一種多邊勵磁永磁電機的制作方法

本實用新型涉及電機領域，具體涉及永磁電機。

背景技術：

永磁電機具有高效率、高功率密度、結構簡單以及運行可靠等諸多優點。因此，永磁電機在工業、民用、軍事以及航空航天等領域中應用非常廣泛，如用作為電動汽車用驅動電機、空調壓縮機、風力發電機、移動供電電源以及航天飛行器中的發電機。但是，對于永磁電機而言，氣隙主磁場由永磁體產生，永磁體的性能決定了氣隙磁場，其氣隙磁密受到硅鋼片最大磁密(如1.2T)的限制，使得永磁電機的氣隙磁場難以調節。當永磁電機作發電機使用時，其端電壓會隨負載大小、負載性質或者原動機轉速等因素變化而變化，從而影響永磁發電；當永磁電機作電動機使用時，難以獲得寬廣的調速范圍。因此，永磁電機氣隙磁場難以調節的缺點，在一定程度上限制了永磁電機的廣泛應用和推廣。

近年來，永磁電機開始應用于電動汽車和一些重載設備上，對電機提出了更高的要求：既要求能在高轉速下運行，又要求低速時能夠提供大轉矩。由于永磁電機的特性是一種恒轉矩特性，難以同時滿足大調速范圍和大轉矩的要求。因此，人們提出了各種混合勵磁設想，實用新型了多種結構形式的混合勵磁電機，以解決低速大扭矩、高速恒功率的問題。但這些混合勵磁電機在永磁電機的效率、擴大永磁電機的調速范圍等性能還有待改善。

例如，車輛牽引用永磁電機調速運行時，需要電機輸出恒功率特性，電機在基速以上，反電勢高于供電直流電壓，導致電機無法輸出功率，需要通過減小磁場的方法保證電機繞組注入電流，稱弱磁控制。對于永磁電機，通常通過電機繞組供電的相位角提前，從而削弱氣隙磁場，但這種方法由于通過繞組產生的電樞電流削弱磁場，弱磁程度相對小，磁鋼的性能和電機運行穩定性受到影響。也有人提出在磁鋼側(電機轉子上)設置勵磁繞組，控制勵磁繞組電流，削弱氣隙磁場，稱為復合勵磁技術。如圖14所示的一種電機，包括定子和轉子，其中，定子包括定子鐵 芯141和定子繞組，定子繞組相應導體145設在定子開口槽內；轉子包括轉子鐵芯144、N極和S極交替排列的磁極，在相鄰的兩個磁極之間設有開口槽，勵磁繞組的導體142、143設在開口槽內，τ為極距，磁力線只穿過相鄰的兩個極。由于電機的勵磁繞組設置在轉子上，因此，需要通過滑環將電源接入勵磁繞組，這樣一來，轉子旋轉通過滑環通電，其可靠性大大降低。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種多邊勵磁永磁電機，在氣隙磁密發生極性突變的區域，通過對定子輔助繞組施加勵磁電流脈沖產生輔助磁場，在不增加轉子磁路損耗的情況下，有效加強或減弱電機主磁場，以大大提高輸出瞬時功率或實現可靠的弱磁運行，特別適用于電機弱磁運行和發電運行，也適合低速直接驅動。

一種多邊勵磁永磁電機，包括轉子組件和定子組件，其中，所述轉子組件裝配有多個永磁體磁極，所述永磁體磁極按N極和S極交替排列，相鄰的永磁體磁極N極與永磁體磁極S極之間設有間隙；所述定子組件包括定子鐵芯和定子繞組；其中，

所述定子繞組包括電樞繞組(又稱主繞組)和輔助繞組(又稱勵磁繞組)，所述輔助繞組還連接有用于產生具有可控相位和頻率的脈沖電流的控制電路，根據所述永磁體磁極的即時位置的信號，所述控制電路輸出信號以控制脈沖電流的通斷時刻和/或相位：當電樞繞組導體處于所述相鄰的永磁體磁極N極和S極的間隙區域，向輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流，所述輔助繞組所產生磁場中主磁路相當于所述電樞繞組的漏磁路，即所述輔助繞組所產生的磁場的大部分對電樞繞組產生影響(在電樞繞組中感應出電勢)。

所述永磁體磁極的即時位置的信號，可以采用各種方式來獲取并傳輸給所述控制電路。

在本實用新型的一些具體實例中，所述永磁體磁極的即時位置的信號根據所輸出的繞組導體電勢波形獲得：在所述繞組導體電勢波形中，相鄰的兩個零電勢分別對應于電樞繞組導體經過相鄰的N磁極和S磁極。

在本實用新型的另一些具體實例中，所述永磁體磁極的即時位置的信號由轉子位置傳感器檢測并提供。即，所述定子組件還包括轉子位置傳感器，所述 轉子位置傳感器用于檢測所述永磁體磁極的即時位置，并將檢測到的所述永磁體磁極的即時位置的信號傳輸給所述控制電路。

本實用新型中，所述轉子位置傳感器可以采用旋轉變壓器或霍爾元件(霍爾位置傳感器)，檢測導體電勢換向過程中磁極位置，準確控制輔助繞組電流脈沖時刻。該傳感器的位置信號用于控制輔助繞組的通電與關斷時刻。

根據本實用新型的再一些具體實例，當所述定子組件為有槽定子時，定子槽的數量是所述永磁體磁極的數量的整數倍，優選為2～4倍。比如說轉子40極，定子采用120槽。

根據本實用新型的再一些具體實例，當所述定子組件為無槽定子時，分布在定子鐵芯的電樞繞組的導體數量是所述永磁體磁極的數量的整數倍，優選為2～4倍。

按照這樣來配合設計轉子極數和繞組分布，可以使得轉子轉過一個極，有多個導體按時序出現由磁脈沖引起的電勢脈沖。槽內導體按相數分配，串聯后形成一個相繞組，該相繞組會在轉子轉過一個極的過程中，產生多個電勢脈沖，并進一步擬合后形成正弦波。

進一步，優選所述轉子組件中永磁體磁極的數量為40個以上。

本實用新型中，所述永磁體為永久磁鋼。所述永久磁鋼為硬磁材料磁體、軟磁材料磁體、或者由硬磁材料磁體與軟磁材料磁體構成的復合磁體。

根據本實用新型的又一些具體實例，所述定子組件為有槽定子，所述定子槽口寬度小于相鄰的所述永磁體磁極N極和S極的間隙寬度，且大于相鄰的所述永磁體磁極N極和S極的間隙寬度的1/3。

采取上述的相鄰所述的永磁體磁極N極和S極的間隙寬度的設置，能夠最大程度地利用氣隙磁密發生極性突變的區域(也是磁密最小的區域，對應轉子相鄰N-S之間的間隙區域)所產生的磁場，當電樞繞組導體處于氣隙磁密發生極性突變的區域，向所述輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流，所述輔助繞組所產生磁場中主磁路相當于所述電樞繞組的漏磁路，即所述輔助繞組所產生的磁場的大部分對電樞繞組產生影響(在電樞繞組中感應出電勢)，可瞬間加強或削弱電樞繞組磁鏈，從而實現定子勵磁提高功率輸出或弱磁效果。

此外，還可通過連接能量轉換單元來收集電樞繞組的雜散能量，提升能量轉換效率，從而進一步強化定子勵磁提高功率輸出或弱磁效果。所述能量轉換 單元包括：二極管以及與所述二極管串聯的電容。

在本實用新型的再一些具體實例中，所述定子組件為有槽定子，電樞繞組由一組或多組串聯連接的線圈組成，同一組線圈在同一個定子槽內的導體布置至少為1層，且每層并排的導體數不超過2，同時，至少一個定子槽內，超過1層的導體屬于同一組線圈。所述定子槽口寬度小于相鄰的所述永磁體磁極N極和S極的間隙寬度，且大于相鄰的所述永磁體磁極N極和S極的間隙寬度的1/3。當定子槽內設置多組串聯連接的線圈時，與能量轉換單元連接后獲得連續的脈沖電能。

本實用新型中，所述多邊勵磁電機的輔助繞組，可以根據對電樞繞組的控制要求被分成若干組，而對于每一組的輔助繞組可以各自進行供電及控制，用于實現不同時刻的通斷。在發電機運行狀態，供電電源可以由發電機輸出繞組經整流后的直流電供電；在電動機運行狀態，供電電源可由電動機供電電源經整流(或專門電池)供電。

本實用新型中，所述多邊勵磁電機的輔助繞組，通過與其相連接的控制電路來調節電流，從而控制其脈沖電流幅值。該電流具有繞組正反向充電、繞組幅值控制、繞組放電等功能。通過輔助繞組的電流控制，實現定子側勵磁，實現對電樞繞組磁鏈的增強或削弱，以提高輸出瞬時功率或實現弱磁運行。在發電機運行狀態，通過調節輔助繞組的電流，實現輸出穩壓控制(適應負載變化的需要)；在電動機工作方式，通過調節輔助繞組的電流，實現恒轉矩輸出和恒功率輸出。

本實用新型中，所述多邊勵磁電機的輔助繞組，其脈沖電流的起始時間和電樞繞組導體與永磁體磁極的相對位置有關。在電樞繞組導體處于轉子永磁體磁極N-S間隙區域，導體反電勢處于換向(電樞繞組反電勢發生突變)期間的范圍內，向輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流，電樞繞組回路發生過渡過程，通過控制該輔助繞組的脈沖相位和頻率，能夠使得電機的電樞繞組的漏電抗與匝間電容之間形成諧振，通過諧振，不僅將電樞繞組磁鏈能量輸出，也可將漏磁鏈能量、匝間電容能量等雜散電磁能量轉化為輸出電能，從而進一步提高電機功率輸出。

本實用新型的多邊勵磁電機，轉子裝配永久磁鋼(或軟磁材料磁體)，定子繞組包括電樞繞組和輔助繞組，并可同時裝配轉子位置傳感器。在電機運行中，根 據永磁體磁極的即時位置的信號，控制輔助繞組通電時刻和電流，加強或減弱電機磁場(電樞繞組磁鏈)，以提高輸出瞬時功率或實現弱磁運行。具體來說，在氣隙磁密發生極性突變的區域(也是磁密最小的區域，對應轉子相鄰N-S之間的間隙區域)，對定子輔助繞組施加勵磁電流脈沖，輔助繞組所產生的磁場中主磁路相當于所述電樞繞組的漏磁路，即輔助繞組所產生的磁場中的大部分對電樞繞組產生影響(在電樞繞組中感應出電勢)：當產生的輔助磁場加強電樞繞組產生的電機主磁場時，可瞬間提高電樞繞組導體周圍的磁鏈及其變化率，從而提高電機繞組電勢以提高功率輸出；當產生的輔助磁場削弱電樞繞組產生的電機主磁場時，可以實現永磁電機弱磁運行。由于輔助繞組產生的磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，不會增加轉子磁路損耗，增磁或弱磁的效果更優。而且，這種弱磁方法既避免轉子勵磁滑環導致的可靠性問題，也對磁鋼不產生影響，保證了電機可靠性問題。此外，向輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流時，通過控制該輔助繞組的脈沖相位和頻率，使得電機的電樞繞組的漏電抗與匝間電容之間形成諧振，實現對電樞繞組雜散能量的收集，能夠進一步提高電機功率輸出。本實用新型的電機結構和運行方式，采用定子和轉子雙邊勵磁，特別適用于電機弱磁運行和發電運行，也適合低速直接驅動，并具有高功率密度和高能效的優點。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：

與現有混合勵磁電機不同，本實用新型是在永磁電機定子側增加輔助繞組激磁，并對輔助繞組注入高頻脈沖電流，使得輔助繞組所形成的磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，并利用輔助繞組所形成的磁場增強或削弱電樞繞組磁場。采用本實用新型電機進行激磁，不會增加轉子磁路損耗，增磁或弱磁的效果更優。而且，本實用新型電機弱磁運行時，既不會出現轉子勵磁滑環導致的可靠性問題，也不會對磁鋼產生不良影響，從而保證了電機的可靠運行。

而且，不同于常規電機所利用的在穩態磁場條件下的電機設計和運行理論，本實用新型中著力于對于現有技術中通常忽略的磁極間隙區域和極力避免的“漏磁路”的利用，充分利用交流電機磁鋼磁極交替處區域小且磁場突變大的特點，通過導體尺寸、磁場分布的優化和輔助磁場脈沖的控制來提升/削弱電樞繞組磁鏈及其變化率，大幅度提升電機整體功率密度。

此外，輔助繞組勵磁對電樞繞組漏感和寄生電容形成的諧振電路實現激勵，進一步提升能量轉換效率；在電機電流不變的情況下，由于功率密度增加，電 機損耗相對小，電機效率顯著提高。

附圖說明

圖1為本實用新型的第一種多邊勵磁永磁電機的結構示意圖。

圖2為本實用新型的第一種多邊勵磁永磁電機中轉子組件的結構示意圖。

圖3為本實用新型的第一種多邊勵磁永磁電機中定子組件的結構示意圖。

圖4為本實用新型的第二種多邊勵磁永磁電機中定子組件的結構示意圖。

圖5為本實用新型的第三種多邊勵磁永磁電機中定子組件的結構示意圖。

圖6為本實用新型的第一種多邊勵磁永磁電機中定子組件中繞組的整距波繞組的一種展開圖。

圖7為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中永磁轉子產生的磁場所對應的氣隙磁場分布(實線為不考慮定子槽口影響的氣隙磁場分布；虛線為考慮定子槽口影響的氣隙磁場分布)。

圖8為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中永磁轉子產生的磁場和定子輔助繞組激磁產生的磁場的分布。

圖9為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中電樞繞組導體電勢波形圖(不考慮定子槽口影響)。

圖10為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中電樞繞組導體電勢波形圖(考慮定子槽口影響)。

圖11為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中輔助繞組勵磁脈沖電流波形示意圖。

圖12為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中輔助繞組勵磁脈沖電流的控制電路的結構示意圖。

圖13為本實用新型的多邊勵磁永磁電機中輔助繞組勵磁脈沖電流充放電時刻示意圖。

圖14為現有技術的勵磁永磁電機的示意圖。

圖15為一種能量轉換單元的結構示意圖。

具體實施方式

為了更好地說明本實用新型，以便于理解本實用新型的技術方案，下面結合附 圖和具體實施例，對本實用新型作進一步詳細說明。應理解，下述的實施實例僅用于說明本實用新型，并不代表或限制本實用新型的權利保護范圍，本實用新型的保護范圍以權利要求書為準。

如圖1～3所示，在本實用新型的一個具體實施例中，本實用新型的第一種多邊勵磁永磁電機(如圖1所示)包括轉子組件11(如圖2所示)和定子組件12(如圖3所示)。

轉子組件11包括轉子鐵芯22和多個瓦狀磁體21，瓦狀磁體21沿著轉子鐵芯22的圓周表面均勻分布，并按N極和S極交替排列(即-N-S-N-S-N-S-)，相鄰的N極永磁體13與S極永磁體14之間設有間隙。在間隙處存在N極對應的磁場突變區域15和S極對應的磁場突變區域16。瓦狀磁體21采用徑向磁化永磁體，永磁體材料可以為硬磁性或軟磁性。

定子組件12包括定子鐵芯、定子繞組和轉子位置傳感器。其中，定子鐵芯包括沖片齒部33、沖片軛部34和開口直槽31，定子繞組包括電樞繞組和輔助繞組，分層排列在開口直槽31內的定子繞組導體32(即定子繞組對應導體)包括電樞繞組導體321(即電樞繞組對應導體)和輔助繞組導體322(即輔助繞組對應導體)。轉子位置傳感器在示意圖中未示出，其按照現有永磁電機中的常規設置，用于檢測永磁體磁極的即時位置。

輔助繞組還連接有用于產生具有可控相位和頻率的脈沖電流的控制電路(圖中未示出)，轉子位置傳感器將檢測到的永磁體磁極的即時位置的信號傳輸給控制電路，控制電路輸出信號控制脈沖電流的通斷時刻和/或相位：

當電樞繞組導體321處于相鄰的N極永磁體13與S極永磁體14的間隙區域，向與之相對應的輔助繞組導體322注入可控相位和頻率的脈沖電流，輔助繞組所產生磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，即輔助繞組所產生磁場的大部分對電樞繞組產生影響(在電樞繞組中感應出電勢)。

具體來說，輔助繞組所產生磁場中主磁路為定子齒部-軛部-另一側定子齒部-氣隙-定子齒部，該磁路包圍對應的電樞繞組導體321，而基本不經過氣隙和轉子；而電樞繞組的主磁路為定子齒部-定子軛部-另一側定子齒部-氣隙-轉子軛部-氣隙-定子齒部(或者說是從永磁磁極N極出發，經過氣隙、定子齒部、定子軛部、定子齒部、氣隙、永磁磁極S極、轉子鐵芯，最后回到永磁磁極N極)，電樞繞組的漏磁路為定子齒部-定子軛部-另一側定子齒部-氣隙-定子齒部。

本領域技術人員可以理解，上述具體實施例中定子組件可以為采用各種不同類型的定子組件，從而應對各種不同的應用：比如，可以采取有槽定子和無槽定子，而有槽定子中既可以采取上述實施例中的直槽，也可以采取T型槽等。在圖4至圖5中示出了幾種不同的定子組件的結構作為舉例，以作進一步的說明。

如圖4所示，在本實用新型的另一個具體實施例中，本實用新型的第二種多邊勵磁永磁電機仍然采用有槽定子組件，與第一種多邊勵磁永磁電機的區別僅在于其定子槽為T型槽41。圖4中，與圖3相同的部件采用相同的符號標記。

如圖5所示，在本實用新型的另一個具體實施例中，本實用新型的第三種多邊勵磁永磁電機采用無槽定子組件。其定子組件包括：定子鐵芯、定子繞組和轉子位置傳感器，其中，定子繞組導體固定在定子鐵芯內，包括：相鄰的電樞繞組導體321和輔助繞組導體322；轉子位置傳感器在示意圖中未示出，其按照現有永磁電機中的常規設置，用于檢測永磁體磁極的即時位置。

在圖3～5所示的三種定子組件中，電樞繞組、輔助繞組的聯結，采用波繞組型式。為了對繞組進行詳細的說明，以下以圖3所示的開口直槽的有槽定子組件為例，給出了一種整距波繞組的展開圖，展示其任意層繞組聯結關系特點，如圖6所示。61、62為同層中2相的各相繞組，63、64、65、66為相鄰四個槽中繞組某時刻的電勢方向。圖6是以電樞繞組的繞組方式進行說明，輔助繞組也可以是相同的繞法。

為方便起見，圖6是以2相電機為例，實際上，上述繞組聯結方式同樣適用于3相多相電機。在此不再贅述。

同樣，上述繞組聯結方式也適用于如圖4和圖5所示的T型槽的有槽定子組件的繞組聯結以及無槽定子組件的表面繞組導體聯結。

本領域技術人員可以理解，如圖3和圖4所示的定子組件中，同時設置有電樞繞組導體321和輔助繞組導體322的定子槽，可以是全部定子槽，也可以是部分定子槽。關于部分定子槽的情況是，在部分定子槽中同時設置電樞繞組導體321和輔助繞組導體322，而在其他定子槽中只設置電樞繞組導體321。當然，這樣的設置也適用于其它槽型的有槽定子。

本領域技術人員可以理解，如圖3和圖4所示的定子組件中，除了將輔助繞組導體322和電樞繞組導體321設置在同一個定子槽內，還可以在靠近每個 定子槽(每個定子槽中均設有電樞繞組導體321)的旁邊設置獨立的槽或區域，用于安置輔助繞組導體322。當然，這里的定子槽，可以是所有定子槽，也可以是部分定子槽。關于部分定子槽的情況是：每個定子槽中均設有電樞繞組導體321；同時，對于一部分的定子槽，在靠近每個定子槽的旁邊設置獨立的槽或區域，用于安置輔助繞組導體322；而對于其他定子槽，則不在其旁邊設置獨立的槽或區域。當然，這樣的設置也適用于其它槽型的有槽定子。

本領域技術人員可以理解，如圖5所示的定子組件中，旁邊(相鄰)設置有輔助繞組導體322的電樞繞組導體321，可以是全部的電樞繞組導體321，也可是部分的電樞繞組導體321。具體來說，可以是：(1)對于所有電樞繞組導體，在靠近每個電樞繞組導體321的旁邊(相鄰)設置輔助繞組導體322；或者(2)對于部分電樞繞組導體，在靠近每個電樞繞組導體321的旁邊(相鄰)設置輔助繞組導體322；而對于其他電樞繞組導體，可以不在其旁邊(相鄰)設置輔助繞組導體322。

本領域技術人員可以理解，甚至還可以將電樞繞組導體321和輔助繞組導體322合二為一，例如，上段為電樞繞組導體321，下段為輔助繞組導體322。

實際上，只要電樞繞組和輔助繞組的設置，能夠使得輔助繞組所產生的磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，均是可行的，這樣一來，當電樞繞組導體321經過一個磁極下方(如N極)向另一個相鄰的極下方(S極)過渡的過程中，也即是電樞繞組導體321處于相鄰的N極永磁體13與S極永磁體14的間隙區域時，通過向與該電樞繞組導體321對應的輔助繞組施加電流，并控制導通和關斷時刻以及電流方向，產生輔助勵磁脈沖磁場，由于該輔助勵磁脈沖磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，因此，可增強或削弱電樞繞組磁鏈，從而增強或減小電樞繞組導體的電勢，進而提高電機的瞬時功率或實現弱磁運行。

為了更好地了解本實用新型的多邊勵磁永磁電機的工作原理，以下將對本實用新型的多邊勵磁永磁電機產生的磁場、相應的導體電勢以及電流控制過程進行分析和說明，為方便理解，以下主要以如圖1～3所示的第一種多邊勵磁永磁電機為例：

不考慮定子槽口對磁密的影響的話，上述永磁轉子產生的磁場對應氣隙磁場分布如圖7中實線所示，在永磁體磁極交替區域(磁極對應的氣隙區域)，存 在磁場突變區域；但由于槽口比較大，對磁密分布有明顯的影響，需要考慮定子槽口的影響，則該永磁轉子產生的磁場對應氣隙磁場分布如圖7中虛線所示。

而轉子永磁體產生的磁場和定子輔助繞組激磁產生的磁場的分布則如圖8所示。圖8中，81為電樞(主)繞組導體，82為輔助繞組導體(此處定子繞組導體的設置與圖3略有不同，這里是將輔助繞組導體設置在靠近定子槽旁邊的獨立區域，但與圖3的結構產生的磁路是相同的)，83為輔助繞組激磁產生磁場中主磁路，為定子齒部-軛部-另一側定子齒部-氣隙-定子齒部，該磁路包圍對應的電樞繞組導體81，而基本不經過氣隙和轉子；84為永磁體產生的主磁路，也即是電樞繞組的主磁路，為定子齒部-定子軛部-另一側定子齒部-氣隙-轉子軛部-氣隙-定子齒部(或者說是從永磁磁極N極出發，經過氣隙、定子齒部、定子軛部、定子齒部、氣隙、永磁磁極S極、轉子鐵芯，最后回到永磁磁極N極)，電樞繞組的漏磁路為定子齒部-定子軛部-另一側定子齒部-氣隙-定子齒部。因此，輔助繞組激磁產生磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路。當輔助繞組導體82接近轉子組件中永磁體磁極邊緣附近時(即電樞繞組導體81處于相鄰的N極永磁體與S極永磁體的間隙區域)，對輔助繞組施加脈沖電流，通過輔助繞組的激磁，在永磁體磁極交替區域(磁極對應的氣隙區域)引起磁密增加或減小。

相應地，在不考慮定子槽口對其磁場影響的情況下，永磁電機電樞繞組導體電勢波形如圖9所示，由于在磁極下方磁密比較均勻，因而電勢波形為平頂形狀。而實際上在導體上的磁密分布會受到定子槽口的影響，因此，考慮到定子槽口對磁場的影響的話，永磁電機電樞繞組導體電勢波形如圖10所示，其與圖9有所不同，而是與圖7中虛線所示的磁密波形相對應。進而，當輔助繞組激磁在永磁體磁極交替區域(磁極對應的氣隙區域)引起磁密增加或減小時，永磁電機電樞繞組導體電勢波形也會發生相對應的改變。

向輔助繞組注入的脈沖電流為輔助繞組勵磁脈沖電流，其波形示意圖如圖11所示，電流波形分為三段，t0-t1段為繞組從0開始電流上升段，t1-t2為電流峰值段，可以通過控制維持一個數值或近似平穩，t2-t3為電流下降段，通過施加繞組方向電壓減小電流直至到達零。由于繞組電流可以雙向流通，因此可以根據不同的激磁方向要求進行控制。

上述的輔助繞組勵磁脈沖電流，是通過與輔助繞組相連接的控制電路來實 現的。圖12給出了本實用新型的永磁電機的輔助繞組勵磁電流控制電路(模塊)的一種實現方式，控制電路(模塊)包括小型電流變換器1202，其與某相的輔助繞組1201連接，向該繞組提供可調節的正電壓(電流)和負電壓(電流)，并通過脈寬調制(PWM)控制該輔助繞組的電流波形。

圖13示出了輔助繞組勵磁脈沖電流充放電時刻示意圖。Ea為a相電勢，Eb為b相電勢。對應于圖9、圖10所示的繞組導體電勢波形，T1、T3時刻分別為轉子N磁極和S磁極下繞組導體電勢過零點的時刻。當輔助繞組在T1(T3)時刻的激磁電流達到最大值時，可以增強T1(T3)時刻N(S)極下的磁通。考慮到電流上升速率，輔助繞組需在T1(T3)時刻前提前通電。由此可見，本實用新型中，也可以根據所輸出的繞組導體電勢，來控制向輔助繞組注入脈沖電流的時間，而無需設置轉子位置傳感器。

為了獲得更好的勵磁控制性能，在上述多邊勵磁永磁電機中，還可以對以下要素進行更進一步的設計。

例如，當定子組件為有槽定子時，設置定子槽的數量永磁體磁極的數量的整數倍，優選為2～4倍。比如說轉子40極，定子采用120槽。當定子組件為無槽定子時，分布在定子鐵芯的電樞繞組的導體數量是永磁體磁極的數量的整數倍，優選為2～4倍。

例如，永磁體磁極的數量設置為40個以上。

按照這樣來配合設計轉子極數和繞組分布，可以使得轉子轉過一個極，有多個導體按時序出現由磁脈沖引起的電勢脈沖。槽內導體按相數分配，串聯后形成一個相繞組，該相繞組會在轉子轉過一個極的過程中，產生多個電勢脈沖，并進一步擬合后形成正弦波。

再如，對于相鄰的永磁體磁極N極和S極的間隙寬度的設置：

當定子組件為有槽定子時，定子槽口寬度小于相鄰的永磁體磁極N極和S極的間隙寬度，且大于相鄰的永磁體磁極N極和S極的間隙寬度的1/3。

采取上述設置，能夠最大程度地利用氣隙磁密發生極性突變的區域(也是磁密最小的區域，對應轉子相鄰N-S之間的間隙區域)所產生的磁場能量，當電樞繞組導體處于氣隙磁密發生極性突變的區域，向輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流，輔助繞組產生的磁場中主磁路相當于電樞繞組的漏磁路，可瞬間加強或削弱電樞繞組磁鏈，從而實現定子勵磁提高功率輸出或弱磁效果。

此外，還可通過將上述永磁電機連接能量轉換單元來收集電樞繞組的雜散能量，提升能量轉換效率，從而進一步強化定子勵磁提高功率輸出或弱磁效果。

例如，圖15示出了上述能量轉換單元的一種結構，由一個二極管和與該二極管串聯的高頻電容構成。以下，將結合圖15，對于在發電機運行狀態下發生在磁場突變區域的電樞繞組磁鏈變化過程中能量收集的原理略作說明：

二極管具有單向導通性，二極管導通方向與截止方向相反。而導體運動到氣隙磁密發生極性突變的區域時，導體產生的電勢從一個方向向另一個方向變化。因此，導體產生的電勢方向中一個方向與二極管導通方向一致，另一個方向與二極管截止方向一致。

導體與磁場發生切割磁力線的相對運動并進入一磁極所產生的電勢方向與能量轉換單元中的二極管導通方向一致時，導體產生的能量通過二極管向電容充電，將磁場內運動產生的感應電勢能(在輔助繞組勵磁下的電樞繞組導體電勢)和漏抗對應的磁場能儲存在電容，電容上電壓方向與電勢方向相反，由于導體上有感抗存在，電容上的電流連續變化；

當導體與磁場繼續發生切割磁力線的相對運動并進入另一個磁場極性下(鄰近的另一個永久磁鋼)，導體產生電勢方向發生改變，與二極管截至方向一致，與電容上的電壓極性一致，二極管上電壓(極性與二極管導通方向相反)為電容電壓、磁場在導體中感應的電勢(在輔助繞組勵磁下的電樞繞組導體電勢)及導體漏抗對應的雜散電勢三者疊加，在波形上為一個大大高于導體電勢的脈沖電壓，此時，電容能量、磁場部內運動產生的電勢能、導體對應的磁場能這三種能量通過電容輸出。

因此，通過將永磁電機與能量轉換單元的連接，可以實現對于電樞繞組的能量以及雜散能量的連續收集。

進一步，為了與能量轉換單元連接后獲得連續的脈沖電能，在上述設置中，當定子組件為有槽定子時，電樞繞組由多組串聯連接的線圈組成，同一組線圈在同一個定子槽內的導體布置至少為1層，且每層并排的導體數不超過2，同時，至少一個定子槽內，超過1層(如2層、4層等偶數層)的導體屬于同一組線圈。

本領域技術人員可以理解，上述多邊勵磁永磁電機中，永磁體為永久磁鋼。永久磁鋼可以為硬磁材料磁體、軟磁材料磁體、或者由硬磁材料磁體與軟磁材 料磁體構成的復合磁體。

本領域技術人員可以理解，上述多邊勵磁永磁電機中，轉子位置傳感器可以采用旋轉變壓器或霍爾元件(霍爾位置傳感器)，檢測導體電勢換向過程中磁極位置，準確控制輔助繞組電流脈沖時刻。該傳感器的位置信號用于控制輔助繞組的通電與關斷時刻。

本領域技術人員可以理解，上述多邊勵磁電機的輔助繞組，可以根據對電樞繞組的控制要求被分成若干組，而對于每一組的輔助繞組可以各自進行供電及控制，用于實現不同時刻的通斷。在發電機運行狀態，供電電源可以由發電機輸出繞組經整流后的直流電供電；在電動機運行狀態，供電電源可由電動機供電電源經整流(或專門電池)供電。

上述多邊勵磁電機的輔助繞組，通過與其相連接的控制電路來調節電流，從而控制其脈沖電流幅值。本領域技術人員可以理解，上述脈沖電流具有繞組正反向充電、繞組幅值控制、繞組放電等功能。通過輔助繞組的電流控制，實現定子側勵磁，實現對電樞繞組磁鏈的增強或削弱，以提高輸出瞬時功率或實現弱磁運行。在發電機運行狀態，通過調節輔助繞組的電流，實現輸出穩壓控制(適應負載變化的需要)；在電動機工作方式，通過調節輔助繞組的電流，實現恒轉矩輸出和恒功率輸出。

本領域技術人員可以理解，上述多邊勵磁電機的輔助繞組，其脈沖電流的起始時間和電樞繞組導體與永磁體磁極的相對位置有關。在電樞繞組導體處于轉子永磁體磁極N-S間隙區域，導體反電勢處于換向(電樞繞組反電勢發生突變)期間，向輔助繞組注入可控相位和頻率的脈沖電流，電樞繞組回路發生過渡過程，通過控制該輔助繞組的脈沖相位和頻率，能夠使得電機的電樞繞組的漏電抗(Lr)和匝間電容(Cr)之間形成諧振，通過諧振，不僅將電樞繞組磁鏈能量輸出，也可將漏磁鏈能量、匝間電容能量等雜散電磁能量轉化為輸出電能，從而進一步提高電機功率輸出。

采用本實用新型電機進行激磁，不會增加轉子磁路損耗，增磁或弱磁的效果更優。而且，本實用新型電機弱磁運行時，既不會出現轉子勵磁滑環導致的可靠性問題，也不會對磁鋼產生不良影響，從而保證了電機的可靠運行。而且，本實用新型能夠大幅度提升電機整體功率密度，電機效率顯著提高。

由此可見，本實用新型的目的已經完整并有效的予以實現。本實用新型的 功能及結構原理已在實施例中予以展示和說明，在不背離所述原理下，實施方式可作任意修改。本實用新型包括了基于權利要求精神及權利要求范圍的所有變形實施方式。