[发明专利]一种磁齿轮型双定子混合永磁记忆电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调磁通永磁电机，具体涉及一种磁齿轮型双定子混合永磁记忆电机。

背景技术

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。

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。

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。于是人们想到通过设有两种不同材料的永磁共同励磁来提高电机的转矩密度，其中聚磁式钕铁硼永磁提供气隙主磁场，而铝镍钴永磁起到磁场调节器的作用。

近些年来，一种新型的永磁型电机—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。

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。

然而，传统磁齿轮电机转子铁心存在着较大磁滞损耗和涡流损耗，而且气隙磁场由钕铁硼永磁体励磁产生，难以调节，限制了其在风力发电和电动汽车宽调速驱动场合的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统磁齿轮电机转子铁心存在着较大磁滞损耗和涡流损耗，而且气隙磁场由钕铁硼永磁体励磁产生，难以调节，限制了其在风力发电和电动汽车宽调速驱动场合的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种磁齿轮型双定子混合永磁记忆电机，其特征是：包括由外至内顺次套接并同轴设置的外定子、转子和内定子；外定子包括电枢铁心齿、环状的定子轭部和电枢绕组；电枢铁心齿设置在定子轭部与转子之间，相邻的电枢铁心齿之间形成内凹的间槽，间槽用于置放缠绕于电枢铁心齿上的电枢绕组；转子的环体沿周向间隔布置有一个以上的导磁硅钢的转子铁块，转子铁块之间采用非导磁材料套筒填充，靠近内定子侧有导磁桥用于连接相邻的转子铁块；所述的非导磁套筒内置有轴向铝制螺栓与设置在电机转轴上的转子端盖相连；内定子包括内定子铁心、钕铁硼永磁、铝镍钴永磁和集中脉冲调磁绕组；内定子铁心上内部设有凹槽；切向充磁的的钕铁硼永磁嵌在内定子外层之中，径向充磁的铝镍钴永磁分布于相邻两个凹槽之间，集中脉冲调磁绕组设于凹槽内，并跨绕在铝镍钴永磁上；所述钕铁硼永磁和铝镍钴永磁位置交错排布，两种永磁体数目保持一致，且钕铁硼永磁和铝镍钴永磁均沿内定子周向极性交替分布；所述的内定子通过内定子轴与内定子一侧端盖固定；所述的外定子齿数、钕铁硼永磁数和铝镍钴永磁数均相同，且外定子电枢齿与钕铁硼永磁放置方向保持平齐。

本发明的有益效果是：