一种双定子双功率绕组聚磁式混合永磁记忆电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可调磁通永磁电机，具体涉及一种双定子混合永磁记忆电机。
【背景技术】
[0002]在电机领域中，普通永磁同步电机(PMSM)由于普通永磁材料(如钕铁硼)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，故以实现永磁电机的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。传统的PMSM均采用直轴电流进行弱磁调速，但是由于逆变器容量限制以及永磁不可逆去磁风险的存在而难以实现高效调磁。永磁记忆电机(以下简称“记忆电机”)是一种新型的磁通可控型永磁电机，它采用低矫顽力铝镍钴永磁体，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，同时永磁体的磁密水平具有被永磁体记忆的特点，避免了电枢损耗，实现了在线高效调磁。
[0003]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，转子由铝镍钴永磁体、非磁性夹层和转子铁心组成三明治结构。这种特殊结构能够随时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O
[0004]然而，这种基本结构的记忆电机的转子结构存在着不足。由于永磁体处于转子，电枢绕组同时具备能量转换和磁场调节功能，因此在线调磁难度大大增加；其次，由于采用了AlNiCo永磁体，为了获足够的磁通，就必须采用足够厚度的材料。而在上述的切向式结构下，不易实现；同时，转子必须做隔磁处理，而且整个转子由多个部分紧固在轴上，降低了机械可靠性；最后，在需要宽调速驱动电机的场合，如机床和电动汽车中，采用上述结构的永磁气隙主磁通不高，电机力能指标也不能让人满意。因此许多拓扑结构的混合永磁式内置式永磁记忆电机提出，但是由于转子永磁以及铁心的磁路饱和将造成高速区电机温升和铁心损耗增大，效率受到极大影响。设有两种不同材料的永磁共同励磁，其中钕铁硼永磁提供气隙主磁场，而“V”形聚磁式铝镍钴永磁起到磁场调节器的作用。然而，传统电机气隙磁场由钕铁硼永磁体励磁产生，难以调节，限制了其在电动汽车宽调速驱动场合的应用；其次还存在端部漏磁问题，永磁体利用率不高，导致电磁兼容问题。
[0005]近些年来，一种新型的永磁型电机一磁齿轮复合电机由于其卓越的性能受到国内外学者广泛关注。磁齿轮电机具有高转矩密度、效率高和结构简单可靠性高等优点。在永磁同步电机领域，磁齿轮永磁电机在风力发电等领域具有更大的工业价值。
[0006]另一方面，近年来，国内哈尔滨工业大学程树康教授、香港大学K.T.Chau教授等率先开展了对适用于混合动力汽车领域直驱ISG系统的双定子永磁无刷电机的研究。由于双定子永磁无刷电机比常规永磁电机能够提供更高的效率和功率密度，因此被尝试应用于混合动力汽车的集成起动/发电机系统等领域，其目的是实现较大速度范围内输出电压保持不变以及获得更大的驱动转矩。
[0007]国内外不少学者提出了混合励磁电机，其特征为:实现了气隙磁场的可调节性，该电机结合了励磁磁势和永磁磁势，使得其弱磁能力十分突出。但是，这种电机同时存在两个磁势源，两者磁通容易相互耦合、相互影响，增大了电磁特性的复杂性，且存在转矩密度较低，增大励磁损耗、励磁电流控制系统实现难度大等弱点。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是现有的混合励磁电机同时存在两个磁势源，两者磁通容易相互耦合、相互影响，增大了电磁特性的复杂性，且存在转矩密度较低，增大励磁损耗、励磁电流控制系统实现难度大。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种双定子双功率绕组聚磁式混合永磁记忆电机，包括同轴设置且由外到内依次套接的外定子、转子和内定子；外定子和内定子均为不对称结构，并均设有功率绕组；外定子包括电枢铁心齿，环状的定子轭部和电枢绕组；定子电枢铁心齿设置在定子轭部与转子之间，相邻的枢铁心齿之间设有第一内槽，用于置放缠绕于电枢铁心齿上的电枢绕组；转子的截面为环形，包括一个以上的导磁硅钢的转子铁块，转子铁块沿环形圆周间均匀间隔排布；内定子包括开有两个内槽的内定子铁心、钕铁硼永磁、铝镍钴永磁、置于内定子内部调磁绕组内槽的集中脉冲调磁绕组，以及置于第二电枢绕组内槽的第二电枢绕组；呈聚磁式分布的切向平行充磁的钕铁硼永磁嵌在内定子之间，而平行充磁的铝镍钴永磁分布于钕铁硼永磁和集中内部凹槽下靠近转轴的一侧；所述电枢铁心齿、钕铁硼永磁和铝镍钴永磁同轴设置；且钕铁硼永磁、电枢铁心齿和铝镍钴永磁三者个数相等，两永磁均为周向充磁，且相邻两永磁极性交替分布。
[0011]本发明的电机采用了双定子结构，使得作用于转子上的电磁转矩增加，电机整体的转矩密度和功率密度得到了提高，具有很高的起动转矩；因为两侧定子均设有功率绕组，因此实现了较大的转矩输出；因为电机采用了定子混合永磁型结构，钕铁硼和铝镍钴永磁体、脉冲绕组、电枢绕组均置于内侧定子上，因此易于散热、冷却；相对于传统的永磁同步电机而言，本发明转子为独立的分块铁块，仅充当导磁铁心的作用；本电机加载运行时，电枢反应的磁路由内外侧定子铁心和分块导磁转子铁心闭合，因此矫顽力较低的铝镍钴永磁体可以有效避免电枢反应磁动势对产生的不可逆退磁等影响，实现记忆电机高效的在线调磁运行十分关；由于两永磁均为周向充磁，因此，电机能够随时对铝镍钴永磁体进行在线反复不可逆充去磁，并根据记录的充去磁参数随时调用以满足运行目标，实现气隙磁场的在线调磁，同时脉冲绕组只在非常短的时间内施加充、去磁电流。因此，相对于混合励磁磁通切换电机，磁通切换永磁记忆电机具有很小的励磁损耗，并且调速控制系统的复杂性相对要小，不存在电励磁磁动势和永磁磁势相互影响、电机电磁特性较为复杂的情况；同时，由于转子采用了杯形转子，转动惯量小，因此电机的响应快，动态性能好，且本电机可以与混合动力汽车的无级变速驱动系统有机结合，作为起发电机具有较好的工业应用前景。
[0012]优选的，每一组电枢绕组均为集中绕组。电枢绕组脉冲绕组都采用集中式绕组，有效地降低了端部长度，削减电机端部效应；且电机铜耗非常小，提高电机运行效率。
[0013]优选的，相邻的转子铁块之间通过导磁桥连接，并固定于环氧树脂套筒内。由于转子铁块为空间隔离分块结构，并在周向均匀分布，靠近内定子侧有导磁桥用于连接转子铁块，因此，能起到增加机械强度的作用。
[0014]本发明的优点是:可以解决传统单定子结构转矩密度较低的弱点，并通过双定子两套功率绕组，内定子混合永磁的设置以实现高功率密度，且施加脉冲电流调节永磁体磁化水平和方向，实现电机磁场高效调节，提高转速运行范围。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电机结构示意图。
[0016]图2为本发明的电机磁力线分布图(充磁状态)。
[0017]图3为本发明的电机磁力线分布图(去磁状态)。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明:
如图1所示，箭头方向表示永磁体充磁方向；本发明公开了一种高功率密度的双定子双功率绕组聚磁式混合永磁记忆电机，该电机包括由外至内依次套接且同轴设置的外定子
1、转子2和内定子3，该电机为双层定子结构，且外