CN103259352A - 一种磁钢可移动内置式永磁电机结构 - Google Patents

一种磁钢可移动内置式永磁电机结构 Download PDF

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曹冠晖
吴进山
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Abstract

本发明涉及电机，旨在提供一种磁钢可移动内置式永磁电机结构。该磁钢可移动内置式永磁电机结构包括电机定子、电机转子和电机外壳，电机转子包括转子铁心、磁钢、弹性装置和隔磁材料，转子铁心上设有至少两个磁钢槽，磁钢槽的方向与转子铁心径向形成角度，磁钢按N极、S极交替嵌装在各磁钢槽内，磁钢能在磁钢槽内沿磁钢槽方向移动，弹性装置安装在磁钢靠近转子铁心外圆的一端，磁钢靠近转子铁心外圆的末端和弹性装置的两侧安装有隔磁材料，弹性装置和隔磁材料嵌装在磁钢槽内。本发明当电机在启动或低转速时保证电机有足够的转矩，当电机高速运行时能够减弱转子磁场，实现电机弱磁，以抵消反电动势的增长，保证电机有较高的效率。

Description

一种磁钢可移动内置式永磁电机结构
技术领域
本发明是关于一种电机，特别涉及一种磁钢可移动内置式永磁电机结构。
背景技术
国内外分析表明，永磁电机具有转矩密度、功率密度较大的特点，这使得永磁无刷电动机越来越成为电动汽车电驱动系统的最佳选择。一般地，为满足车辆低速时大起动转矩、高速时低转矩的要求，电动车辆驱动系统在高速时，应该具备恒功率运行能力，以保证电机以最小功率定额和体积满足车辆驱动力矩特性，即低速时具备大转矩以产生大加速度，高速时只需要较小转矩以维持车辆高带运行，且确保驱动电机的安全。充分利用电机的扩速能力，最大限度的减小驱动电机的额定功率和体积，是降低造价，节省车辆空间的有效措施。
电机的弱磁扩速是基于这样的一个事实：当电机转速升高，引起定子反电势增加，当反电势高于逆变器端部电压时，由于逆变器电压、电流容量限制，逆变器无法向电机提供电流将能量送入电机，导致了有限的扩速效果，因而，必须在逆变器容量不变的前提下减弱磁场，实现电机弱磁，以抵消反电动势的增长。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能实现弱磁扩速的电机结构。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种磁钢可移动内置式永磁电机结构，包括电机定子、电机转子和电机外壳，电机转子包括转子铁心、磁钢、弹性装置和隔磁材料，转子铁心上设有至少两个磁钢槽，磁钢槽的方向与转子铁心径向形成角度，磁钢按N极、S极交替嵌装在各磁钢槽内，磁钢能在磁钢槽内沿磁钢槽方向移动，弹性装置安装在磁钢靠近转子铁心外圆的一端，磁钢靠近转子铁心外圆的末端和弹性装置的两侧安装有隔磁材料，弹性装置和隔磁材料嵌装在磁钢槽内。
作为进一步的改进，所述弹性装置为弹簧。
作为进一步的改进，所述电机定子包括定子铁心，定子铁心和转子铁心分别为环形硅钢片叠装而成的铁心。
作为进一步的改进，所述隔磁材料是磁导率小于转子铁心的硅钢片磁导率的材料。
作为进一步的改进，所述转子铁心上均匀分布有偶数个磁钢槽。
作为进一步的改进，所述相邻磁钢槽为相对转子铁心径向对称分布的V形或者非V形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用新型的转子结构，当电机在启动或低转速时保证电机有足够的转矩，当电机高速运行时能够减弱转子磁场，实现电机弱磁，以抵消反电动势的增长，保证电机有较高的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中的电机转子示意图。
图3为本发明在启动或低转速时的电机定子和电机转子结构示意图。
图4为本发明在高速运行时的的电机定子和电机转子结构示意图。
图5为本发明的实施例图。
图中的附图标记为：1转子铁心；2磁钢；3弹性装置；4隔磁材料；5N极；6 S极；7电机外壳；8电机接线盒；9电机定子；10电机转子。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1中的磁钢可移动内置式永磁电机结构包括电机定子9、电机转子10和电机外壳7，电机定子9包括定子铁心。如图2所示，电机转子10包括转子铁心1、磁钢2、弹性装置3和隔磁材料4，定子铁心和转子铁心1分别为环形硅钢片叠装而成的铁心，隔磁材料4的磁导率小于转子铁心1的硅钢片的磁导率，弹性装置3为弹簧。转子铁心1上均匀分布有12个磁钢槽，磁钢槽的方向与转子铁心1径向形成角度，且相邻磁钢槽为相对转子铁心1径向对称分布的V形。磁钢2按N极5、S极6交替嵌装在各磁钢槽内，磁钢2能在磁钢槽内沿磁钢槽方向移动。弹性装置3安装在磁钢2靠近转子铁心1外圆的一端，磁钢2靠近转子铁心1外圆的末端和弹性装置3的两侧安装有隔磁材料4，弹性装置3和隔磁材料4嵌装在磁钢槽内。
如图3所示，当电机转子10静止或低速旋转时磁钢2被弹性装置3挤压，紧靠V形槽的底部，此时磁钢2与转子铁心1的接触面积最大，所发散的磁通量也就最大，在电机启动和低速运转时可产生较大的扭矩。
如图4所示，当电机转子10高速旋转，磁钢2受到径向的离心力作用，当磁钢2所受的离心力大于弹性装置3的弹力时，弹性装置3将被压缩，磁钢2会向安装有弹性装置3的一侧移动，直至弹性装置3的弹力与磁钢2所受的离心力达到一个新的平衡为止。此时，磁钢2嵌入隔磁材料4的部分会增大，磁钢2与转子硅钢片直接接触的面积就会减小，从而发散的磁通量也就随之减小，电机转子10磁场减弱，从而实现电机弱磁，以保证永磁电机有较高的功率。
磁钢2的角度和弹性装置3的弹力可根据需要进行计算设定：
如图2所示，磁钢2离心力的计算公式： F = mω2r，如果已知转速n，则ω=2πn，磁钢2压缩弹性装置3的力为F1=F * cosθ，弹簧被压缩后的弹力为F`=k * x，其中K为弹性系数，x为弹簧压缩长度，F为磁钢2所受离心力，F1为磁钢2所受离心力沿磁钢槽方向的分量，F2为磁钢2所受离心力沿垂直于磁钢槽方向的分量，F`为磁钢2压缩后的所产生弹性力，θ为磁钢2倾斜的角度，m为磁钢2的质量，ω为磁钢2旋转时的角速度，r为磁钢2重心到转子圆心的距离，n为磁钢2旋转的线速度。F1与F`方向相反，当两个力大小相等之后，相互抵消，磁钢2受力达到平衡状态。设计时可根据转速要求设计θ角的大小、r的长度，并使用相应k值的弹性装置3，从而达到精确控制。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁钢可移动内置式永磁电机结构，包括电机定子、电机转子和电机外壳，其特征在于，电机转子包括转子铁心、磁钢、弹性装置和隔磁材料，转子铁心上设有至少两个磁钢槽，磁钢槽的方向与转子铁心径向形成角度，磁钢按N极、S极交替嵌装在各磁钢槽内，磁钢能在磁钢槽内沿磁钢槽方向移动，弹性装置安装在磁钢靠近转子铁心外圆的一端，磁钢靠近转子铁心外圆的末端和弹性装置的两侧安装有隔磁材料，弹性装置和隔磁材料嵌装在磁钢槽内。
2.根据权利要求1所述的磁钢可移动内置式永磁电机结构，其特征在于，所述弹性装置为弹簧。
3.根据权利要求1所述的磁钢可移动内置式永磁电机结构，其特征在于，所述电机定子包括定子铁心，定子铁心和转子铁心分别为环形硅钢片叠装而成的铁心。
4.根据权利要求3所述的磁钢可移动内置式永磁电机结构，其特征在于，所述隔磁材料是磁导率小于转子铁心的硅钢片磁导率的材料。
5.根据权利要求1所述的磁钢可移动内置式永磁电机结构，其特征在于，所述转子铁心上均匀分布有偶数个磁钢槽。
6.根据权利要求5所述的磁钢可移动内置式永磁电机结构，其特征在于，所述相邻磁钢槽为相对转子铁心径向对称分布的V形或者非V形。
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