一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可調(diào)磁通永磁電機(jī)，具體涉及一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在電機(jī)領(lǐng)域中，普通永磁同步電機(jī)(PMSM)由于普通永磁材料(如釹鐵硼)的固有特性，電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場基本保持恒定，作為電動(dòng)運(yùn)行時(shí)調(diào)速范圍十分有限，在諸如電動(dòng)汽車，航空航天等寬調(diào)速直驅(qū)場合的應(yīng)用受到一定限制，故以實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的氣隙磁場的有效調(diào)節(jié)為目標(biāo)的可調(diào)磁通永磁電機(jī)一直是電機(jī)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的PMSM均采用直軸電流進(jìn)行弱磁調(diào)速，但是由于逆變器容量限制以及永磁不可逆去磁風(fēng)險(xiǎn)的存在而難以實(shí)現(xiàn)高效調(diào)磁。永磁記憶電機(jī)(以下簡稱“記憶電機(jī)”)是一種新型的磁通可控型永磁電機(jī)，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(chǎn)生周向磁場，從而改變永磁體磁化強(qiáng)度對(duì)氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特點(diǎn)，避免了電樞損耗，實(shí)現(xiàn)了在線高效調(diào)磁。
[0003]傳統(tǒng)的記憶電機(jī)由克羅地亞裔德國電機(jī)學(xué)者奧斯托維奇(Ostovic)教授在2001年提出。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的記憶電機(jī)由寫極式電機(jī)發(fā)展而來，轉(zhuǎn)子由鋁鎳鈷永磁體、非磁性夾層和轉(zhuǎn)子鐵心組成三明治結(jié)構(gòu)。這種特殊結(jié)構(gòu)能夠隨時(shí)對(duì)永磁體進(jìn)行在線反復(fù)不可逆充去磁，同時(shí)減小交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場的影響O
[0004]然而，這種基本結(jié)構(gòu)的記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)存在著不足。由于永磁體處于轉(zhuǎn)子，電樞繞組同時(shí)具備能量轉(zhuǎn)換和磁場調(diào)節(jié)功能，因此在線調(diào)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(jié)構(gòu)下，不易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，轉(zhuǎn)子必須做隔磁處理，而且整個(gè)轉(zhuǎn)子由多個(gè)部分緊固在軸上，降低了機(jī)械可靠性；最后，在需要寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)的場合，如機(jī)床和電動(dòng)汽車中，采用上述結(jié)構(gòu)的永磁氣隙主磁通不高，電機(jī)力能指標(biāo)也不能讓人滿意。于是人們想到通過設(shè)有兩種不同材料的永磁共同勵(lì)磁來提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，其中聚磁式釹鐵硼永磁提供氣隙主磁場，而鋁鎳鈷永磁起到磁場調(diào)節(jié)器的作用。
[0005]近些年來，一種新型的永磁型電機(jī)一磁齒輪復(fù)合電機(jī)由于其卓越的性能受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。磁齒輪電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、效率高和結(jié)構(gòu)簡單可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在永磁同步電機(jī)領(lǐng)域，磁齒輪永磁電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域具有更大的工業(yè)價(jià)值。
[0006]另一方面，近年來，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)程樹康教授、香港大學(xué)K.T.Chau教授等率先開展了對(duì)適用于混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域直驅(qū)ISG系統(tǒng)的雙定子永磁無刷電機(jī)的研究。由于雙定子永磁無刷電機(jī)比常規(guī)永磁電機(jī)能夠提供更高的效率和功率密度，因此被嘗試應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車的集成起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域，其目的是實(shí)現(xiàn)較大速度范圍內(nèi)輸出電壓保持不變以及獲得更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
[0007]然而，傳統(tǒng)磁齒輪電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心存在著較大磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)，限制了其在風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)場合的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)磁齒輪電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心存在著較大磁滯損耗和渦流損耗，而且氣隙磁場由釹鐵硼永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)，限制了其在風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)場合的應(yīng)用。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種磁齒輪型雙定子混合永磁記憶電機(jī)，其特征是:包括由外至內(nèi)順次套接并同軸設(shè)置的外定子、轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子；外定子包括電樞鐵心齒、環(huán)狀的定子軛部和電樞繞組；電樞鐵心齒設(shè)置在定子軛部與轉(zhuǎn)子之間，相鄰的電樞鐵心齒之間形成內(nèi)凹的間槽，間槽用于置放纏繞于電樞鐵心齒上的電樞繞組；轉(zhuǎn)子的環(huán)體沿周向間隔布置有一個(gè)以上的導(dǎo)磁硅鋼的轉(zhuǎn)子鐵塊，轉(zhuǎn)子鐵塊之間采用非導(dǎo)磁材料套筒填充，靠近內(nèi)定子側(cè)有導(dǎo)磁橋用于連接相鄰的轉(zhuǎn)子鐵塊；所述的非導(dǎo)磁套筒內(nèi)置有軸向鋁制螺栓與設(shè)置在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子端蓋相連；內(nèi)定子包括內(nèi)定子鐵心、釹鐵硼永磁、鋁鎳鈷永磁和集中脈沖調(diào)磁繞組；內(nèi)定子鐵心上內(nèi)部設(shè)有凹槽；切向充磁的的釹鐵硼永磁嵌在內(nèi)定子外層之中，徑向充磁的鋁鎳鈷永磁分布于相鄰兩個(gè)凹槽之間，集中脈沖調(diào)磁繞組設(shè)于凹槽內(nèi)，并跨繞在鋁鎳鈷永磁上；所述釹鐵硼永磁和鋁鎳鈷永磁位置交錯(cuò)排布，兩種永磁體數(shù)目保持一致，且釹鐵硼永磁和鋁鎳鈷永磁均沿內(nèi)定子周向極性交替分布；所述的內(nèi)定子通過內(nèi)定子軸與內(nèi)定子一側(cè)端蓋固定；所述的外定子齒數(shù)、釹鐵硼永磁數(shù)和鋁鎳鈷永磁數(shù)均相同，且外定子電樞齒與釹鐵硼永磁放置方向保持平齊。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
本電機(jī)將雙定子磁齒輪電機(jī)與記憶電機(jī)有機(jī)結(jié)合，整體結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高，由于電機(jī)采用了定子混合永磁型結(jié)構(gòu)，釹鐵硼和鋁鎳鈷永磁體、脈沖繞組、電樞繞組均置于定子，易于散熱、冷卻。而轉(zhuǎn)子僅充當(dāng)導(dǎo)磁鐵心的作用，相對(duì)于傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)。
[0011]本電機(jī)采用的混合永磁的設(shè)置一方面可以保證較高的氣隙磁密，提升電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩能力，另一方面可以實(shí)現(xiàn)氣隙磁場的靈活調(diào)節(jié)，有效提高電機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。
[0012]本電機(jī)采用的的電樞繞組脈沖繞組都采用集中式繞組，有效地降低了端部長度，削減電機(jī)端部效應(yīng)。且電機(jī)銅耗非常小，提高電機(jī)運(yùn)行效率。
[0013]本電機(jī)解決了傳統(tǒng)定子勵(lì)磁型記憶電機(jī)定子內(nèi)勵(lì)磁源較多，空間上相互牽制大，鋁鎳鈷易產(chǎn)生交叉去磁和轉(zhuǎn)矩密度較低的缺點(diǎn)，使得電機(jī)的電磁負(fù)荷在空間上得到了分離，電樞繞組空間較之傳統(tǒng)型記憶電機(jī)得到了大大提升，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度得到了顯著提升。
[0014]本電機(jī)加載運(yùn)行時(shí)，電樞反應(yīng)的磁路較通過“U”型定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心閉合，以避免電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢對(duì)矯頑力較低的鋁鎳鈷永磁體產(chǎn)生不可逆退磁等影響，這對(duì)記憶電機(jī)實(shí)現(xiàn)尚效在線調(diào)磁運(yùn)彳丁十分關(guān)鍵。
[0015]本電機(jī)能夠隨時(shí)對(duì)鋁鎳鈷永磁體進(jìn)行在線反復(fù)不可逆充去磁，并根據(jù)記錄的充去磁參數(shù)隨時(shí)調(diào)用以滿足運(yùn)行目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)氣隙磁場的在線調(diào)磁，同時(shí)脈沖繞組只在非常短的時(shí)間內(nèi)施加充、去磁電流。因此，相對(duì)于混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，磁通切換永磁記憶電機(jī)具有很小的勵(lì)磁損耗，并且調(diào)速控制系統(tǒng)的復(fù)雜性相對(duì)要小，不存在電勵(lì)磁磁動(dòng)勢和永磁磁勢相互影響、電機(jī)電磁特性較為復(fù)雜的情況。
[0016]本電機(jī)解決了傳統(tǒng)定子勵(lì)磁型記憶電機(jī)定子內(nèi)勵(lì)磁源較多，空間上相互牽制大，鋁鎳鈷易產(chǎn)生交叉去磁和轉(zhuǎn)矩密度較低的缺點(diǎn)，使得電機(jī)的電磁負(fù)荷在空間上得到了分離，電樞繞組空間較之傳統(tǒng)型記憶電機(jī)得到了大大提升，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度得到了顯著提升。
[0017]本發(fā)明的電機(jī)采用了雙定子結(jié)構(gòu)，使得作用于轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩增加，電機(jī)整體的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度得到了提高，具有很高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于轉(zhuǎn)子采用了杯形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因此電機(jī)的響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)性能好，且本電機(jī)可以與混合動(dòng)力汽車的無級(jí)變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，作為起發(fā)電機(jī)具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭方向表示永磁體充磁方向；
圖2為電機(jī)增磁運(yùn)行時(shí)，當(dāng)脈沖磁動(dòng)勢對(duì)鋁鎳鈷永磁體進(jìn)行正向充磁且轉(zhuǎn)子運(yùn)行到位置A時(shí)，本發(fā)明的電機(jī)磁通路徑圖；
圖3為電機(jī)增磁運(yùn)行時(shí)，當(dāng)脈沖磁動(dòng)勢對(duì)鋁鎳鈷永磁體進(jìn)行正向充磁且轉(zhuǎn)子運(yùn)行到位置B時(shí)，本發(fā)明的電機(jī)磁通路徑圖；
圖4為電機(jī)弱磁運(yùn)行時(shí)，當(dāng)脈沖磁動(dòng)勢對(duì)招鎳鈷永磁體進(jìn)行反向去磁且轉(zhuǎn)子運(yùn)行到位置A時(shí)，本發(fā)明的電機(jī)磁通路徑圖；
圖5為電機(jī)弱磁運(yùn)行時(shí)，當(dāng)脈沖磁動(dòng)勢對(duì)招鎳鈷永磁體進(jìn)行反向去磁且轉(zhuǎn)子運(yùn)行到位置B時(shí)，本發(fā)明的電機(jī)磁通路徑圖；
圖6為電機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖；
圖中外定子、2轉(zhuǎn)子、3內(nèi)定子、4三相電樞繞組、5釹鐵硼永磁、6鋁鎳鈷永磁、7脈沖調(diào)磁繞組、1.1外定子鐵心齒、1.2外定子軛、1.3外定子槽，2.1轉(zhuǎn)子鐵心塊，2.2非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子套筒、2.3轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁