[发明专利]一种串联型混合永磁变磁通电机

说明书

本发明公开了一种串联型混合永磁变磁通电机，包括定子(100)、绕于该定子(100)上的电枢绕组(200)及转子铁芯(300)，所述转子铁芯(300)的每个极下设有三个不直接接触、分开放置的永磁体，其中第二永磁体(302)呈“一”形放置于外侧，两个第一永磁体(301)呈“V”形放置于内侧，所述第二永磁体(302)为高矫顽力永磁体或低矫顽力永磁体，所述第一永磁体(301)为高矫顽力永磁体或低矫顽力永磁体。本发明的电机，低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体采用特殊的放置位置及方式，使得该电机为磁路串联型结构，高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体起增磁作用，提高了低矫顽力永磁体的工作点和磁化程度，提高转矩输出能力，降低了电机的充磁电流。

技术领域

本发明属于混合永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种串联型混合永磁变磁通电机。

背景技术

近年来，永磁同步电机由于其效率高、功率密度高和机械特性好等特点，被广泛应用于交通、工业、国防等领域。然而随着应用领域的拓展，传统的永磁同步电机也暴露出了一些缺点。传统永磁电机中永磁体的充磁状态难以改变，空载反电势会随着转速的增大而增大。由于电机运行时端电压不能超过逆变器输出的电压极限值，在高速区间需要进行持续弱磁控制，即通过增大直轴去磁电流分量来抵消永磁磁动势，保证端电压低于逆变器电压极限值，达到弱磁扩速的目的。但这种方法仍然存在不足：第一，由于永磁体磁阻较大，直轴电感通常较小，因此需要较大的弱磁电流，且弱磁能力有限，电机调速范围较窄；第二，弱磁电流会引入额外的铜耗，且铜耗大小与电流的平方成正比关系，随着转速的增加，弱磁电流幅值增加，弱磁带来的损耗将显著提高，降低了电机的效率；第三，受限于逆变器容量，弱磁电流的增加势必减少转矩电流成分，进而降低电机在高速区间的转矩输出能力。

继而有学者提出一种变磁通电机(即“记忆电机”)，该电机使用低矫顽力永磁体，通过施加直轴脉冲电流对永磁体进行充退磁来改变永磁体的磁化程度，从而实现气隙磁场强度的灵活调节。该电机不需要持续施加额外的弱磁电流，能够获得较宽的调速范围，且在宽调速范围内仍具有较高的效率。但低矫顽力永磁体的磁能积较低，因此，仅使用单一低矫顽力永磁体的变磁通电机的转矩密度较低。

于是又有学者提出混合永磁变磁通电机，该电机同时使用高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，在保持调磁特性的同时提高转矩密度。混合永磁变磁通电机根据磁路的不同可分为并联型和串联型两种。在并联型混合永磁变磁通电机中，高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体起退磁作用，低矫顽力永磁体工作点较低，因此该电机的转矩密度不高，且对低矫顽力永磁体进行充磁所需要的电流非常大，即充磁较难。这些缺点限制了并联型混合永磁变磁通电机的应用。

另一种是串联型混合永磁变磁通电机，该电机永磁体由高矫顽力和低矫顽力两种永磁体组成，且两种永磁体直接接触，贴合成一个整体放置。通过调整低矫顽力永磁体的磁化状态，改变气隙磁通。但是在这种结构中，高矫顽力永磁体与低矫顽力永磁体直接贴合放置，经过高矫顽力永磁体的磁通全部经过低矫顽力永磁体，此时高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体起非常强的增磁作用，会导致对低矫顽力永磁体进行退磁所需要的电流较大且调磁范围较窄。为了增大调磁范围，只能增大低矫顽力永磁体与高矫顽力永磁体的厚度比，但也会进一步增大所需要的充退磁电流。而且该结构转子的直轴磁阻和交轴磁阻很大，直轴电感和交轴电感很小且相差不大，即凸极比不大，磁阻转矩较小，因此该电机的转矩密度仍然不够高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种串联型混合永磁变磁通电机，其目的在于，低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体采用特殊的放置位置及方式，使得该电机为磁路串联型结构，高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体起增磁作用，提高了低矫顽力永磁体的工作点和磁化程度，提高转矩输出能力，降低了电机的充磁电流。

为了实现上述目的，本发明提供一种串联型混合永磁变磁通电机，包括定子、绕于该定子上的电枢绕组及转子铁芯，所述定子和转子铁芯径向同轴布置，