[发明专利]一种不改变绕组排布的分数槽集中绕组变极记忆电机

说明书

本发明公开了一种不改变绕组排布的分数槽集中绕组变极记忆电机，包括定子和转子；定子包括定子铁心和电枢绕组，该电枢绕组采用分数槽集中绕组，按照相序依次排列；转子包括转子铁心、高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体；本发明所述的变极记忆电机在变极前后无需改变绕组连接方式，只需交换其中两相的相序即可；在变极过程中，通过在电枢绕组施加不同方向的直轴电流脉冲改变低矫顽力永磁体的磁化方向，从而实现电机极数的改变，通过变极调速可以拓宽永磁电机的速度范围，并且可以有效降低电机在高速区的铁耗，提高电机在高速区的运行效率。

技术领域

本发明涉及一种不需改变绕组连接方式的分数槽集中绕组变极记忆电机，属于电机设计领域。

背景技术

变极调速技术广泛用于感应电机调速中，由于感应电机的功率密度和效率相对较低，变极永磁电机具有更有广泛的应用价值。然而，对于传统永磁电机，由于永磁材料固有属性的限制，电机内的气隙磁场基本保持恒定，其调磁相对困难。永磁记忆电机(以下简称“记忆电机”)是一种新型的可变磁通永磁电机，它采用低矫顽力铝镍钴永磁体，通过定子绕组或者磁化绕组改变永磁体的磁化状态。而变极记忆电机，不仅具有记忆电机的特点，而且通过变极控制进一步扩大该种电机的速度范围，并且在高速区显著降低电机的铁耗，从而提高电机的效率。

变极记忆电机(Pole-changing memory machine,PCMM)最初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，这种电机拓扑结构中定子部分安装两套分布式绕组，分别采用54槽8极和6极连接方式；转子部分采用32块辐条式永磁体，当磁化不同数量的永磁体时电机工作在不同极数模式。然而，由于定子采用两套电枢绕组，在不同极数模式时对应的只有一套绕组工作，另外一套绕组处于开路状态，定子槽空间利用率较低，降低电机的转矩输出能力；同时，由于没有合理设置转子永磁体数量，当电机运行模式由8极模式切换到6极模式时，无法保证磁路的对称性，从而降低电机在变极后的电磁性能。此外，由于采用单一铝镍钴永磁体设计，电机生产制造成本较高，电机的力能指标较低。

日本学者Kazuto Sakai等人将变极技术与磁阻电机概念融入永磁电机设计，提出一种新型PCMM电机。通过调控AlNiCo永磁体的磁化状态，该电机可以运行在8极模式、4极模式和4极磁阻电机模式，实现2:1:1变极。该电机定子槽安装一套48槽双层分布式整数槽绕组，转子铁心嵌入单一AlNiCo永磁体，通过施加不同的磁化电流脉冲，改变AlNiCo永磁体的磁化状态，从而实现电机三种运行模式的切换。当转子AlNiCo永磁体的磁化方向一致时，电机工作在8极模式；当每对AlNiCo永磁体与相邻的AlNiCo永磁体磁化方向相反时，电机工作在4极模式；当AlNiCo永磁体完全退磁时，该电机运行在4极磁阻电机模式。由于采用分布式整数槽绕组设计，电机端部漏抗较大，加工制造成本相对较高。

香港大学的邹国棠等将变极技术与定子永磁型电机设计方法相结合，提出两种定子永磁型PCMM拓扑，该种定子采用两套绕组，分别为电枢绕组和磁化绕组。通过在磁化绕组中通入直流电流脉冲，可以实时控制永磁体磁化方向。该类电机可以采用单一AlNiCo永磁体，该种结构具有较宽的调磁范围，而且易于实现变极；也可以采用混合永磁结构设计，可以减小永磁体用量，从而降低电机制造成本。

综合国内外的研究现状，现有变极记忆电机的研究基本处于探索阶段，其结构设计还不够理想，电机变极前后控制复杂，特别是变极后电磁性能降低。因此，如果能针对国内外研究存在的不足，对新型变极记忆电机优化设计，则可以显著PCMM的性能，进一步推广变极永磁电机的应用。

发明内容

发明目的：提供一种不改变绕组排布的分数槽集中绕组变极记忆电机，该变极记忆电机在变极前后不需要改变绕组内部的连接方式，对于三相电机只需要交换任意两相的相序即可，五相电机绕组相序也无需改变；同时转子采用混合永磁设计，并且低矫顽力磁极数和高矫顽力永磁体磁极数相等，并具有一定的调磁能力。

技术方案：一种不改变绕组排布的分数槽集中绕组变极记忆电机，包括定子和转子；