[发明专利]一种抑制永磁电机交流损耗的方法

说明书

本发明公开了一种抑制永磁电机交流损耗的方法，具体为在使用Halbach阵列的径向磁通永磁电机转子/轴向磁通永磁电机转子/永磁直线电机动子上，针对不同充磁角度的磁钢，在其表面的特殊位置固定高磁导率薄片；其中，所述高磁导率薄片由于磁导率与气隙不同，可以改变气隙大小，从而改变磁场分布，减少穿过定子绕组但不参与机电能量转换的磁场分量，进而抑制定子绕组上的交流损耗。本发明的抑制永磁电机交流损耗的方法，在较大程度上减小了永磁磁场切向分量，而且在不增加加工难度的前提下尽可能减小定子绕组上产生的交流损耗。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种抑制永磁电机交流损耗的方法。

背景技术

随着永磁材料的研究取得进展，永磁同步电机也迅速发展。其中，轴向磁通永磁电机因具有高功率密度、高转矩密度、高集成度等特点，在电动汽车、新型能源、船舰驱动等领域得到广泛应用。相比一般的径向磁通电机，轴向磁通电机具有轴向长度短、功率密度高等优势。若采用无铁芯定子结构，则电机质量大大下降，可进一步提升单位质量功率密度，且该结构不存在铁耗，可提高系统效率。

常见的双转子-中间定子轴向磁通无铁芯永磁电机示意图如图1所示。转子由磁钢及转子轭构成，磁钢通常采用Halbach阵列以减小漏磁，增强气隙磁场，转子轭根据需求可导磁或不导磁。现有的磁钢阵列通常不经过其它特殊处理便进行安装。该结构磁场分布如图2所示，磁力线由一永磁转子出发，穿过气隙-无铁芯定子-气隙到达另一永磁转子，在沿相似路径回到磁力线出发的永磁转子，形成回路。因为磁力线经过的路径中没有铁芯结构，磁钢本身和绕组的磁导率接近空气，因而需要磁钢的厚度较大。同时，无铁芯结构中气隙需要考虑绕组厚度。若考虑电机轴向长度，则需尽可能减小绕组厚度。这会使电阻、电密增加，带来铜耗上升，导致效率下降，提高过热风险。另外，无铁芯电机的绕组暴露在交变磁场中，除常规电机重点考虑的直流铜耗外，交流铜耗的抑制也显得尤为重要。

为了克服上述铜耗的问题，许多文献提出了新型的绕组或磁钢结构。专利文献CN108123558A提出在定子绕组上装设多组由永磁体构成的永磁聚焦结构，但依然存在以下不足：(1)该绕组上装有永磁体，导致电机成本和绕组灌封后的重量上升；(2)该绕组上装有永磁体，且暴露在交变磁场中，产生损耗；(3)实施方案中采用铁氧体作为聚焦结构的材料，而铁氧体在温度不高时易退磁，性能受到影响。

发明内容

针对上述现有技术的改进需求，本发明提供一种抑制永磁电机交流损耗的方法，在永磁转子/动子使用Halbach阵列的基础上，将高磁导率薄片铺设于特定充磁方向的磁钢表面，由于高磁导率薄片磁导率大，对于充磁方向与径向磁通电机的径向/轴向磁通电机的轴向/直线电机的法向不平行的部分可以减少永磁磁场切向分量，而对于平行的部分则可以进一步减小磁场中切向分量，从而抑制绕组上的交流损耗。

为了实现上述目的，本发明提供一种抑制永磁电机交流损耗的方法，具体为在径向磁通永磁电机永磁转子/轴向磁通永磁电机永磁转子/永磁直线电机永磁动子上的特殊位置固定高磁导率薄片，

所述永磁转子或永磁动子使用Halbach阵列；且，

各个所述磁钢均在特定方向充磁，对应每个所述磁钢表面或其交界处设有所述高磁导率薄片，以减小磁场的切向分量，进而减少定子绕组上产生的空载交流损耗。

进一步地，所述径向磁通永磁电机转子/轴向磁通永磁电机转子/永磁直线电机动子使用Halbach阵列，每个磁极下设有多个磁钢，采取Halbch阵列中相邻磁钢充磁角之差不变的方式时，每极下磁钢数目n与相邻磁钢充磁角之差θ关系为：

n*θ＝180° (1)

进一步地，所述永磁转子或永磁动子为45°Halbach阵列，θ＝45°，n＝4，永磁电机的切向为0°，则所述磁钢分别为第一磁钢、第二磁钢、第三磁钢以及第四磁钢；其中，

所述第一磁钢充磁角为90°或270°；