[发明专利]一种表贴式低谐波混合永磁记忆电机

说明书

本发明公开了一种表贴式低谐波混合永磁记忆电机，包括定子、电枢绕组、混合永磁转子和转轴，定子包括定子齿、定子轭和定子槽，定子槽用于放置嵌固在定子齿上的电枢绕组，混合永磁转子围绕转轴外部设置，混合永磁转子包括转子铁心和多组永磁体，各组永磁体均包括第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于转子铁心的外表面，第二永磁体嵌于转子铁心的安装槽内，并且与第一永磁体的中部对齐；第二永磁体的极弧长度小于第一永磁体的极弧长度；第一永磁体为低矫顽力永磁体，第二永磁体为高矫顽力永磁体；同一磁极下的第一永磁体和第二永磁体构成串联磁路，磁化方向一致且均沿径向充磁。本发明具有降低反电势谐波总含量和提高电机转矩密度等优点。

技术领域

本发明主要涉及电机技术领域，具体涉及一种表贴式低谐波混合永磁记忆电机。

背景技术

永磁同步电机因其结构简单、效率高、转矩密度高、调速范围广的特点，被广泛应用于电动汽车、高速机床、家电等领域。然而，传统永磁同步电机的气隙磁场无法调节，为了拓宽永磁同步电机的调速范围，降低电机高速运行时的反电势幅值，往往采用基于磁场定向的弱磁控制。这不仅牺牲了电机在高速情况下的转矩和效率，还可能导致弱磁失败使反电势升高以及永磁体的不可逆退磁。相较于传统永磁同步电机，可变磁通记忆电机通过向定子绕组或者其他充/去磁绕组通入电流产生的磁场来改变低矫顽力永磁体的磁化水平，可以自由调节气隙磁通，具有极其出色的调速能力。记忆电机在充去磁过程中，转子结构使得永磁体各部分之间的磁化程度不一致，这不仅会影响电机的气隙磁场和反电势而且会增加电机的损耗和转矩波动。因此，开展记忆电机的反电势优化研究对于其在驱动领域的进一步发展和推广具有重要意义。

可变磁通记忆电机(以下简称记忆电机)通常采用铝镍钴或铁氧体等低矫顽力永磁材料装配磁极，可以通过短暂的直轴脉冲电流来调节永磁体的磁化状态，进而改变电机的气隙磁通。本专利申请人在表贴式记忆电机的设计优化过程中，研究发现退磁操作后，电机的反电势减小的同时，其总谐波含量会增大；进一步分析发现，在退磁过程中永磁体中心部位较两侧部位更容易退磁，如图1所示。即由于绕组分布的影响，传统表贴式记忆电机在退磁过程中，低矫顽力永磁体中间部位更容易发生退磁，从而使电机反电势的总谐波含量增大。由于表贴式记忆电机的永磁体直接与气隙接触，直轴脉冲电流容易造成永磁体去磁不均匀的情况，进而恶化气隙磁密，影响电机的反电势和转矩输出。

传统表贴式记忆电机的拓扑结构和不同退磁状态下的反电势分别如图2和图3所示。可以发现当记忆电机进行退磁操作后，其反电势的畸变程度增加，且退磁电流越大，反电势的畸变越大。

目前，对于永磁电机的反电势优化主要有四种方法：绕组结构优化、改变极弧系数、斜槽/极和削极，具体如下：

1)绕组结构优化是通过采用短距绕组、分布绕组等结构来削弱谐波电动势。选用合适的线圈节距可以降低特定谐波的短距系数，以此削弱或消除该次谐波。

由短距系数表达式

其中，k_yν为短距系数，ν为谐波次数，y₁为第一节距，τ为极距。

可知，只要选取

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