盘式电机的制作方法

本实用新型涉及，更具体地说，涉及一种盘式电机。

背景技术：

永磁同步电机由于其高功率密度、高效率、结构简单等优点在工业、航空航天等领域获得了广泛的应用。但由于永磁材料自身的特点的限制，传统永磁电机存在气隙磁场难以调节、难以实现宽调速范围的问题。

电动汽车采用永磁电机驱动，高速运行时，由于逆变器电压限制，一般采用弱磁控制，铜耗较大。传统永磁电机为了保证电机性能的稳定性，永磁体要有一定的抗去磁能力，要求永磁体在正常的工作范围内和恶劣的工作环境下不会产生不可逆退磁。

这就意味着永磁体的厚度要足够厚以抵抗电枢绕组产生的去磁磁动势。因此传统永磁电机设计时，其结构使得永磁体不能被重新磁化，一经充磁，在电机的使用寿命期间，将一直保持其磁化状态。

变磁通电机能够根据负载和转速，通过直流磁化电流或者d轴电流在线调节，从而调节气隙磁场，使得电机高效率运行。并不像传统的永磁电机弱磁运行时需要施加持续的d轴电流，由于所采用的永磁材料的特性，施加短时的脉冲电流即可改变永磁体的磁化状态，方便的调节气隙磁场。

专利号为CN107040064A的实用新型专利，公开了一种双定子轴向磁场磁通切换型混合永磁记忆电机，包括两个凸极结构的定子和一个凸极结构的转子，两个定子的结构相同，分别记为第一定子和第二定子，两个定子位置相对设置，转子同轴设置在两个定子之间；两定子中其中一个定子只采用钕铁硼永磁体，另外一个定子只采用铝镍钴永磁体，单个定子上永磁体沿周向交替充磁，两个定子相对位置永磁体充磁方向相反，两种永磁在磁路上为串联结构。其中采用钕铁硼永磁体的定子用于产生恒定磁通，其中采用铝镍钴永磁体的定子产生可变磁通用于调节气隙磁场。本实用新型提出采用串联结构混合永磁的励磁方式，使得该电机既保留了传统永磁电机较高的功率密度的特点，同时又有记忆电机宽转速运行范围、高效率的特点。

然而该混合永磁记忆电机，交流绕组和调节绕组分开，将转子磁钢转移到定子上避免了加调节电流时转子磁钢位置必须固定从而产生卡顿现象，但造成定子分瓣，定子制作难度加大，交流绕组和调节绕组分开多用了铜，绕组制作也更加复杂。

专利号为CN104617727B的实用新型专利，公开了一种可变磁通磁阻电机，包括定子以及位于定子内侧的转子，转子包括多个以各自的中心线为轴左右两侧互为镜像的转子极，每一个转子极的外表面与定子的内表面之间的间距由中心线向两侧变大，该可变磁通磁阻电机，可以确保在转矩密度损失较小的前提下降低转矩脉动。

然而该变磁通磁阻电机，交流电枢线圈和励磁调节线圈分开，增加绕组制作难度，磁阻电机的功率密度和噪音、转矩脉动都不如永磁同步电机。

因此，如何优化变磁通电机的工作结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种盘式电机，以优化变磁通电机的工作结构。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种盘式电机，包括沿轴向布置的第一定子铁芯和第二定子铁芯，及设置于所述第一定子铁芯和所述第二定子铁芯之间的转子；

所述转子包括盘式支撑构件和环绕所述盘式支撑构件的周向布置的多个磁钢，所述磁钢包括由非记忆特性磁钢制备的磁钢本体，和开设于所述磁钢本体上并贯穿其宽度方向上的嵌装口，所述嵌装口内设置有由记性特性磁钢制备的补磁磁钢。

优选地，在上述盘式电机中，所述嵌装口包括沿所述磁钢的径向间隔布置的多个，每个所述嵌装口内均设置有所述补磁磁钢。

优选地，在上述盘式电机中，所述磁钢本体由所述嵌装口分隔为多个间隔布置的子磁钢本体，所述磁钢沿其径向的内侧设置为所述补磁磁钢，所述磁钢沿其径向的外侧设置有所述子磁钢本体。

优选地，在上述盘式电机中，所述子磁钢本体和所述补磁磁钢沿所述磁钢的径向方向上宽度相同。

优选地，在上述盘式电机中，所述补磁磁钢包括设置于所述磁钢径向内侧的第一补磁磁钢和设置于所述磁钢中部的第二补磁磁钢；所述子磁钢本体包括与所述第一补磁磁钢和所述第二补磁磁钢交替布置的第一子磁钢本体和第二子磁钢本体。

优选地，在上述盘式电机中，所述第一补磁磁钢、所述第一子磁钢本体、所述第二补磁磁钢和所述第二子磁钢本体的弧度相同。

优选地，在上述盘式电机中，还包括与所述第一补磁磁钢和所述第二补磁磁钢电连接，用以输入脉冲电流的充、去磁线圈。

一种盘式电机的控制方法，包括步骤：

1)当所述盘式电机在基速以下运行时，控制id＝0，iq产生电磁转矩；

2)当所述盘式电机在基速以上运行时，输入电流方向与所述补磁磁钢方向相反的脉冲弱磁电流，所述脉冲弱磁电流的大小由所述盘式电机的的第一预定转速所能达到的最大磁通决定，当补磁磁钢稳定在盘式电机达到第一预定转速所需的磁场性能时，去除脉冲弱磁电流，控制id＝0。

优选地，在上述盘式电机的控制方法中，还包括步骤：

3)当需要所述盘式电机降速到基速以下运行时，输入电流方向与所述补磁磁钢方向一致的脉冲增磁电流，所述脉冲增磁电流的大小由盘式电机的第二预定转速所能达到的最大磁通决定，当所述补磁磁钢稳定在所述盘式电机达到第二预定转速所需的磁场性能时，去除所述脉冲增磁电流，控制所述id＝0。

优选地，在上述盘式电机的控制方法中，所述id和所述iq大小及方向由派克变换获取。

本实用新型提供的盘式电机，包括沿轴向布置的第一定子铁芯和第二定子铁芯，及设置于第一定子铁芯和第二定子铁芯之间的转子；转子包括盘式支撑构件和环绕盘式支撑构件的周向布置的多个磁钢，磁钢包括由非记忆特性磁钢制备的磁钢本体，和开设于磁钢本体上并贯穿其宽度方向上的嵌装口，嵌装口内设置有由记性特性磁钢制备的补磁磁钢。磁钢环绕盘式支撑构件的周向布置，二者组成转子架撑于第一定子铁芯和第二定子铁芯之间，磁钢呈扇形结构，由非记忆特性磁钢制备的磁钢本体产生恒定磁场，磁钢本体上开设贯穿其宽度方向的嵌装口，由具有记忆特性的补磁磁钢安装于嵌装口内，在电机工作时，通过对补磁磁钢输入脉冲电流，其即可产生可变磁场，与磁钢本体产生恒定磁场进行合成，满足盘式电机不同转速要求下的磁场性能。磁钢本体和补磁磁钢嵌装组合，装配难度低，制备工艺简单，采用记忆特性磁钢产生可变磁钢，不改变线圈的绕制方式，通过第一定子铁芯和第二定子铁芯上的定子线圈即可提供磁脉冲，降低线圈绕制难度，从而整体上又花了变磁通电机的工艺结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的盘式电机中定子铁芯和转子的布置结构示意图；

图2为图1中转子的磁钢结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种盘式电机，优化了变磁通电机的工作结构。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，图1为本实用新型提供的盘式电机中定子铁芯和转子的布置结构示意图；图2为图1中转子的磁钢结构示意图。

图1所示转子4仅用于表示磁钢41的布置结构示意图，而用于固装盘式支撑构件的结构并未进行显示，其转子4上多个磁钢41呈环绕状分布，而图2用以表示磁钢的具体结构。

本实施例提供了一种盘式电机，包括沿轴向布置的第一定子铁芯1和第二定子铁芯2，及设置于第一定子铁芯1和第二定子铁芯2之间的转子4；转子4包括盘式支撑构件和环绕盘式支撑构件的周向布置的多个磁钢41，磁钢41包括由非记忆特性磁钢制备的磁钢本体411，和开设于磁钢本体411上并贯穿其宽度方向上的嵌装口，嵌装口内设置有由记性特性磁钢制备的补磁磁钢410。磁钢41环绕盘式支撑构件的周向布置，二者组成转子4架撑于第一定子铁芯1和第二定子铁芯2之间，磁钢呈扇形结构，由非记忆特性磁钢制备的磁钢本体411产生恒定磁场，磁钢本体411上开设贯穿其宽度方向的嵌装口，由具有记忆特性的补磁磁钢410安装于嵌装口内，在电机工作时，通过对补磁磁钢410输入脉冲电流，其即可产生可变磁场，与磁钢本体产生恒定磁场进行合成，满足盘式电机不同转速要求下的磁场性能。磁钢本体和补磁磁钢嵌装组合，装配难度低，制备工艺简单，采用记忆特性磁钢产生可变磁钢，不改变线圈的绕制方式，通过第一定子铁芯1和第二定子铁芯2上的定子线圈3即可提供磁脉冲，降低线圈绕制难度，从而整体上又花了变磁通电机的工艺结构。

在本案一具体实施例中，嵌装口包括沿磁钢41的径向间隔布置的多个，每个嵌装口内均设置有补磁磁钢410。嵌装口包括多个，在沿磁钢41的径向，该方向为磁钢41沿转子4的径向布置方向，在磁钢41上开设间隔布置的多个嵌装口，每个嵌装口内均设置补磁磁钢410。

具体地，磁钢本体411由嵌装口分隔为多个间隔布置的子磁钢本体(421、431)，磁钢沿其径向的内侧设置为补磁磁钢410，磁钢41沿其径向的外侧设置有子磁钢本体421。

即，将磁钢本体411设置由多个子磁钢本体(421、431)组成，相邻的两个子磁钢本体(421、431)之间围成嵌装补磁磁钢的嵌装口，由于嵌装口在磁钢本体411上间隔布置，使得子磁钢本体(421、431)和补磁磁钢410之间呈交替布置的方式，从而使得子磁钢本体(421、431)在沿磁钢41的径向方向均匀布置，补磁磁钢410布置于嵌装口，同样均布于磁钢41的径向方向上，保证磁钢产生磁场沿转子的径向分布均匀，优化电机性能。

在本案一具体实施例中，子磁钢本体(421、431)和补磁磁钢410沿磁钢41的径向方向上宽度相同。通过子磁钢本体(421、431)和补磁磁钢410在沿磁钢41径向宽度相同，保证子磁钢本体(421、431)在沿磁钢41的径向产生磁场均匀，在补磁磁钢410由脉冲磁电流激发时，与子磁钢本体(421、431)交替布置的补磁磁钢410产生的磁场可对磁钢本体411的恒定磁场均匀加强或削弱，从而保证电机工作结构稳定性，避免调节脉冲电流对转子的卡顿现象。

在本案一具体实施例中，补磁磁钢410包括设置于磁钢41径向内侧的第一补磁磁钢430和设置于磁钢41中部的第二补磁磁钢420；子磁钢本体(421、431)包括与第一补磁磁钢430和第二补磁磁钢420交替布置的第一子磁钢本体431和第二子磁钢本体421。本实施例提供一种转子磁钢优选的方案，补磁磁钢410包括第一补磁磁钢430和第二补磁磁钢420两块，子磁钢本体411包括第一子磁钢本体431和第二子磁钢本体421，第一补磁磁钢430位于磁钢41径向的内侧，第二子磁钢本体421位于磁钢41径向的外侧，通过交替排布结构，保证在磁钢径向方向上磁场均匀。

优选地，第一补磁磁钢430、第一子磁钢本体431、第二补磁磁钢420和第二子磁钢本体421的弧度相同。适应转子4的盘状结构，转子4上均匀环绕分布多个磁钢41，每个磁钢41均呈扇形结构，由于补磁磁钢410和磁钢本体411均沿磁钢41的宽度方向布置，将补磁磁钢和磁钢本体在沿磁钢径向设置具有相同的弧度，二者嵌装组成扇形磁钢结构。

在本案一具体实施例中，还包括与第一补磁磁钢和第二补磁磁钢电连接，用以输入脉冲电流的充、去磁线圈。补磁磁钢为具有记忆特性的磁钢，通过磁脉冲可产生不同磁场强度，在盘式电机内设置充、去磁线圈，通过充、去磁线圈输入补磁磁钢的脉冲磁电流，从而实现对具有记忆特性磁钢磁场的激发，其与磁钢本体产生的恒定磁场相结合，满足盘式电机不同基速下的磁场强度要求。

基于上述实施例提供的盘式电机，本案还提供了一种一种盘式电机的控制方法，包括步骤：

1)当盘式电机在基速以下运行时，控制id＝0，iq产生电磁转矩。

磁钢本体和补磁磁钢在电机工作过程中，二者磁场相结合形成恒定磁场，通过改变补磁磁钢脉冲磁电流的大小，可通过其记忆特性改变补磁磁场产生磁场大小，从而对恒定磁场的磁场强度进行调节。

恒定磁场与定子交流线圈产生的旋转磁场正交产生旋转转矩，定子输入的三相交流电iu，iv，iw进行派克变换可变换成如下关系：

其中，id平行于磁钢产生的恒定磁场，对恒定磁场加强或削弱；

iq正交于恒定磁场产生电磁转矩；

盘式电机的基速是指盘式电机的额定转速，当盘式电机在基速以下运行时，由磁钢本体产生的恒定磁场，其与iq方向电流切割产生恒定电磁转矩，即可满足电机的工作要求。

此时控制id＝0，磁钢产生的磁场仅为非记忆特性磁钢产生的恒定磁场，由iq切割非记忆特性磁钢产生的恒定磁场即可产生电磁转矩，满足盘式电机基速下的工作要求。

电机的相反电动势ε与电机转速n的关系如下：

ε＝4.44KdpNfΦ，

f＝np/60，

所以，ε＝4.44KdpNpnΦ/60，

Kdp电机绕组系数，N电机每相串联匝数，p电机极对数，Φ电机气隙磁通。

当电机制造完成后其绕组系数、每相串联匝数和极对数就都确定下来，永磁体产生的是恒定磁场，当没有外部的调节，气隙磁通也是确定的，因此电机的反电动势是随着电机转速的升高而升高的。

当电机达到某一转速时如基速，即额定转速，电机的反电动势等于外接电压，此时电机的转速就不能再升高了，要想提高电机的转速就只有降低气隙磁通，通过控制器改变电流角度θ得到不同的id，由id的升高或降低调节补磁磁钢的磁场性能，从而实现调节电机气隙磁通的目的。

2)当盘式电机在基速以上运行时，输入电流方向与补磁磁钢的磁场方向相反的脉冲弱磁电流，脉冲弱磁电流的大小由盘式电机的第一预定转速所能达到的最大磁通决定，当补磁磁钢稳定在盘式电机达到第一预定转速所需的磁场性能时，去除脉冲弱磁电流，控制id＝0。

利用记忆特性的补磁磁钢，达到盘式电机的变磁通要求，在盘式电机满足基速以上运行要求的同时，去除脉冲弱磁电流，控制id＝0，即补磁磁钢产生预定强度的磁场后，无需再提供id。id的去除时机根据电流对补磁磁钢磁场激发的特性进行调节，id的大小根据补磁磁钢产生满足盘式电机达到第一预定转速所需磁场性能进行调整，第一预定转速为盘式电机当前的目标转速，当补磁磁钢达到稳定的磁场性能后，控制id＝0，此时无需脉冲弱磁电流的输入，去掉该脉冲弱磁电流，补磁磁钢即可利用其记忆特性，与磁钢本体产生恒定的磁场。

在本案一具体实施例中，还包括步骤：

3)当需要盘式电机降速到基速以下运行时，输入电流方向与补磁磁钢的磁场方向相同的脉冲增磁电流，脉冲增磁电流的大小由盘式电机的第二预定转速所能达到的最大磁通决定，当补磁磁钢稳定在盘式电机达到第二预定转速所需的磁场性能时，去除脉冲增磁电流，控制id＝0。

盘式电机由基速以上降低至基速以下的控制过程与上述过程相当，通过输入脉冲增磁电流，该脉冲增磁电流与具有记忆特性的补磁磁钢的磁场进行削弱调节，可通过控制脉冲增磁电流的大小使得补磁磁钢的磁场强度降低至初始状态，仅通过磁钢本体产生的恒定磁场与iq产生恒定电磁转矩，满足基速以下的工作要求。脉冲增磁电流的大小可更具第二预定转速下需要的磁场强度进行控制，第二预定转速为盘式电机当前的目标转速，可直接提供脉冲增磁电流为去除补磁磁钢去除磁场的大小，仅通过磁钢本体产生电磁转矩。脉冲增磁电流的去除时机可根据补磁磁钢的响应时间进行控制。

本实施例提供的盘式电机，在全工况下采用本实用新型全工况采用id＝0控制，iq用来产生电磁转矩，只在需要改变气隙磁通时改变电流角θ使id产生瞬时脉冲电流，同时iq产生的电磁转矩依然存在，这样电机就能平稳运行，加id瞬时脉冲电流后具有记忆特性的补磁磁钢，补磁磁钢为具有记忆特性的永磁体，磁性能稳定在此转速需要的磁场性能，去掉id，盘式电机进入预定转速工作状态。

上述实施例提供了盘式电机由基速以下过渡到基速以上，以及由基速以上过渡到基速以下id的控制状态，具体地，盘式电机还包括在基速以上时，过渡到更高转速，以及由较高转速降低至基速以上两种状态，该过程仍通过调节id的升高或降低进行控制，具体地，可分为：

1、盘式电机在基速(额定转速)以下工作，此时反电动势小于外接电压，iq只需提供所需转矩的电就可以；

2、盘式电机由基速以下向基速以上切换，此时反电动势要超过外接电压，施加id，产生瞬时脉冲弱磁电流，此后具有记忆磁钢的永磁体磁性能稳定在此转速需要的磁场性能，此时id可以去掉，iq只需提供此时所需转矩的电流；

3、盘式电机由额定转速以上到更高转速切换，过程同2；

4、盘式电机转速由基速以上到基速以下切换，盘式电机在基速以下工作反电动势小于外接电压，不需要调小气隙磁通，为减小iq，施加id，产生瞬时脉冲增磁电流，使补磁磁钢回到最初始磁性能状态，此后具有记忆磁钢的永磁体磁性能稳定在此转速需要的磁场性能，此时id可以去掉，iq只需提供此时所需转矩的电流；

5、盘式电机由较高转速到基速以上切换，盘式电机由较高转速降低到较低转速，但未低于基速以上运行，由于转速的降低反电动势跟着下降，气隙磁通可以增大，以减小产生转矩的iq，施加id，产生瞬时脉冲增磁电流，使气隙磁通增加，此后具有记忆磁钢的永磁体磁性能稳定在此转速需要的磁场性能，此时id可以去掉，iq只需提供此时所需转矩的电流。

综上，通过采用将转子的磁钢设置为非记忆磁钢和具有记忆特性的磁钢交替排布的结构，在需要对盘式电机的转速进行调整时，采用id＝0对盘式电机气隙磁场在线调节，由脉冲电流升高具有记忆特性磁钢的磁场性能，降低弱磁时铜损耗，提高电机高速区效率，而在低速区仍采用非记忆特性磁钢，效率不不变。

在本案一具体实施例中，id和iq大小的控制由输入盘式电机的电流角度控制。id和iq的电流通过脉冲磁线圈进行控制，在本案中，脉冲磁线圈和交流线圈为同一线圈，通过控制装置调节电流角度，从而对id和iq大小进行控制，控制准确，响应时间快，进一步避免卡顿现象。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。