[发明专利]一种多边励磁永磁电机

说明书

本发明公开了一种多边励磁永磁电机，转子装配多个永磁体磁极，定子绕组包括电枢绕组和辅助绕组，辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据永磁体磁极的即时位置的信号，控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位，使得辅助绕组励磁磁场增加或减小电枢绕组元件的磁链及其变化率，从而提高电机的输出功率和运行效率或实现电机的弱磁运行。这种弱磁方法避免了转子励磁滑环导致的可靠性问题，对磁钢也不产生影响，保证了电机的可靠运行。同时，还不会增加转子磁路损耗，增磁或弱磁的效果更优。本发明特别适用于电机弱磁运行和发电运行，也适合低速直接驱动。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及永磁电机。

背景技术

永磁电机具有高效率、高功率密度、结构简单以及运行可靠等诸多优点。因此，永磁电机在工业、民用、军事以及航空航天等领域中应用非常广泛，如用作为电动汽车用驱动电机、空调压缩机、风力发电机、移动供电电源以及航天飞行器中的发电机。但是，对于永磁电机而言，气隙主磁场由永磁体产生，永磁体的性能决定了气隙磁场，其气隙磁密受到硅钢片最大磁密(如1.2T)的限制，使得永磁电机的气隙磁场难以调节。当永磁电机作发电机使用时，其端电压会随负载大小、负载性质或者原动机转速等因素变化而变化，从而影响永磁发电；当永磁电机作电动机使用时，难以获得宽广的调速范围。因此，永磁电机气隙磁场难以调节的缺点，在一定程度上限制了永磁电机的广泛应用和推广。

近年来，永磁电机开始应用于电动汽车和一些重载设备上，对电机提出了更高的要求：既要求能在高转速下运行，又要求低速时能够提供大转矩。由于永磁电机的特性是一种恒转矩特性，难以同时满足大调速范围和大转矩的要求。因此，人们提出了各种混合励磁设想，发明了多种结构形式的混合励磁电机，以解决低速大扭矩、高速恒功率的问题。但这些混合励磁电机在永磁电机的效率、扩大永磁电机的调速范围等性能还有待改善。

例如，车辆牵引用永磁电机调速运行时，需要电机输出恒功率特性，电机在基速以上，反电势高于供电直流电压，导致电机无法输出功率，需要通过减小磁场的方法保证电机绕组注入电流，称弱磁控制。对于永磁电机，通常通过电机绕组供电的相位角提前，从而削弱气隙磁场，但这种方法由于通过绕组产生的电枢电流削弱磁场，弱磁程度相对小，磁钢的性能和电机运行稳定性受到影响。也有人提出在磁钢侧(电机转子上)设置励磁绕组，控制励磁绕组电流，削弱气隙磁场，称为复合励磁技术。如图14所示的一种电机，包括定子和转子，其中，定子包括定子铁芯141和定子绕组，定子绕组相应导体145设在定子开口槽内；转子包括转子铁芯144、N极和S极交替排列的磁极，在相邻的两个磁极之间设有开口槽，励磁绕组的导体142、143设在开口槽内，τ为极距，磁力线只穿过相邻的两个极。由于电机的励磁绕组设置在转子上，因此，需要通过滑环将电源接入励磁绕组，这样一来，转子旋转通过滑环通电，其可靠性大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多边励磁永磁电机，在气隙磁密发生极性突变的区域，通过对定子辅助绕组施加励磁电流脉冲产生辅助磁场，在不增加转子磁路损耗的情况下，有效加强或减弱电机主磁场，以大大提高输出瞬时功率或实现可靠的弱磁运行，特别适用于电机弱磁运行和发电运行，也适合低速直接驱动。

一种多边励磁永磁电机，包括转子组件和定子组件，其中，所述转子组件装配有多个永磁体磁极，所述永磁体磁极按N极和S极交替排列，相邻的永磁体磁极N极与永磁体磁极S极之间设有间隙；所述定子组件包括定子铁心和定子绕组；其中，

所述定子绕组包括电枢绕组(又称主绕组)和辅助绕组(又称励磁绕组)，所述辅助绕组还连接有用于产生具有可控相位和频率的脉冲电流的控制电路，根据所述永磁体磁极的即时位置的信号，所述控制电路输出信号以控制脉冲电流的通断时刻和/或相位：当电枢绕组导体处于所述相邻的永磁体磁极N极和S极的间隙区域，向辅助绕组注入可控相位和频率的脉冲电流，所述辅助绕组所产生磁场中主磁路相当于所述电枢绕组的漏磁路，即所述辅助绕组所产生的磁场的大部分对电枢绕组产生影响(在电枢绕组中感应出电势)。