一种双层永磁复合磁路记忆电机的制作方法

本发明涉及一种永磁记忆电机，特别是涉及一种双层永磁复合磁路记忆电机，属于电机技术领域。

背景技术：

永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmachine，pmsm)由于采用较高磁能积的传统稀土永磁材料(如高矫顽力)具有高功率密度、高效率、运行可靠和强过载能力等优势，是电机学科的重要发展方向。得益于稀土永磁材料及电力电子技术的发展，pmsm在中小功率领域大量取代电励磁电机，进而在航空航天、国防、工农业生产以及日常生活的各个领域得到了大规模应用。

普通永磁同步电机(pmsm)由于普通永磁材料(如高矫顽力)的固有特性，电机内的气隙磁场基本保持恒定，作为电动运行时调速范围十分有限，在诸如电动汽车，航空航天等宽调速直驱场合的应用受到一定限制，故以实现永磁电机气隙磁场的有效调节为目标的可调磁通永磁电机一直是电机研究领域的热点和难点。永磁记忆电机(以下简称“记忆电机”)是一种新型磁通可控型永磁电机，它采用低矫顽力永磁体，通过定子绕组或者直流脉冲绕组产生周向磁场，从而改变永磁体磁化强度，对气隙磁场进行调节，同时永磁体具有磁密水平能够被记忆的特点。

传统的记忆电机由克罗地亚裔德国电机学者奥斯托维奇(ostovic)教授在2001年提出。这种拓扑结构的记忆电机由写极式电机发展而来，转子由低矫顽力永磁体、非磁性夹层和转子铁心共同组成三明治结构。这种特殊结构能够随时实现对永磁体进行在线反复不可逆充去磁，同时减小交轴电枢反应对气隙磁场的影响。现有研究大多集中在交流调磁型混合永磁记忆电机上，即将高矫顽力和低矫顽力永磁共同置于转子上，定子绕组兼具功率控制和调磁两种功能。研究表明，单一永磁型的转矩密度可达到传统表贴式永磁电机的水平，因此较适于电动汽车这种对于动力要求较高的应用场合；但混合永磁记忆电机目前存在的主要问题是：并联磁路型电枢反应易引起低矫顽力永磁意外去磁；而串联型充磁磁动势需通过两种永磁体，增大了所需满磁化电流以及逆变器的容量，且调磁范围较窄。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种双层永磁复合磁路记忆电机，解决现有交流调磁型记忆电机中，需要降低磁化电流需求，控制功率变换器成本，负载运行下低矫顽力永磁的交叉去磁严重的问题。

本发明技术方案如下：一种双层永磁复合磁路记忆电机，包括混合永磁转子、定子、电枢绕组和转轴，所述电枢绕组设置在定子上，所述定子设置在混合永磁转子外部，所述混合永磁转子包括转子铁心，所述转子铁心设置于所述转轴外部，所述转子铁心的周向均布有若干双层永磁区，所述双层永磁区包括u型混合永磁结构和v型永磁结构，所述u型混合永磁结构中由第二高矫顽力永磁体构成u型的两侧，由低矫顽力永磁体构成u型的底部，所述第二高矫顽力永磁体与低矫顽力永磁体构成并联型磁路，所述u型混合永磁结构的开口朝向所述定子，所述v型永磁结构设置于所述u型混合永磁结构的开口内，所述v型永磁结构由第一高矫顽力永磁体构成所述v型的两侧，所述第一高矫顽力永磁体与低矫顽力永磁体构成串联型磁路，所述v型永磁结构的开口朝向所述定子。

进一步的，相邻的所述双层永磁区之间的转子铁心与所述定子之间设有第一空气隙。

进一步的，双层永磁区内相邻的所述第二高矫顽力永磁体和第一高矫顽力永磁体之间设有第二空气隙，所述第二空气隙由所述u型的底部向所述定子延伸。

进一步的，双层永磁区内第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体之间设有第三空气隙。

进一步的，同一双层永磁区内所述低矫顽力永磁体设有两个，相邻的所述低矫顽力永磁体之间设有第四空气隙。

进一步的，所述u型混合永磁结构和v型永磁结构具有同一对称轴。

进一步的，所述第一高矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体的充磁方向均为转子铁心圆周的切向，所述低矫顽力永磁体的充磁方向为转子铁心圆周的径向，u型混合永磁结构的两侧的第二高矫顽力永磁体的充磁方向相反，v型永磁结构的两侧的第一高矫顽力永磁体的充磁方向相反，双层永磁区内相邻的第二高矫顽力永磁体和第一高矫顽力的充磁方向相同。

进一步的，相邻所述双层永磁区之间相邻的第二高矫顽力永磁体的充磁方向相同。

进一步的，所述双层永磁区设有偶数个。

本发明所提供的技术方案的优点在于：

1、转子复合磁路采用双层结构，“v”型高矫顽力永磁两侧可提供充去磁旁路，解决了传统串联型由于脉冲调磁磁场通过两种永磁体，调磁效率低以及气隙磁场调节范围不宽等问题；

2、串联磁路可使得低矫顽力永磁负载运行下工作点稳定，可进一步提高电机转矩密度；

3、并联磁路可保证弱磁时，永磁磁场大部分在转子内部短路，显著提升调磁能力；

4、利用短时脉冲电流进行调磁，几乎无励磁铜耗，且低矫顽力永磁可在线反复充去磁。

5、驱动调磁控制策略仍可以借鉴传统矢量控制技术，控制器简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的电机结构示意图。

图2为本发明增磁运行下的空载磁场分布图。

图3为本发明弱磁运行下的空载磁场分布图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。

请结合图1至图3所示，本实施例所涉及的双层永磁复合磁路记忆电机，包括定子1、电枢绕组4、混合永磁转子2和非导磁转轴3。定子设置在混合永磁转子外部，定子包括定子铁心齿1.1、定子轭1.2和设在定子铁心齿上的电枢绕组4，定子铁心齿1.1设置在定子轭1.2与混合永磁转子2之间，相邻的定子铁心齿1.1间形成空腔1.3，用于放置缠绕在定子铁心齿1.1上的三相电枢绕组4。

混合永磁转子2包括转子铁心2.1，转子铁心2.1设置于非导磁转轴3外部，转子铁心2.1的周向均布有若干偶数个双层永磁区。相邻的双层永磁区之间的转子铁心2.1与定子1之间设有第一空气隙5。

双层永磁区包括u型混合永磁结构和v型永磁结构。u型混合永磁结构和v型永磁结构具有同一对称轴。v型永磁结构由第一高矫顽力永磁体2.2构成，u型混合永磁结构由低矫顽力永磁体2.4和第二高矫顽力永磁体2.3构成。

u型混合永磁结构的开口朝向定子1，u型混合永磁结构中由第二高矫顽力永磁体2.3构成u型的两侧，由低矫顽力永磁体2.4构成u型的底部，第二高矫顽力永磁体2.3和低矫顽力永磁体2.4之间设有第三空气隙6，相邻的低矫顽力永磁体2.4之间设有第四空气隙7。低矫顽力永磁体2.4可双向充磁从而实现气隙磁场的灵活在线调节，第二高矫顽力永磁体2.3与低矫顽力永磁体2.4在磁路上呈并联关系。

v型永磁结构的开口朝向定子1，v型永磁结构设置于u型混合永磁结构的开口内，v型永磁结构由两个第一高矫顽力永磁体2.2构成v型的两侧。第一高矫顽力永磁体2.2与低矫顽力永磁体2.4形成串联型磁路，起到稳定低矫顽力永磁体2.4工作点的作用。双层永磁区内相邻的第二高矫顽力永磁体2.3和第一高矫顽力永磁体2.2之间设有第二空气隙2.5，第二空气隙2.5由u型的底部向定子1延伸。

第一高矫顽力永磁体2.2和第二高矫顽力永磁体2.3的充磁方向均为转子铁心2.1圆周的切向，低矫顽力永磁体2.4的充磁方向为转子铁心圆周的径向。u型混合永磁结构的两侧的第二高矫顽力永磁体2.3的充磁方向相反，v型永磁结构的两侧的第一高矫顽力永磁体2.2的充磁方向相反。双层永磁区内相邻的第二高矫顽力永磁体2.3和第一高矫顽力2.2的充磁方向相同。相邻的双层永磁区的相邻的第二高矫顽力永磁体2.3的充磁方向相同。

本发明公开的双层永磁复合磁路记忆电机的运行原理如下：

永磁磁通首先从v型永磁结构的第一高矫顽力永磁体2.2的北极出发，一部分磁通穿过转子铁心2.1，经过气隙，到达定子1.1铁心齿，再穿过定子轭1.2，以相同的路径回到第一高矫顽力永磁体2.2的南极，然后再穿过低矫顽力永磁体2.4，实现负载稳磁作用；而另一部分磁通经第二高矫顽力永磁体2.3，实现磁场回路。考虑低矫顽力永磁体2.4此时的磁化方向，若低矫顽力永磁体2.4沿径向与第二高矫顽力永磁体2.3磁化方向相同，此时低矫顽力永磁体2.4处于增磁状态，三块永磁体磁通叠加后同方向流动；若低矫顽力永磁体2.4沿径向与第二高矫顽力永磁体2.3磁化方向相反，此时低矫顽力永磁体2.4处于弱磁状态，其大部分磁通将与第一高矫顽力永磁体2.2的磁通在转子2内部短路。与此同时，电机电枢绕组4通入与转子2转速一致的三相交流电流，定转子形成的旋转磁场相互作用，从而实现机电能量转换。所增加的各个空气隙结构可以减弱高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体的交叉耦合去磁效应，稳定低矫顽力永磁体的工作点。