁路實(shí)現(xiàn)對電機(jī)磁通分布及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)，可以降低退磁的風(fēng)險(xiǎn)，且有效利用了電機(jī)的端部空間，消除了端部漏磁。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軸向調(diào)磁雙定子永磁同步電機(jī)及其調(diào)磁控制方法。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

調(diào)速永磁同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子上的永磁體安放方式的不同，可以分為表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)兩種：

表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，永磁體被加工成弧形，直接固定在轉(zhuǎn)子的外表面，永磁體直接面向電機(jī)氣隙，永磁體產(chǎn)生的磁通直接經(jīng)過氣隙進(jìn)入定子形成有效磁通；表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁體由于直接安放在轉(zhuǎn)子表面，永磁體需要加工成與轉(zhuǎn)子和氣隙相匹配的弧形形狀以保證形成均勻氣隙，由于永磁材料易碎的特性，其精確加工較為復(fù)雜，對加工工藝要求較高，成本高。此外，由于永磁體直接安放在轉(zhuǎn)子表面，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于離心力的作用，要求永磁體外部必須纏繞無緯帶綁扎固定，避免轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)永磁體發(fā)生脫落損壞；由于永磁體的氣隙磁密與永磁體的寬度成正比關(guān)系，因此當(dāng)永磁體的寬度確定時(shí)，電機(jī)空載氣隙磁密隨之確定，實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)永磁體寬度受到空載氣隙磁密的制約；由于永磁體直接面向電機(jī)氣隙，當(dāng)電機(jī)需要進(jìn)行弱磁擴(kuò)速控制即采用i_d不等于0控制時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的磁通會(huì)直接穿過永磁體，永磁體面臨不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)；由于永磁材料的磁導(dǎo)率與空氣很接近，表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中d軸和q軸的電抗相等，電機(jī)運(yùn)行時(shí)僅靠永磁磁場和電樞磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，不能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度與內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比較低；表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不能在轉(zhuǎn)子外側(cè)放置起動(dòng)鼠籠，電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)。

內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，永磁體按照一定的要求嵌入到轉(zhuǎn)子鐵芯當(dāng)中，永磁體在鐵心中產(chǎn)生磁通，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體的嵌入形式多樣，永磁體能夠根據(jù)不同的要求進(jìn)行串并聯(lián)組合實(shí)現(xiàn)聚磁效應(yīng)，滿足實(shí)際性能需要；與表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁體不是直接安放于轉(zhuǎn)子表面，而是通過一定的形式嵌入到轉(zhuǎn)子鐵芯當(dāng)中，永磁體不直接面向電機(jī)氣隙，永磁體依靠轉(zhuǎn)子中的永磁體槽進(jìn)行固定，無需無緯帶捆綁固定，轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)整體性好，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可靠性高；永磁體可以通過相互之間串聯(lián)和并聯(lián)的靈活組合實(shí)現(xiàn)聚磁效應(yīng)，能夠得到比表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大得多的氣隙磁密，電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高于表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；電機(jī)極弧系數(shù)和氣隙磁密沒有直接關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)可以分別獨(dú)立進(jìn)行設(shè)置；過載條件下，由于永磁體不直接面對氣隙，可以降低退磁的風(fēng)險(xiǎn)。

但是，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在進(jìn)行調(diào)磁控制時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的d軸磁通如果穿過電機(jī)的永磁體，會(huì)引起永磁體不可逆退磁，而電樞繞組產(chǎn)生的d軸磁通如果不經(jīng)過永磁體閉合，則d軸電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)迫更多的轉(zhuǎn)子磁通通過電機(jī)的端部和端蓋閉合，顯著增大了電機(jī)的漏磁通，而且由于電機(jī)端部磁阻通常比氣隙磁阻大得多，弱磁所需要的d軸電流較大，顯著增加了電機(jī)功率逆變器的成本和繞組銅耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種軸向調(diào)磁雙定子永磁同步電機(jī)及其調(diào)磁控制方法，本發(fā)明為內(nèi)置式轉(zhuǎn)子，且轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的磁通分為徑向主磁路和軸向主磁路，兩個(gè)方向的磁路為并聯(lián)關(guān)系，通過調(diào)節(jié)并聯(lián)磁路實(shí)現(xiàn)對電機(jī)磁通分布及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)，可以降低退磁的風(fēng)險(xiǎn)，且有效利用了電機(jī)的端部空間，消除了端部漏磁。

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種軸向調(diào)磁雙定子永磁同步電機(jī)，包括徑向定子、軸向定子和轉(zhuǎn)子，所述軸向定子放置于徑向定子的一側(cè)，且軸向定子和徑向定子均安裝有電樞繞組；