CN101783536A - 内置式永磁同步电动机自动弱磁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明内置式永磁同步电动机自动弱磁方法，是鉴于市场上传统的的永磁同步电动机转子励磁固定、直轴电枢反应电抗小，因而弱磁扩速困难；在永磁同步电动机转子磁路结构中，在交轴方向的磁通隔离层中设置磁通短路块，借助弹簧的自动调节作用；当转子转速较低时，短路块位于低速位置，通过隔离层的极间漏磁较少；当转子转速升高时，短路块受旋转离心力的作用，逐步偏离低速位置，朝转子边缘移动，从而扩展了极间漏磁路径，通过隔离层的漏磁通将增大，而主磁通将减小，这样就在电机本体实现了自动弱磁扩速的目的，并可达到较大的调速范围。本发明可适用于极数不定的切向或径向磁路结构的永磁电机。

Description

内置式永磁同步电动机自动弱磁方法
技术领域
本发明属于电磁装置技术领域，主要涉及永磁同步电动机的转子磁路。
背景技术
在现代运动控制系统中，永磁同步电动机以其突出的优势而倍受人们的青睐。永磁同步电动机的主要优点是高效节能，结构简单、灵活。但是，永磁同步电动机也有主极磁通不能直接调节的缺点。在交流调速系统中，当转速升高到一定范围时，需要采用恒功率的运行方式，这要求减小励磁磁通，以弱磁方式运行。通常解决的办法是增大直轴电枢电流，利用电机固有的电枢反应来削弱主极磁通，可是这样会使铜耗增加，效率降低。另外，在电动车等应用场合，由于电源容量有一定的限制，在基速以上采用弱磁运行以扩展速度范围的方案本身就难以实现。因此，必须寻求新的解决方法。
如何扩展永磁同步电动机高速恒功率运行范围，同时又不降低低速转矩，这是永磁同步电动机设计和应用的关键。截至目前，国内外学者和工程技术人员在这方面所做的工作主要体现为以下四点：一是利用永磁同步电动机中特有的交叉耦合效应的去磁作用，提高电动机在高速区内的功率容量，但交叉耦合效应可以是增磁的也可以是去磁的，视转子结构而定；二是利用转子结构的灵活性，在转子内设置性能不同的磁介质，增大直轴电抗和电枢反应，但这种措施有效范围较小；三是采用双转子结构，其制造成本增大，扩速范围仍然有限；四是从控制系统入手，采用电流矢量控制算法实现基速之上的恒功率运行，并进行电流解耦控制和电压指令补偿，这种方案扩速范围较大，但要受到逆变器容量的限制。
总而言之，现有技术受到永磁电机主磁极磁场不能调节的传统思想的束缚。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，直接从转子磁路结构入手，提出一种适用于内置式永磁同步电动机的自动弱磁方法。
内置式永磁同步电动机由转子铁心冲片、永久磁钢、磁通隔离层、笼型起动绕组和转子转轴等所构成；永磁同步电动机常见的转子磁路结构有切向磁路(图1)和径向磁路(图2)；转子磁路是完全对称的，切向磁路结构每极磁通由两块磁钢提供，可产生较大的气隙磁密，并具有较大的磁阻转矩；径向磁路结构极间漏磁较少，可采用导磁转轴，转子零件较少，工艺较简单。本发明可适用于这两种常见的转子磁路结构。
本发明的基本原理为：对于磁钢内置式的永磁同步电动机，可以对传统的切向或径向磁路进行结构改造，即在交轴方向的磁通隔离层中设置导磁性能较好且形状适当的可移动铁块(称为磁通短路块)，该铁块系于一固定的弹簧上，弹簧则挂在转子铁心的内壁上。当转子转速较低时，磁通短路块位于低速位置，通过磁通隔离层的极间漏磁较少；当转子转速升高时，磁通短路块受旋转离心力的作用，逐步偏离低速位置，朝转子边缘移动，这样就扩展了极间漏磁路径，通过磁通隔离层的漏磁通将增大，而主磁通将减小，从而在电机本体就可实现自动弱磁扩速的目的，并简化控制系统，降低电枢电流，提高系统效率。
附图说明
图1是切向磁路结构示意图；
图2是径向磁路结构示意图。
图中标号：
1、转子铁心2、弹簧3、磁通短路块4、滑槽5、磁钢
6、转轴7、转子导条8、隔磁衬套9、隔磁块
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
具体实施方式一：对于图1所示的四极切向磁路结构的永磁同步电动机转子，转子铁心1由0.5mm厚的硅钢片叠压而成，其外圆周内侧冲有均匀分布的半开口槽或闭口槽。四个主极磁钢5对称内置于转子铁心1中，磁钢5的磁化方向沿切向，两个相邻磁钢一起提供每极磁通。在转子铁心1的外圆周内侧沿直轴方向设置若干个转子导条7，转子导条7位于转子槽中，并和端环一起构成笼型起动绕组。在转子铁心1的外圆周内侧沿交轴方向设置四个滑槽4，滑槽4中放置弹簧2和磁通短路块3，磁通短路块3系于固定的弹簧2上，弹簧2则挂在转子铁心1的内壁上。磁通短路块3选用导磁性能好且大小适当的可移动矩形铁块，当转子静止或转速很低时磁通短路块3位于滑槽4的底部(低速位置，图中虚线所示)，并与相应磁钢的侧面相接触。每个滑槽4的底部外侧均对称设置两个隔磁块9，其大小和形状可以选择，一般为小矩形。设置隔磁块9的目的是为了保证转子低速时磁通隔离层的隔磁作用。另外，转轴6的外缘包有隔磁衬套8。
具体实施方式二：对于图2所示的四极径向磁路结构的永磁同步电动机转子，转子铁心1由0.5mm厚的硅钢片叠压而成，其外圆周内侧冲有均匀分布的半开口槽或闭口槽。四个主极磁钢5对称内置于转子铁心1中，磁钢5的磁化方向沿径向，每个磁钢单独提供每极磁通。在转子铁心1的外圆周内侧沿直轴方向设置若干个转子导条7，转子导条7位于转子槽中，并和端环一起构成笼型起动绕组。在转子铁心1的外圆周内侧沿交轴方向设置四个滑槽4，滑槽4中放置弹簧2和磁通短路块3，磁通短路块3系于固定的弹簧2上，弹簧2则挂在转子铁心1的内壁上。磁通短路块3选用导磁性能好且大小适当的可移动矩形铁块，当转子静止或转速很低时短路块3位于滑槽4的下部(低速位置，图中虚线所示)，并与相邻磁钢的两侧面相接触。转轴6的外缘可不设置隔磁衬套。

Claims (4)

1.一种内置式永磁同步电动机自动弱磁方法，其特征在于：切向的、径向的转子磁路结构，其中有若干个主极磁钢和磁通隔离层，磁通隔离层内设有弹簧和磁通短路块，所述的磁通短路块是可以移动的，当转子转速升高时，磁通短路块朝转子边缘移动，通过磁通隔离层的漏磁将增加，而主极磁通将减小。
2.根据权利要求1所述的自动弱磁方法，其特征在于：所述的磁通短路块系于固定的弹簧上，弹簧则挂在转子铁心的内壁上。
3.根据权利要求1所述的自动弱磁方法，其特征在于：所述的磁通隔离层既可用于切向磁路结构，又可用于径向磁路结构；对于切向磁路结构，需要在磁通隔离层下端外侧加装对称的隔磁块。
4.根据权利要求2所述的自动弱磁方法，其特征在于；弹簧和磁通短路块放置在沿交轴方向设置的滑槽中移动。
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