外定 子1的外定子齿中屯、对齐，两者在同一直径上。钦铁棚永磁体2-1的内、外径分别等于内定 子铁屯、2-4的的内、外径。P个钦铁棚永磁体2-1均是切向充磁的，两邻两个钦铁棚永磁体 2-1的充磁方向相反。
[00巧]侣儀钻永磁体2-2的数量是Q个，Q个侣儀钻永磁体2-2沿圆周方向均匀布置，侣 儀钻永磁体2-2均是径向充磁，侣儀钻永磁体2-2的中屯、与外定子1的外定子槽的中屯、对 齐，两者在同一直径上。其中，P=Q=成。相邻两个侣儀钻永磁体2-2之间有内定子槽， 内定子槽的中屯、与外定子1的外定子齿中屯、对齐，在同一直径上。脉冲磁化绕组2-3置放 于每个内定子槽内，并绕在侣儀钻永磁体2-2上，脉冲磁化绕组2-3为集中绕组，依次首尾 串联形成单相脉冲绕组，脉冲绕组施加短时脉冲电流，且脉冲电流方向形成交替分布，W改 变侣儀钻永磁体2-2的磁化水平甚至磁化方向来调节电机的气隙磁场。
[00%] 侣儀钻永磁体2-2是由侣儀钻永磁材料制成，侣儀钻永磁材料具有矫顽力低的特 点，采用铸造型制造工艺，溫度稳定性高，且能被短时脉冲电流充、去磁，并"巧区"住其磁密 水平，实现电机气隙磁密灵活调节。
[0027] 在所有侣儀钻永磁体2-2的内圈上固定一个导磁桥2-5。外定子铁屯、具有一个凸 台2-4-1，该凸台2-4-1伸出在内定子槽内，便于固定侣儀钻永磁体2-2，使内分区定子2的 内外两层固定在一起形成一个整体，侣儀钻永磁体2-2的外表面与内定子铁屯、2-4的内表 面紧密贴合。
[0028] 参见图3,中间转子3是由多块导磁块3-1与多块非导磁块3-2沿圆周方向间隔组 合构成，导磁块3-1与非导磁块3-2的侧面紧密贴合。其中导磁块3-1的个数Nf即为中间 转子3的极对数，且满足Nf=kN,±l，化=1，2,3"，.）。图3中的中间转子3是由5块导 磁块3-1与5块非导磁块3-2构成。
[0029] 参见图4,本发明电机的运行遵循磁通切换原理，由外定子1、中间转子3W及内分 区定子2在磁路上呈现串联结构，共同形成电机的主磁路。在中间转子3运动在图4所示 的位置时，永磁体产生的磁通进入外定子齿，对于开路=相电枢绕组1-1来说，其两端会感 应出一定的反电动势；而当中间转子3运动到图5的位置时，永磁磁通在数量上保持不变但 穿行的方向对绕组来说恰好相反，为穿出外定子齿，显然，此时绕组中感应的反电动势与上 一种情况相比，数值相同但极性相反。正是基于运个原理，当中间转子3转动后，绕组里应 链的永磁磁通就会不断地在正负最大值之间改变，与之相对应，绕组两端会产生幅值和相 位交变的反电势。参见图5和图6,利用磁路原理，研究侣儀钻永磁体2-2充去磁对电机磁 场的影响，图5)所示为可充去磁的侣儀钻永磁体2-2与稀±钦铁棚永磁体2-1产生的磁通 方向相同时的磁通路径图，此时侣儀钻永磁体2-2所产生的磁回路的路径次序为：第一个 侣儀钻永磁体2-2、导磁桥2-5、第二个侣儀钻永磁体2-2、内定子铁屯、2-4、内气隙、导磁块 3-1、外气隙、外定子1、外气隙、导磁块3-1、内气隙、内定子铁屯、2-4、第一个侣儀钻永磁体 2-2。钦铁棚永磁体2-1所产生的磁回路的路径次序为钦铁棚永磁体2-1、内定子铁屯、2-4、 内气隙、导磁块3-1、外气隙、外定子1、外气隙、导磁块3-1、内气隙、内定子铁屯、2-4、钦铁棚 永磁体2-1。通过改变磁脉冲电流的大小，可灵活改变可充去磁的侣儀钻永磁体2-2的磁 化水平，即可改变混合永磁磁场的强弱，从而可对电机进行增磁升矩或弱磁增速。图6所示 磁通路径为侣儀钻永磁体2-2与钦铁棚永磁体2-1的磁通方向相反时，即侣儀钻永磁体2-2 极限去磁至反向充磁，钦铁棚永磁体2-1将被侣儀钻永磁体2-2大量短路，该短路磁回路的 路径次序为：第一个侣儀钻永磁体2-2、导磁桥2-5、第二个侣儀钻永磁体2-2、内定子铁屯、 2-4、钦铁棚永磁体2-1、内定子铁屯、2-4、第一个侣儀钻永磁体2-2,运使得气隙磁场磁通密 度进一步降低，从而实现扩宽电机调速范围的目的。
[0030] 参见图7,在侣儀钻永磁体2-2的侣儀钻充磁方向与钦铁棚永磁体2-1的钦铁棚充 磁方向一致时，即该电机正常运行情况下的空载等效磁路，为尽可能的消除钦铁棚永磁与 侣儀钻永磁之间的交叉禪合现象，两种永磁体的等效磁动势应大致相等，即：
(1)
[0032] 其中，分别为侣儀钻和钦铁棚永磁体的计算磁动势，A。。。、Awb分别为侣 儀钻和钦铁棚永磁体的内磁导，〇。。。、分别为侣儀钻和钦铁棚永磁体提供的每极磁通。 于是，设计中，侣儀钻永磁体磁化方向长度1。。。和钦铁棚永磁体磁化方向长度IMb需满足约 束公式：
啜
[0034] 其中，He。。。、HcMb分别为侣儀钻和钦铁棚永磁体的矫顽力，k。。。、U分别为侣儀钻和 钦铁棚永磁体的回复线斜率，定义混和永磁体弱磁系数K:
[0036] 其中，k。。。、k"fb分别为侣儀钻和钦铁棚永磁体提供的每极磁通的截面积。
[0037] 由公式（2)和（3)可知，当已知钦铁棚向外磁路提供的磁通大小及尺寸和弱磁系 数时，即可大致推算出侣儀钻的尺寸。
[0038] 参见图8,利用有限元仿真分析，可得空载情况下侣儀钻完全反向磁化和完全正 向磁化时的电枢绕组反电势波形图，其反电势有效值由6. 2V上升至65. 8V，变化幅度高达 1000%，可知本发明电机由于采用的可在线充去磁的侣儀钻永磁体，基于记忆电机的原理， 使得该电机的弱磁能力更强，调磁范围更广。
【主权项】
1. 一种组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，包括外定子（1)、内分区 定子（2)和中间转子（3)，外定子（1)由外定子齿、外定子槽和外定子辄组成，外定子齿沿 圆周方向均匀分布且在外定子齿上绕有三相电枢绕组（1-1)，其特征是：所述内分区定子 (2)是紧密贴合在一起的内外两层结构，外层由内定子铁心（2-4)和钕铁硼永磁体（2-1) 组成，钕铁硼永磁体（2-1)沿圆周方向均匀嵌入内定子铁心（2-4)中，钕铁硼永磁体（2-1) 的中心与外定子（1)的外定子齿中心对齐，钕铁硼永磁体（2-1)切向充磁，两邻两个钕铁硼 永磁体（2-1)的充磁方向相反；内层由脉冲磁化绕组（2-3)和可在线充去磁的铝镍钴永磁 体（2-2)组成，铝镍钴永磁体（2-2)沿圆周方向均匀布置，中心与外定子槽的中心对齐，相 邻两个铝镍钴永磁体（2-2)之间有内定子槽，内定子槽的中心与外定子（1)的外定子齿中 心对齐，依次首尾串联的脉冲磁化绕组（2-3)置放于每个内定子槽内并绕在铝镍钴永磁体 (2-2)上。2. 根据权利要求1所述组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，其特征 是：中间转子（3)由多个导磁块（3-1)与非导磁块（3-2)沿圆周方向间隔组合构成，导磁 块（3-1)的个数队为中间转子⑶的极对数，且kNs±l，队是外定子槽数，k= 1，2， 3…·。3. 根据权利要求1所述组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，其特征 是：钕铁硼永磁体（2-1)的数量是P，错镍钴永磁体（2-2)的数量是Q，P=Q=Ns，Ns是外 定子槽数。4. 根据权利要求1所述组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，其特征 是：脉冲磁化绕组（2-3)的电流方向交替分布。5. 根据权利要求1所述组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，其特征 是：所有铝镍钴永磁体（2-2)的内圈上固定有一个导磁桥（2-5)。6. 根据权利要求1所述组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，其特征 是：外定子铁心具有一个凸台，所述凸台伸出在内定子槽内以固定铝镍钴永磁体（2-2)。
【专利摘要】本发明公开一种组合励磁型定子分区式混合永磁磁通切换记忆电机，包括外定子、内分区定子和中间转子，内分区定子是紧密贴合在一起的内外两层结构，外层由内定子铁心和钕铁硼永磁体组成，钕铁硼永磁体沿圆周方向均匀嵌入内定子铁心中，钕铁硼永磁体切向充磁，两邻两个钕铁硼永磁体的充磁方向相反；内层由脉冲磁化绕组和可在线充去磁的铝镍钴永磁体组成，铝镍钴永磁体沿圆周方向均匀布置，相邻两个铝镍钴永磁体之间有内定子槽，依次首尾串联的脉冲磁化绕组置放于每个内定子槽内并绕在铝镍钴永磁体上，使得在同样电机体积下永磁体用量和电枢绕组用量可以增大以提升转矩密度，能在线调节铝镍钴永磁的磁化强度，具有宽广的调速范围。
【IPC分类】H02K3/28, H02K16/04, H02K1/17, H02K1/16
【公开号】CN105337429
【申请号】CN201510756639
【发明人】朱孝勇, 陈云云, 杨琳琳, 全力, 杜怿
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月9日