雙凸極永磁記憶飛輪電機制造技術

本發明專利技術公開一種雙凸極永磁記憶飛輪電機。為解決現有技術中飛輪電機的功率密度低和磁場不可控的問題而發明專利技術。該電機至少包括同軸設置的內定子和外定子；內定子包括內定子軛和內定子鐵芯；在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼；在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼。本發明專利技術采用磁鋼混合和充磁方向混合設計，利用釹鐵硼磁鋼的高磁能積保證較高的氣隙磁密，提升電機的功率密度和轉矩能力，利用鋁鎳鈷磁鋼的低矯頑力、高剩磁和磁滯曲線的非線性可以實現對氣隙磁場的靈活調節，達到大扭矩啟動、寬轉速高效發電以及恒功率調速范圍。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開一種雙凸極永磁記憶飛輪電機。為解決現有技術中飛輪電機的功率密度低和磁場不可控的問題而專利技術。該電機至少包括同軸設置的內定子和外定子；內定子包括內定子軛和內定子鐵芯；在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼；在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼。本專利技術采用磁鋼混合和充磁方向混合設計，利用釹鐵硼磁鋼的高磁能積保證較高的氣隙磁密，提升電機的功率密度和轉矩能力，利用鋁鎳鈷磁鋼的低矯頑力、高剩磁和磁滯曲線的非線性可以實現對氣隙磁場的靈活調節，達到大扭矩啟動、寬轉速高效發電以及恒功率調速范圍。【專利說明】雙凸極永磁記憶飛輪電機
本專利技術涉及一種雙凸極永磁記憶飛輪電機。
技術介紹
在航空活塞發動機領域，具有起動/發電功能的飛輪電機越來越受到航空領域的關注。 永磁雙凸極記憶飛輪電機是一種集成了起動/發電功能的飛輪電機，該飛輪電機直接可安裝在發動機曲軸上，在起動時輸出動力，作為發動機的起動電機；當發動機起動后，其又具有發電能力，而且集成度較高，同時取代飛輪可以實現了減重的需求。 永磁雙凸極記憶飛輪電機是一種新型的磁通可控型永磁飛輪電機，它采用低矯頑力鋁鎳鈷永磁體，通過定子繞組或者直流脈沖繞組產生周向磁場，從而改變永磁體磁化強度對氣隙磁場進行調節，同時永磁體的磁密水平具有被永磁體記憶的特點，避免了電樞損耗，實現了在線高效調磁。 這種雙凸極電機轉子沒有永磁鐵和繞組，僅有導磁軟鐵組成雙凸極結構，因此結構簡單可靠。因此，針對雙凸極電機的記憶電機研宄也迅速開展起來，由于雙凸極電機永磁體安裝在定子上，對于充去磁控制變得更簡單，僅需要控制直流脈沖電流大小和方向即可。然而這種記憶電機采用單一的鋁鎳鈷磁鋼，其磁能積明顯低于釹鐵硼磁鋼，因此降低了電機的功率密度。這對于功率密度要求較高的飛輪電機對來說是不適合的。
技術實現思路
為克服上述缺陷，提出一種應用于航空活塞發動機的混合磁鋼的雙凸極永磁記憶飛輪電機，實現飛輪電機空載氣隙磁場高效調節，提高轉速運行范圍和功率密度，同時達到發動機減重的作用。 為達到上述目的，本專利技術的雙凸極永磁記憶飛輪電機，該飛輪電機由內向外依次同軸設置有不導磁轉軸、內定子、外定子和外轉子飛輪；其中，不導磁轉軸與內定子之間有氣隙；飛輪為凸極轉子，飛輪與不導磁轉軸固連； 內定子包括內定子軛和內定子鐵芯，內定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰內定子鐵芯之間有空隙，該空隙內放置有勵磁繞組；在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼； 外定子包括外定子軛和外定子鐵芯，外定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰外定子鐵芯之間有空隙，該空隙放置三相電樞繞組，三相電樞繞組繞在每個凸極上； 在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼；在三相電樞繞組與釹鐵硼磁鋼之間設有導磁橋。 為達到上述目的，本專利技術雙凸極永磁記憶電機，該電機至少包括同軸設置的內定子和外定子； 內定子包括內定子軛和內定子鐵芯，內定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰內定子鐵芯之間有空隙，該空隙內放置有勵磁繞組；在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼； 外定子包括外定子軛和外定子鐵芯，外定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰外定子鐵芯之間有空隙，該空隙放置三相電樞繞組； 在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼；在三相電樞繞組與釹鐵硼磁鋼之間設有導磁橋。 采用上述技術方案的本專利技術具有以下優點: 1、本飛輪電機采用混合磁鋼設計，利用釹鐵硼磁鋼的高磁能積保證較高的氣隙磁密，提升電機的功率密度和轉矩能力，利用鋁鎳鈷磁鋼的低矯頑力、高剩磁和磁滯曲線的非線性可以實現對氣隙磁場的靈活調節，達到大扭矩啟動、寬轉速高效發電以及恒功率調速范圍。 2、由于釹鐵硼磁鋼具有較高的矯頑力，本電機采用釹鐵硼磁鋼切向充磁，并設置導磁橋，以盡量減少電樞繞組對其去磁影響，該結構又能提高釹鐵硼磁鋼的磁通利用率，達到提高電機的功率密度。 3、本電機采用雙定子結構，鋁鎳鈷磁鋼徑向充磁布置，電樞反應的磁路通過外定子軛、外定子鐵芯和轉子鐵芯閉合，以避免電樞反應磁動勢對矯頑力較低的鋁鎳鈷永磁體產生不可逆退磁等影響，這對記憶電機實現高效在線調磁運行十分關鍵。 4、本電機能夠隨時對鋁鎳鈷永磁體進行在線反復不可逆充去磁，實現氣隙磁場的在線調磁，由于充去磁脈沖作用時間非常短。因此，相對于混合勵磁雙凸極電機，該電機具有很小的勵磁損耗，并且調速控制系統較簡單。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為本專利技術的飛輪電機實施例的結構示意圖。 圖2為飛輪電機增磁運行時，當脈沖磁動勢對鋁鎳鈷永磁體進行正向充磁時圖1所示實施例的磁通路徑圖。 圖3為飛輪電機不增、弱磁運行時，圖1所示實施例的磁通路徑圖； 圖4為電機弱磁運行時，當脈沖磁動勢對鋁鎳鈷永磁體進行反向去磁時，圖1所示實施例的磁通路徑圖。 圖5為電機滅磁運行時，當脈沖磁動勢對鋁鎳鈷永磁體方向充磁，對釹鐵硼磁路短路時圖1所示實施例的磁通路徑圖。 圖中:1外定子、2內定子、3飛輪、4不導磁轉軸、5鋁鎳鈷磁鋼、6三相電樞繞組、7導磁橋、8釹鐵硼磁鋼、9內定子、10勵磁繞組、1.1外定子鐵芯、1.2外定子軛、9.1內定子鐵芯、9.2內定子軛；圖2至圖5中箭頭線表示磁力線和方向。 【具體實施方式】 下面結合附圖及實施方式對本專利技術專利作進一步詳細的說明: 如圖1所示的本專利技術的雙凸極永磁記憶飛輪電機的一實施例(黑色箭頭為永磁磁鋼充磁方向)，該飛輪電機由內向外依次同軸設置有不導磁轉軸4、內定子2、外定子I和外轉子飛輪3 ;其中，不導磁轉軸4與內定子2之間有氣隙；飛輪3為16個凸極的轉子，飛輪與不導磁轉軸固連，飛輪可以用盡量少的導磁材料提供足夠的轉動慣量，實現航空活塞發動機運行時的平衡。； 內定子2包括內定子軛9.2和內定子鐵芯9.1，內定子鐵芯包含4個凸極，相鄰內定子鐵芯之間有空隙，該空隙內放置有勵磁繞組10 ;在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼5 ;勵磁線圈采用脈沖電流對鋁鎳鈷磁鋼實現在線充去磁，由于脈沖電流作用時間非常短，幾乎沒有能耗，可以提高電機效率。 外定子包括外定子軛1.2和外定子鐵芯1.1，外定子鐵芯包含24個凸極，相鄰外定子鐵芯之間有空隙，該空隙放置三相電樞繞組6，三相電樞繞組繞在每個凸極上； 在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼8，用以提供主磁場，切向布置型式可以盡量提高永磁材料的磁通利用率；在三相電樞繞組與釹鐵硼磁鋼之間設有導磁橋7，可以減少電樞反應對永磁體的去磁風險。 具體運行原理如下: 在發動機起動時，在低轉速下需要大扭矩，飛輪電機通過勵磁繞組提供較大的脈沖電流，產生充磁磁動勢，如圖2所示，使鋁鐵硼磁鋼達到最大磁化水平與釹鐵硼磁鋼并列為飛輪電機提供磁場，達到增磁作用。 當發動機起動成功后進入怠速，飛輪電機轉入發電狀態，在低轉速區，為了保證發電功率，飛輪電機繼續保持增磁狀態。當發動機轉速提高后，飛輪電機控制系統根據負載在線控制增磁水平，以保證電壓穩定本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙凸極永磁記憶飛輪電機，該飛輪電機由內向外依次同軸設置有不導磁轉軸、內定子、外定子和外轉子飛輪；其中，不導磁轉軸與內定子之間有氣隙；飛輪為凸極轉子，飛輪與不導磁轉軸固連；其特征在于：內定子包括內定子軛和內定子鐵芯，內定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰內定子鐵芯之間有空隙，該空隙內放置有勵磁繞組；在內定子的凸極外表面軸向設有徑向充磁的鋁鎳鈷磁鋼；外定子包括外定子軛和外定子鐵芯，外定子鐵芯包含偶數個凸極，相鄰外定子鐵芯之間有空隙，該空隙放置三相電樞繞組，三相電樞繞組繞在每個凸極上；在對應相鄰兩內定子鐵芯凸極之間的外定子軛表面軸向設有長方形空隙，空隙中嵌入切向充磁的釹鐵硼磁鋼；在三相電樞繞組與釹鐵硼磁鋼之間設有導磁橋。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：卜建國，周明，呂凱雄，李雨寬，蘭旭東，董戈，徐全勇，黃旭東，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11