宽调速磁通记忆式定子永磁型电机制造技术

本发明专利技术属于永磁无刷电机制造技术领域，特指一种适合于混合动力汽车、电动汽车等需要宽调速、高效率运行应用场合的定子永磁型电机，其由定子、转子、电枢绕组和钕铁硼永磁体组成，其特征在于：保留原有钕铁硼永磁体，并在定子上增加铝镍钴永磁体以及用来调节铝镍钴永磁体磁场强度和磁通密度的磁化绕组，本发明专利技术的优点在定子永磁型电机中首次引入了铝镍钴永磁体和磁化绕组，使磁通记忆式定子永磁型电机继承了定子永磁型电机的功率密度大、容错性好等优点，同时又有效解决了定子永磁型电机难以实现弱磁控制、恒功率调速范围较小、恒功率运行区运行效率低等不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于永磁无刷电机制造
，特指一种适合于混合动力汽车、电 动汽车等需要宽调速、高效率运行应用场合的定子永磁型电机。
技术介绍
近年来，国际原油价格持续飙升，能源问题和环境污染日益突出。新型节能 与新能源汽车受到广泛关注和重视，其中混合动力汽车、电动汽车发展最为迅猛。 作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一的车用驱动电机，其驱动性能 的好坏直接影响着混合动力汽车、电动汽车的整车性能。以钕铁硼为主要永磁材 料的稀土永磁电机具有效率高、功率密度大等优点，在车用驱动电机领域，已经 引起国内外学者的广泛关注和高度重视。1993年，美国学者首次将高性能永磁材料引入开关磁阻电机的定子，提出 的一种新型节能、高效的定子永磁型电机，该种电机转子结构继承开关磁阻电机 转子的特点，既无永磁体、又无绕组，机械强度高，适合高速运行；其永磁体位 于定子，易于冷却，有效避免了永磁体过热产生的不可逆去磁。国内外学者对该 类电机研究过程中揭示出定子永磁型电机与永磁同步电机、无刷直流电机等转子 永磁型电机相似，具有效率高、功率密度大等优点，但同样存在气隙磁场难以调 节，调速范围窄等不足，在电动汽车等需宽调速(调速范围不低于5倍基速)运行 场合的应用受到一定限制。如何实现定子永磁型电机气隙磁场的有效调节与控 制，成为定子永磁型电机研究的难点和进一步推广应用的瓶颈之一。为了改善和拓宽定子永磁型电机的调速范围，实现电机的恒功率弱磁控制， 国内外学者对此开展了深入研究，并先后提出了几种解决方案。第一种方案采用 机械方法削弱定子永磁型电机的永磁磁场，原理见图l。可以采用如图l所示的 方法，在电机高速运行时，将永磁体从定子铁芯中拉出一部分，以削弱永磁磁场。 第二种方案是采用多极抽头绕组的宽调速双凸极电机永磁电机，该电机已获得中 国专利技术专利，专利号为(ZL98111107.6)。该种电机定子齿套有多级抽头的集中式 绕组，电机随着转速的升高，通过抽头的切换，将每相绕组的匝数减少，永磁磁 场在每相绕组中产生的反电势亦成比例减少，从而拓宽电机的调速范围。第三种 方案是将永磁体用电励磁绕组代替，形成电励磁式双凸极电机，见图2。利用电励磁绕组产生的磁场作为电机的主磁场，通过调节电励磁绕组的励磁电流的大 小，可实现对气隙磁场的调节与控制，拓宽电机的调速范围。第一种方案属于机械型，需要专门工具和控制装置，操作相对困难，实用价 值不大。第二种方案结构简单、控制方便，具有一定的实用性，但在电机宽调速 运行过程中需要频繁切换电枢绕组的控制匝数，电枢绕组中会出现较大的电压、 电流的变化率，需要专门的续流或能量回馈电路，控制成本相对增加。方案三中， 通过改变励磁电流的大小，虽然能实现电机的宽调速运行，但由于该电机没有采 用高性能的永磁材料，只采用电励磁绕组励磁，电机运行时，存在持续的电励磁 损耗，而且由于励磁绕组占用的空间较大，电机的功率密度和效率均难以提高， 该类电机在混合动力汽车、电动汽车等运行场合，应用也受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种真正意义上的宽调速、高效率的磁通记忆式定子永 磁型电机，将解决定子永磁型电机气隙磁场难以调节，调速范围窄，恒功率运行 区效率低等的不足，特别适合于混合动力汽车、电动汽车等需宽调速、高效率运 行的场合。一种宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，由定子、转子、电枢绕组和钕铁硼 永磁体组成，其特征在于保留原有钕铁硼永磁体，并在定子上增加铝镍钴永磁 体以及用来调节铝镍钴永磁体磁场强度和磁通密度的磁化绕组。上述的宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，设电机的相数为m，定子齿数为M，转子齿数为w，钕铁硼永磁体的数目为p，铝镍钴永磁体的数目为丄，磁化绕组的匝数为J，其特征在于定子齿数A^2mk，转子齿数A^2Aym，钕铁硼 永磁体的数目为i^4k，铝镍钴永磁体的数目为Z:2k，磁化绕组的数目J-2k，其 中k为大于或等于l的正整数。相数m为l到5内的正整数。上述的宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，其特征在于每2块钕铁硼永磁 体之间放置1块铝镍钴永磁体。上述的宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，其特征在于钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体为径向充磁的永磁体。在该电机中用来调节铝镍钴永磁体的磁场强度和磁通密度的绕组可定义为 磁化绕组。电机运行时，在磁化绕组两端加一大小和幅值可调节的电压，可以在磁化绕组中获得不同大小和方向的电流，这里可定义为磁化电流。当磁化电流产生的磁动势方向与铝镍钴永磁体磁化方向相同时，能增加铝镍钴永磁体的磁化强度；当磁化绕组产生的磁动势方向与铝镍钴永磁体磁化方向相反时，能减少铝镍钴永磁体的磁化强度。所以，通过改变磁化绕组端电压和磁化电流大小和方向，能在线调节铝镍钴永磁体的磁化强度和磁通密度等级，实现电机的气隙磁场的在线调节与控制。有益效果1. 电机定子上的钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体产生的永磁磁场在气隙中是 迭加的，共同作用形成电机的气隙磁场。保留原有的钕铁硼永磁体，保 证了电机具有较大的功率密度和转矩密度，铝镍钴永磁体磁化强度能在 线调节的特性，使得电机气隙磁场不但平滑可调而且调节范围很大，使 该电机具有宽广的调速范围；2. 本专利技术的另一个优点是磁化绕组的直接引入，与采用电枢电流的直轴磁 化分量进行磁场调节的控制方法相比，磁场调节手段简单、直接，而且 有效避免了与电枢绕组之间的耦合；3. 磁化绕组在线去磁(或充磁)持续时间短，效率高；4. 控制磁化电流的大小和方向， 一方面实现了电机的弱磁控制，使电机具 有宽广的调速范围；同时还可以进行增磁控制，满足电动汽车快速起动、 爬坡以及紧急制动所需的大转矩的要求。本专利技术的优点是采用高性能钕铁硼永磁体和磁化强度可在线调节的铝镍钴 永磁体共同形成电机磁场的方法，在定子永磁型电机中首次引入了铝镍钴永磁体 和磁化绕组，使磁通记忆式定子永磁型电机继承了定子永磁型电机的功率密度 大、容错性好等优点，同时又有效解决了定子永磁型电机难以实现弱磁控制、恒 功率调速范围较小、恒功率运行区运行效率低等不足，使电机具有宽广的调速范 围的同时，保持了电机较高的运行效率，适合混合动力汽车、电动汽车等应用场 合，具有一定的科研和利用价值。 附图说明图1是现有技术的机械式弱磁定子永磁型电机。 l钕铁硼永磁体；2定子；3转子；4电枢绕组；5拖动装置图2是现有技术的磁场可调电励磁式双凸极电机。 2定子；3转子；4电枢绕组；6电励磁绕组；7轴图3为本专利技术的12/8极磁通记忆式定子永磁型电机的截面示意图。l钕铁硼永磁体；2定子；3转子；4电枢绕组；7轴；8铝镍钴永磁体；9磁化绕组具体实施方式本专利技术是在高性能定子永磁型电机的基础上，保留抗去磁能力强的高性能钕 铁硼永磁体，增加增加剩磁密度高、但矫顽力较低的铝镍钴永磁体，在电机不同 的运行区间内通过控制磁化电流的大小和方向，对电机进行磁场调节与控制，进 一步拓宽了定子永磁型电机的应用场合和范围。图3为本专利技术的12/8极磁通记忆式定子永磁型电机的截面示意图，这里电 机相数111=3， k=2，则电机的定子齿A^12，转子齿为iV严8，钕铁硼永磁体数目 尸=8，铝镍钴永磁体数目X=4，磁化绕组数目J-4。电机采用外转子结构，便于 与电动汽车驱动轴相联结。定子2上有1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，由定子（２）、转子（３）、电枢绕组（４）和钕铁硼永磁体（１）组成，其特征在于：保留原有钕铁硼永磁体（１），并在定子（２）上增加铝镍钴永磁体（８）以及用来调节铝镍钴永磁体（８）磁场强度和磁通密度的磁化绕组（９）。

【技术特征摘要】
1、一种宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，由定子(2)、转子(3)、电枢绕组(4)和钕铁硼永磁体(1)组成，其特征在于保留原有钕铁硼永磁体(1)，并在定子(2)上增加铝镍钴永磁体(8)以及用来调节铝镍钴永磁体(8)磁场强度和磁通密度的磁化绕组(9)。2、 根据权利要求1所述的宽调速磁通记忆式定子永磁型电机，其特征在于 设电机的相数为m，定子(2)齿数为A^，转子(3)齿数为7V,，钕铁硼永磁体(O的数目为尸，铝镍钴永磁体(8)的数目为Z，磁化绕组(9)的匝数为J， 定子(2)齿数7V,2mk，转子(3)齿数iV,=2AVm，钕...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝勇，程明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]