1.本实用新型属于永磁电机和电磁场领域，具体涉及一种基于光电耦合的永磁电机调磁装置和永磁电机。
背景技术：
2.根据永磁电机和工程电磁场理论，可以通过调磁技术，即通过调节永磁电机气隙磁场强度，实现永磁电机转速范围和转矩范围的增大，进而增加永磁电机的适用场所和应用深度。
3.现有一般情况下，永磁电机采用的调磁技术是在线调磁技术，也就是在永磁电机调磁绕组中注入持续电流，实现永磁电机气隙磁场强度的调整。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于光电耦合的永磁电机调磁装置和永磁电机，与上述在线持续调磁技术不同，本实用新型采用低矫顽力永磁体调磁技术，只需短暂地向调磁绕组注入脉冲电流，即可实现永磁电机内低矫顽力永磁体工作点的改变，进而实现永磁电机的调磁控制。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于光电耦合的永磁电机调磁装置，包括调磁绕组、第ⅰ永磁体和调磁电路模块，调磁绕组和第ⅰ永磁体位于外定子铁芯和内定子铁芯之间，调磁绕组按照同一个方向，缠绕在第ⅰ永磁体充磁和去磁方向的两侧；
6.调磁电路模块包括：供电电源，属于直流电源，通过调磁绕组对第ⅰ永磁体的工作点进行调整；驱动电路元件，由升压电路组成，通过提高驱动电路的输出电流幅值，从而驱动开关元件，以控制调磁回路导通或截止；开关元件，接收驱动电路元件的开关信号以实现调磁回路的开关控制；控制器，用于向控制元件发送高电平或低电平信号，以实现调磁脉冲电流宽度的控制；控制元件，接收控制器的输出信号以控制+5v驱动电源接入，并导通驱动电路元件；限流元件，设置三个，用于限制电路中的最大电流，从而保护控制元件和驱动电路元件。
7.优选地，所述限流元件包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第ⅰ电阻分别与控制器的信号输出端和控制元件的信号输入端连接，第ⅱ电阻第一端与驱动电源连接，第ⅲ电阻的第一端与驱动电路元件的信号输入端连接，第ⅱ、ⅲ电阻的第二端共接于控制元件的信号输出端。
8.优选地，所述开关元件为绝缘栅双极型晶体管。
9.优选地，所述控制元件为光电耦合器。
10.优选地，在电枢绕组之间嵌有第ⅱ永磁体，第ⅱ永磁体位于靠近转子组件的一侧，第ⅱ永磁体的矫顽力大于第ⅰ永磁体的矫顽力。
11.本实用新型还提供一种永磁电机，包括上述任一所述的一种基于光电耦合的永磁
电机调磁装置。
12.本实用新型的有益效果为：本实用新型的调磁装置主要由控制器、限流电阻、光电耦合器件、接地端、稳压电容、驱动电路、绝缘栅双极型晶体管、直流电源、调磁绕组和低矫顽力永磁体构成。该调磁装置通过改变永磁体的工作点，进而可以改变永磁电机的气隙磁场强度，从而达到永磁电机弱磁或增磁调控的目的。仅需短暂的工作时间【产生脉冲电流】，既可实现对永磁电机弱磁或增磁的双重控制。驱动电路元件和绝缘栅双极型晶体管，其目的是共同实现永磁电机调磁回路的开关控制。直流电源具有低电压和大电流的特点，从而有利于低矫顽力永磁体的充磁或去磁调节。通过设置光电耦合器件，以实现物理隔离和间接升压，利用直流电源具有低电压和大电流的特点，从而有利于低矫顽力永磁体的充磁或去磁调节，同时第ⅰ永磁体的矫顽力远小于永磁电机内部其它永磁体的矫顽力，这样可以避免调磁过程中对其它永磁电机部件产生负面影响。
附图说明
13.为了更清楚地说明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。
14.图1为本实用新型调磁装置的系统结构图；
15.图2为本实用新型中弱磁调磁仿真分析结果；
16.图3为本实用新型中增磁调磁仿真分析结果；
17.图4为本实用新型中永磁体调磁的磁滞曲线；
18.图中标记：1、去磁轨迹，2、回复线，3、充磁轨迹，4、负载线，5、控制器，6、第ⅰ电阻，7、控制元件，8、第ⅱ电阻，9、接地端，10、稳压电容，11、第ⅲ电阻，12、驱动电路元件，13、开关元件，14、供电电源，15、调磁绕组，16、第ⅰ永磁体，17、第ⅱ永磁体，18、定子组件，18
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1、外定子铁芯，18
‑
2、内定子铁芯，19、转子组件，20、磁链，21、气隙磁场，22、电枢绕组。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
20.如图所示：本实用新型实施例提供一种基于光电耦合的永磁电机调磁装置，包括调磁绕组15、第ⅰ永磁体16和调磁电路模块，调磁绕组15和第ⅰ永磁体16位于外定子铁芯18
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1和内定子铁芯18
‑
2之间，调磁绕组15按照同一个方向，缠绕在第ⅰ永磁体16充磁和去磁方向的两侧；在电枢绕组22之间嵌有第ⅱ永磁体17，第ⅱ永磁体17位于靠近转子组件19一侧，第ⅱ永磁体17的矫顽力大于第ⅰ永磁体16，第ⅰ永磁体16采用较低矫顽力的永磁体，第ⅱ永磁体17采用较高矫顽力的永磁体，其中定子组件18包括外定子铁芯18
‑
1和内定子铁芯18
‑
2。
21.调磁电路模块包括：供电电源14，为直流电源，通过调磁绕组15对第ⅰ永磁体16的工作点进行调整；直流电源具有低电压和大电流的特点，从而有利于低矫顽力永磁体的充磁或去磁调节。驱动电路元件12，由升压电路组成，通过提高驱动电路的输出电流幅值，从
而驱动开关元件13，以控制调磁回路导通或截止；开关元件13，为绝缘栅双极型晶体管。接收驱动电路元件12的开关信号以实现调磁回路开关控制；驱动电路元件12和开关元件13，其目的是共同实现永磁电机调磁回路的开关控制。控制器5，用于向控制元件7发送高电平或低电平信号，以实现调磁脉冲电流宽度的控制；控制元件7，为光电耦合器。接收控制器5的输出信号以控制+5v驱动电源接入并导通驱动电路元件12；所述限流元件为限流电阻。设置三个，用于限制电路中的最大电流，从而保护控制元件7和驱动电路元件12。
22.所述限流元件包括第一电阻6、第二电阻8和第三电阻11，第ⅰ电阻6分别与控制器5的信号输出端和控制元件7的信号输入端连接，第ⅱ电阻8第一端与驱动电源连接，第ⅲ电阻11的第一端与驱动电路元件12的信号输入端连接，第ⅱ电阻8的第二端和第ⅲ电阻11的第二端共接于控制元件7的信号输出端。
23.图4所示，是永磁体调磁过程的磁滞曲线。图中，横坐标代表永磁体矫顽力，纵坐标代表永磁体磁通密度。一般地，永磁体调磁分为去磁和充磁两种情况。其中，永磁体的去磁过程，主要在第二、三象限完成。譬如，通过对调磁绕组施加一个去磁脉冲电流之后，去磁脉冲电流将会在永磁体周围产生磁场强度，该磁场强度将使永磁体工作点由p0点沿着回复线2和去磁轨迹1移至新的负载工作点p1；假如继续施加更大幅值的去磁脉冲电流，则永磁体工作点将会移至新的负载工作点p2或p3【由去磁脉冲电流的幅值决定】；当去磁电流幅值足够大，则永磁体的工作点将会沿着第三象限去磁轨迹1移至第四象限的负载线4之中。
24.永磁体的充磁过程，其工作原理与去磁过程类似，只是沿着磁滞曲线的充磁轨迹3和回复线2完成，也就是图4的第一象限和第四象限区域。
25.改变永磁体的工作点，将会改变永磁体的磁场强度，进而可以改变永磁电机的气隙磁场21的强度，从而达到永磁电机弱磁或增磁的目的。
26.实施例1
27.本实施例中，调磁装置的结构具体分析如下：基于光电耦合的永磁电机调磁装置系统结构。一般地，永磁电机调磁装置包括控制器5，第ⅰ电阻6，第ⅱ电阻8，第ⅲ电阻11，接地端9，稳压电容10，驱动电路元件12，开关元件13，供电电源14，调磁绕组15和第ⅰ永磁体16。其中，第ⅰ永磁体16和调磁绕组15安装在永磁电机内部，驱动电路元件12为北京落木源电子技术有限公司销售的tx
‑
dp101驱动电路，详见图1中所示。
28.具体实施过程是：控制器5的i/o口输出高电平
→
控制元件7【光电耦合器】的发光器件7
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1处于断开状态【熄灭状态】
→
控制元件7的光接收器件7
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2处于断开状态【根据光电耦合器工作原理】
→
5v电压通过第ⅱ电阻8和第ⅲ电阻11接入驱动电路元件12
→
驱动电路元件12使开关元件13【绝缘栅双极型晶体管】处于导通状态
→
供电电源14【直流电源】通过调磁回路和调磁绕组15，对第ⅰ永磁体16的工作点进行调整充磁或去磁；相反，当控制器5输出是低电平的情况下，则整个调磁装置停止向第ⅰ永磁体16进行充磁或去磁控制。
29.特别地，由于常规控制器i/o口输出的高电平是3v或3.3v，而驱动绝缘栅双极型晶体管的驱动电压是5v，所以本实用新型控制元件7采用光电耦合器，不仅实现了间接电源升压的目的，而且达到了物理隔离和独立电源稳定地向驱动器供电的目的。
30.特别地，限流元件，包括第ⅰ电阻6，第ⅱ电阻8和第ⅲ电阻11，其目的是限制电路中的最大电流，从而保护控制元件7和驱动电路元件12不被高电流冲击而损坏。
31.一般地，供电电源14是直流电源，其输出电压幅值可以略低，100v～220v之间均
可，但输出电流应当较高，在10a～25a之间，因为较大的电流可以产生较大的磁场强度，从而有利于第ⅰ永磁体16的调磁控制。
32.一般地，假如供电电源14输出的电流幅值略低，则可以根据电磁场理论，采用增加调磁绕组15匝数的方式，提高第ⅰ永磁体16周围磁场强度，从而达到第ⅰ永磁体16充磁和去磁的目的。
33.优选地，假如需要改变第ⅰ永磁体16的充磁方向，譬如由充磁状态调整为去磁状态，只需互换供电电源14两端的正负极接线端子即可。因为互换供电电源14两端的正负极接线端子，可以改变流经调磁绕组15的电流方向，进而实现第ⅰ永磁体16调磁状态的改变。
34.如图2所示，是永磁电机弱磁调磁分析结果的1/2圆周分析图。其中，第ⅱ永磁体17由高矫顽力永磁体构成，第ⅰ永磁体16由低矫顽力永磁体构成。按照图2所示的调磁绕组15电流流向，第ⅰ永磁体16的去磁方向如其箭头指向所示。在这种情况下，大部分的磁链20在永磁电机定子内部形成回路，从而导致永磁电机定子和转子之间的气隙磁场21强度降低，进而降低了永磁电机的感应电动势，并达到了永磁电机弱磁调磁的目的。
35.特别地，由于第ⅱ永磁体17采用较高的矫顽力永磁体，譬如永磁体ndfeb35，矫顽力是625ka/m，而第ⅰ永磁体16采用较低矫顽力的永磁体，譬如永磁体lng52，矫顽力是56ka/m，则在这种情况下，调磁绕组15在对第ⅰ永磁体16进行去磁或充磁的时候，将不会改变第ⅱ永磁体17的工作点磁场强度。
36.特别地，图1中的驱动电路元件12，其主要结构由升压电路组成，目的是提高驱动电路的输出电流幅值，进而达到成功驱动绝缘栅双极型晶体管的目的。
37.如图3所示，是永磁电机增磁调磁分析结果1/2圆周分析图。其中，第ⅱ永磁体17由高矫顽力永磁体构成，第ⅰ永磁体16由低矫顽力永磁体构成。按照图3所示的调磁绕组15电流流向，第ⅰ永磁体16的增磁方向如其箭头指向所示。在这种情况下，大部分的磁链20通过永磁电机定子和转子之间的气隙，使气隙磁场21强度增强，从而增加了永磁电机的感应电动势，并达到了永磁体增磁调磁的目的。
38.实施例2
39.本实施例提供一种永磁电机，包括定子组件18、转子组件19和实施例1中的调磁装置，定子组件18的内圆面和转子组件19之间是气隙，定子组件18包括内定子铁芯18
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2和外定子铁芯18
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1，在电枢绕组22之间嵌有第ⅱ永磁体17，第ⅱ永磁体17位于气隙外侧，并靠近定子组件18和转子组件19之间的气隙，调磁绕组15和第ⅰ永磁体16位于定子组件18的外侧，调磁绕组15按照同一个方向，缠绕在第ⅰ永磁体16充磁或去磁方向的两侧；第ⅱ永磁体17的矫顽力远大于第ⅰ永磁体16的矫顽力，在外定子铁芯18
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1形成有一定数量用于容纳调磁绕组15的槽。
40.以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。