CN104767338B - 一种矩角逼近型永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矩角逼近型永磁电机，包括外定子和内转子；所述外定子上放置分布式绕组；所述内转子由多个凸极转子及多个V型转子交替排列组成的，所述凸极转子嵌装永磁材料，所述V型转子内嵌装两个长方体钕铁硼永磁材料构成V型永磁结构，所述凸极转子嵌装的永磁材料存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角，所述凸极转子中存在用作隔磁磁障的空气槽偏移角。本发明调节凸极转子嵌装永磁体偏移角可有效地改变转矩幅值，改变空气槽偏移角度，可改变转矩幅值随定子电流角变化趋势，提高永磁电机的转矩输出能力。

Description

一种矩角逼近型永磁电机
技术领域
本发明涉及电工、电机等技术领域，特指一种矩角逼近型永磁电机。
背景技术
近年来随着全球环境和能源问题的不断加剧，永磁电机由于其高功率密度和高效率已被应用于多个领域。目前常用的转子永磁电机主要有两类：表面贴/嵌装式和内嵌式。内嵌式转子永磁电机，特别是V型转子结构--两块永磁体相对构成V形置于转子内部，由于其独特的结构，其具有高凸极率和低永磁体损耗，特别是适合高速和宽调速的家用电器和电动汽车等行业。
对内嵌式转子永磁电机而言，其转矩一般分为永磁转矩和磁阻转矩两部分，永磁转矩是由永磁体产生的，而磁阻转矩是由于电机dq轴存在差异产生的。理论上而言，永磁转矩和磁阻转矩在不同的电流角度达到各自的最大值，这两电流角存在一定的角度差，因此，永磁电机合成转矩是永磁转矩和磁阻转矩的矢量和，而不是代数和，只有一部分的永磁转矩和磁阻转矩得到了有效的利用。文献“Torque analysis of interior permanent-magnet synchronous motors by considering cross-magnetization：Variation intorque components with permanent-magnet configurations”中(公开发表于2014年IEEE Transactions on Industrial Elecrronics 61卷，7期，3192-3201页)采用冻结磁导率法分析了V型转子结构的永磁转矩、磁阻转矩和由于磁场饱和引起的横向永磁转矩和横向磁阻转矩，验证了永磁转矩和磁阻转矩在达到各自最大值时存在一定的电流角度差。此外，文献“Optimal design of a novel v-type interior permanent magnet motor withassisted barriers for the improvement of torque characteristics”(公开发表于2014年IEEE Transactions on Magnetics 50卷，11期，出版中)详细分析了永磁转矩和磁阻转矩的形成原因，特别是在相邻两极之间增加了辅助的隔磁磁障来调节永磁转矩和磁阻转矩达到最大值的电流角度，通过优化隔磁磁障来实现永磁转矩和磁阻转矩在相同或者相近的电流角同时达到各自的最大值，此时，永磁电机合成转矩是是永磁转矩和磁阻转矩的代数和，可以很好地提高永磁电机的转矩输出能力，还可使永磁体得到更有效充分的利用。
发明内容
本发明的目的是给出一种既能具有提高电机转矩输出能力，又能有效地调节转矩输出范围的永磁电机。基于以上两点要求，本发明提出一种矩角逼近型永磁电机。该新型永磁电机是指该电机既能提高电机转矩的输出能力，又能有效调节转矩输出范围。
本发明采用的技术方案是：
一种矩角逼近型永磁电机，包括外定子和内转子；所述外定子上放置分布式绕组；所述内转子由多个凸极转子及多个V型转子交替排列组成的，所述凸极转子嵌装永磁材料，所述V型转子内嵌装两个长方体钕铁硼永磁材料构成V型永磁结构，所述凸极转子嵌装的永磁材料存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角，所述凸极转子中存在用作隔磁磁障的空气槽偏移角。
进一步，所述凸极转子和所述V型转子均为四个，且每一个所述凸极转子和V型转子所占机械角度均为45°。
进一步，所述凸极转子嵌装的永磁材料为圆弧形，所述永磁材料为钕铁硼材料。
进一步，所述外定子和内转子均为铁芯，采用国内常用的M19_29G材料冲片叠压而成。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明的电机内转子是由凸极转子和V型转子相间排布构成的，电机转子易于加工。
2)本发明的凸极转子嵌装环形永磁材料及V型转子内嵌装长方体永磁材料，永磁材料易于加工和安装。
3)本发明调节凸极转子嵌装永磁体偏移角可有效地改变转矩幅值，改变空气槽偏移角度，可改变转矩幅值随定子电流角变化趋势，提高永磁电机的转矩输出能力。
附图说明
图1是本发明结构简图；
图2是Pruis 2010结构简图；
图3本发明电机转矩幅值随永磁体偏移角变化图；
图4本发明电机转矩在不同空气槽偏移角时随定子电流角变化图；
图5本发明电机与Pruis2010转矩对比图。
图中：1.外定子；2.内转子；3.分布式绕组；4.凸极转子；5.V型转子；6.永磁材料；7.长方体钕铁硼永磁材料；8.永磁体偏移角；9.空气槽偏移角。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如附图1所示，本发明为一种新型永磁电机，所提出的永磁电机采用内转子结构，该电机包括外定子1和内转子2；外定子1和内转子2的铁芯均采用国内常用的M19_29G材料冲片叠压而成。外定子上放置分布式绕组3。内转子2由四个凸极转子4及四个V型转子5交替排列组成的，凸极转子4嵌装圆弧形钕铁硼永磁材料6，V型转子内嵌装两个长方体钕铁硼永磁材料7构成V型永磁结构。凸极转子4嵌装的圆弧形钕铁硼永磁材料6存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角8，凸极转子4中存在用作隔磁磁障的空气槽偏移角9。
附图2所示为Pruis 2010电机模型，包括外定子1和内转子2，外定子上放置分布式绕组3，V型转子内嵌装两个长方体钕铁硼永磁材料7构成V型永磁结构。
相比于Pruis 2010电机，本发明的新型永磁电机的优势在于：一方面，可通过改变永磁体偏移角8来调节转矩幅值，如附图3所示，在不同的永磁体偏移角下(本发明的实施例给出了-4°～4°的永磁体偏移角)，则该电机的输出转矩不断变化，可知改变永磁体偏移角8可改变永磁转矩与磁阻转矩的相对位置，从而有效地调节输出转矩幅值；另一方面，改变空气槽偏移角9可有效地调节转矩随定子电流角度变化，如附图4所示，可知在同一定子电流角下，不同的空气槽偏移角9(本发明的实施例给出了0～90°的空气槽偏移角)，则该新型永磁电机转矩幅值不同(本发明的实施例给出了0～225Nm的电机转矩幅值)，并且随着空气槽偏移角9变化，转矩波形左右移动，选择合适的空气槽偏移角9，可拓宽该电机的恒功率运行区间。
由上得知，本发明凸极转子4嵌装的永磁材料存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角8，通过调节永磁体偏移角8可以有效地调节电机转矩幅值；凸极转子4中存在一个用作隔磁磁障的空气槽偏移角9，通过调节空气槽偏移角度9，可有效地调节电机输出转矩幅值及输出转矩波形变化。
为了充分体现该新型永磁电机的优势，本发明给出了其性能和Pruis 2010电机的比较。附图5给出了在相同的运行条件及电机模型尺寸情况下两种模型的转矩对比，可以看出该电机转矩平均值比Pruis 2010提高了3.3％，更主要的是Pruis 2010转矩脉动为16.4％，而该电机转矩脉动仅为13％，因此该电机相比于Pruis 2010具有更好的性能，是其一种很好的替代。
本发明提出了一种矩角逼近型永磁电机，V型内嵌式永磁结构具有磁极凸起性，能产生磁阻转矩。理论上，永磁转矩和磁阻转矩在不同的电流角度达到各自的最大值，这两者有一定的角度差，因此，电机合成转矩是永磁转矩和磁阻转矩的矢量和，而不是代数和，只有一部分的永磁转矩和磁阻转矩得到了有效的利用。该新型永磁电机凸极嵌装的钕铁硼永磁材料6存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角8，可调节输出转矩幅值，并且凸极转子中存在空气槽偏移角9，实现增大输出转矩幅值。
应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种矩角逼近型永磁电机，其特征在于，包括外定子(1)和内转子(2)；
所述外定子(1)上放置分布式绕组(3)；
所述内转子(2)由多个凸极转子(4)及多个V型转子(5)交替排列组成的，所述凸极转子(4)嵌装永磁材料(6)，所述V型转子(5)内嵌装两个长方体钕铁硼永磁材料(7)构成V型永磁结构，所述凸极转子(4)嵌装的永磁材料(6)存在一定的偏移，形成一个永磁体偏移角(8)，所述凸极转子(4)中存在用作隔磁磁障的空气槽偏移角(9)；改变永磁体偏移角(8)可改变永磁转矩与磁阻转矩的相对位置，从而调节输出转矩幅值；改变空气槽偏移角(9)可调节转矩随定子电流角度变化，拓宽该电机的恒功率运行区间。
2.根据权利要求1所述的一种矩角逼近型永磁电机，其特征在于，所述凸极转子(4)和所述V型转子(5)均为四个，且每一个所述凸极转子(4)和V型转子(5)所占机械角度均为45°。
3.根据权利要求1所述的一种矩角逼近型永磁电机，其特征在于，所述凸极转子(4)嵌装的永磁材料(6)为圆弧形。
4.根据权利要求1或3所述的一种矩角逼近型永磁电机，其特征在于，所述永磁材料(6)为钕铁硼材料。
5.根据权利要求1所述的一种矩角逼近型永磁电机，其特征在于，所述外定子(1)和内转子(2)均为铁芯，采用国内常用的M19_29G材料冲片叠压而成。
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