[发明专利]一种混合永磁记忆起动/发电机及其运行方法

说明书

本发明一种混合永磁记忆起动/发电机及其运行方法，属于永磁同步电机领域；包括混合永磁转子、定子铁心、电枢绕组、气隙和转轴；定子铁心上同槽同向绕制两套绕组，共同组成电枢绕组，同时也用于调磁；两套绕组依据需求工作于串联或并联状态；混合永磁转子上设置有高矫顽力永磁体、低矫顽力永磁体和三角形磁障；混合永磁转子的每个磁极下有两个切向充磁的低矫顽力永磁体和两个径向充磁的高矫顽力永磁体，共同组成W形结构；在每个低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体的交界处设置三角形磁障。本发明电机采用交流脉冲调磁，需要调磁时利用电枢绕组施加调磁脉冲，永磁体放置在电机转子上，电机结构简单，加工制造简便且工艺较为成熟。

技术领域

本发明属于永磁同步电机领域，具体涉及一种混合永磁记忆起动/发电机及其运行方法。

背景技术

起动/发电系统由于要带发动机起动，在低速时工作在电动状态，需要有较大的转矩输出；发动机起动运行到一定转速后，发动机带动起动/发电系统工作在发电状态，发电机的电压随发动机转速变化而变化和随负载变化而变化。

起动/发电系统在起动时的电磁转矩一般是发电状态的电磁转矩的数倍乃至十倍以上。以某无人机的起动/发电系统为例，起动时要求转矩为48N·m、转速1200rpm，发电在转速4800rpm时功率为2000W,根据该要求可知起动时电机的电磁转矩是发电时的12倍左右。

为满足起动/发电系统的需求，传统的起动/发电系统由两台电机组成，一台用作起动电机，在发动机起动时工作在电动状态，另一台用作发电机，在发动机高速运行时由发动机带动发电。为满足发动机起动时所需的大转矩又不至于体积过大，有的电动系统由高速电动机和减速机构组成。这样的起动/发电系统，发动机起动阶段，仅电动机有效工作，发电机闲置；而发动机正常运行阶段，仅发电机系统有效工作，电动机闲置。可见该系统整体利用率不高，体积和重量较大，不适用于对起动/发电系统的体积和重量有较高要求的场合。

利用电机的可逆运行原理，令一台电机同时兼作起动机和发电机两种用途，满足可逆运行，可有效减小重量和体积。但众所周知，电机的体积重量主要由电机的电磁转矩决定，而起动时电机的电磁转矩是发电时的数倍乃至十倍以上。如果以起动时电机的电磁转矩来设计起动/发电机,发电状态时电机容量有非常大的余量。如果以发电时的电磁转矩来设计起动/发电机，电动状态时电机过载倍数过大难以满足需求。如果电机气隙磁场可以调节，电动状态时增强气隙磁场、发电状态时减弱气隙磁场，则可以兼顾起动、发电时的不同需求。

电励磁同步电机可通过调整励磁电流来方便地调节磁场，但励磁损耗大，电机效率低，且需要电刷和滑环将直流励磁电流引入励磁绕组，电机结构复杂且体积大。永磁同步电机和电励磁同步电机相比省去了励磁绕组，具有高转矩密度、高效率等优点，适合作为起动/发电机。但传统永磁同步电机的气隙磁场很难调节，其调磁能力有限。这些问题极大地限制了传统永磁同步电机作为起动/发电机的应用。

沈阳工业大学的李天元选用永磁同步电机作为航空起动发电机，其转子采用内置“一”字型结构，永磁体为单一的钐钴材料，电机作为电动机时为正弦波永磁同步电机，功率密度和转矩输出较高，但电机作为发电机时余量较大，且调磁困难，负载变化时输出电压会有波动。

天津大学陈益广等提出了一种混合永磁记忆电机，该电机转子为W型结构，永磁体为钕铁硼和铝镍钴材料，通过施加不同的调磁脉冲调节铝镍钴磁场。但该电机只有一套定子绕组，并且只在电动状态下运行，未实现起动/发电两种状态的可逆运行。该电机的W型转子中未明确给出永磁体放置位置及角度，不能保证电机转矩满足起动所需的大转矩。

因此，本发明提出一种混合永磁记忆起动/发电机及其运行方法，两套定子绕组可自由配置为串并联结构，以适应电机的起动/发电需求。同时把定子绕组作为调磁绕组，根据电机工作状态的不同，给定子绕组通以不同的直轴电流，调节混合永磁磁极中低矫顽力永磁体的磁化状态，实现气隙磁场的调节，稳定电机的起动转矩输出，同时调节发电机状态时的输出电压。

发明内容

要解决的技术问题：