[发明专利]一种定子永磁磁场增强型混合励磁电机及其驱动控制方法

说明书

本发明公开了一种多变运行工况定子永磁磁场增强型混合励磁电机及其驱动控制方法，包括定子(1)、励磁绕组(2)、永磁体a(3)、永磁体b(4)、永磁体c(5)、永磁体d(6)、转子(7)、电枢绕组a(8)、电枢绕组b(9)和气隙(10)；定子(1)为“艹”形定子模块结构，采用4个H桥构成电机功率变换器，其中励磁绕组(2)的进出两端分别连接一个H桥桥臂中心点，三相绕组的进和出两端分别各连接一个H桥桥臂中心点构成开绕组结构；励磁绕组(2)的H桥与三相绕组的开绕组结构母线串联，且该开绕组结构的每三个桥臂组成一组，两组之间设置有一个开关管TTS；本发明可实现气隙磁场的倍增调节，提高电机的功率密度。

技术领域

本发明涉及一种定子永磁型电机，尤其是一种具有多变运行工况的定子永磁磁场增强型混合励磁电机及其驱动控制系统，属于电机技术领域。

背景技术

随着以钕铁硼(NdFeB)为代表的新型稀土永磁材料的出现和功率电力电子技术、计算机技术、现代控制理论等的快速发展，从20世纪90年代开始，陆续出现了三种新型结构的定子永磁型无刷电机系统，分别为双凸极永磁电机、磁通反向永磁电机和磁通切换永磁电机。该类永磁电机的永磁体和电枢绕组均位于定子，与转子永磁型电机相比，转子既无绕组也无永磁体，结构简单坚固，运行可靠。定子永磁型无刷电机作为一种新型永磁无刷电机，具备高效率、高功率密度和高可靠性等优点，在电动车辆、航空航天、飞轮储能及轨道交通等领域展现出特有的优势和良好的应用前景。

然而，由于钕铁硼永磁电机磁场恒定，在功率变换器母线电压恒定的条件下，难以满足大转矩输出的同时，实现宽调速范围，即存在恒定励磁磁通与弱磁扩速矛盾的问题。为此，可控磁通永磁电机受到人们的广泛关注，提出了混合励磁永磁、记忆电机、漏磁可控永磁电机等。混合励磁永磁电机由于综合了永磁电机和电励磁电机的特点，能够通过直流励磁实现电机永磁磁场的增强和弱磁扩速的目的，成为该类永磁电机研究的热点之一。但是，由于电励磁磁通相对永磁电机较小，磁场调节能力有限，仅有10％～30％。此外，为提高弱磁范围，往往需要提供较高的直流电流增加了铜耗，降低了电机效率，而且会导致切向力及转矩的波动，影响电机运行的稳定性，增加铁耗；也会导致径向力波动，从而引起振动和噪声。因此，有针对性地设计开发混合励磁电机新结构，对提高该类电机效率及动态性能具有重要的理论意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有混合励磁定子永磁型电机存在的问题，提出一种多变运行工况定子永磁磁场增强型混合励磁电机，其励磁绕组产生的励磁磁场和永磁体产生的永磁磁场共同构成气隙磁场，通过控制加在励磁绕组上的电流大小与方向，来控制气隙磁密的大小，从而实现气隙磁场可调，实现电机多变工况运行，并可以进一步降低转矩脉动，提高功率密度，实现电机高效率、低转矩脉动运行，提高电机的动态工作性能。

本发明的技术方案为：一种多变运行工况定子永磁磁场增强型混合励磁电机，包括定子1、励磁绕组2、永磁体a3、永磁体b4、永磁体c5、永磁体d6、转子7、电枢绕组a8、电枢绕组b9和气隙10；定子1为“艹”形定子模块结构，定子1的外部两个定子齿端部之间间隔嵌入永磁体a3，定子1的内部两个定子齿端部之间嵌入永磁体b4；且每两个“艹”形定子模块轭部的左右端部之间分别嵌入永磁体c5、永磁体d6；励磁绕组2缠绕在定子1的轭部；电枢绕组a8、电枢绕组b9分别缠绕在定子1靠近转子铁心的两个定子齿上；定子1的内圆和转子7的外圆之间设有气隙10；定子1的轴心线与转子7的转动轴心线相重合。

进一步，所述的定子1的定子铁心由硅钢片叠制而成，且定子面向转子部分为定子齿，其宽度为α；转子7的转子铁心由硅钢片叠制而成且为凸极结构，转子齿齿宽的(1～1.8)α。

进一步，所述的励磁绕组2沿径向绕制，电枢绕组a8、电枢绕组b9沿切向绕制。

进一步，所述的永磁体a3、永磁体b4充磁方向一致，永磁体c5、永磁体d6充磁方向一致，且永磁体a3、永磁体b4与永磁体c5、永磁体d6的充磁方向相反，永磁体b4非充磁方向宽度为(0.6～1.2)α。