CN104935111A - 一种机械调磁式的旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种机械调磁式的旋转电机。其包括转子铁芯，转轴，可移动导磁轭、机械电磁阀调磁装置；转子铁芯内嵌设前凸极和后凸极；可移动导磁轭位于转轴与前凸极、后凸极之间，机械电磁阀调磁装置连接可移动导磁轭并控制可移动导磁轭沿着转轴轴向移动。本发明通过机械电磁阀调磁装置控制可移动导磁轭沿转轴轴向移动，从而实现永磁磁通新增漏磁路径的通断，进而间接地控制了电机气隙有效磁通，使得电机具有很大的调磁能力，实现更高转速的运行，避免了传统永磁电机进行弱磁扩速时需要通过很大的直轴去磁电流，因而保证了电机具有较高的效率和功率因数，且永磁磁钢无退磁风险，提高了电机的可靠性。

Description

一种机械调磁式的旋转电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种机械调磁式的旋转电机。
背景技术
永磁电机以其高效率、高功率密度、高功率因数等优势在电动汽车驱动系统中得到了广泛的应用。新能源汽车驱动电机，在低速时，需要低速大扭矩输出；在高速时需要保持恒功率，低速大扭矩可以满足整车的启动，例如加速、爬坡。高速恒功率需要能够满足整车的最高车速要求，以及在高速时的超车。
永磁电机的磁场难以调节，尽管可以通过弱磁进行永磁磁场的调节，但是弱磁一方面仍然不足以支撑电动汽车所需求的大转速运行范围，并且定子电流直轴分量的存在，使得定子绕组的铜损大大增加，降低了永磁电机的效率。另一方面，在弱磁扩速的过程中，不可避免的出现永磁磁钢或多或少的退磁，降低了永磁电机的可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种机械调磁式的旋转电机。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种机械调磁式的旋转电机，包括机壳，定子铁芯，转子铁芯，转轴，所述定子铁芯固定于机壳上；其特征在于：还包括可移动导磁轭、机械电磁阀调磁装置；所述转子铁芯内嵌设前凸极和后凸极；所述可移动导磁轭位于所述转轴与前凸极、后凸极之间，所述机械电磁阀调磁装置连接所述可移动导磁轭并控制可移动导磁轭沿着转轴轴向移动。
优选地，所述机械电磁阀调磁装置由第一电磁阀定子绕线、第二电磁阀定子绕线、阀芯、拨叉连杆以及拨叉旋转支点组成；所述拨叉旋转支点与所述拨叉连杆连接，所述拨叉连杆一端连接至所述阀芯上，另一端连接可移动导磁轭，所述拨叉连杆与所述阀芯连接的一端位于所述第一电磁阀定子绕线和第二电磁阀定子绕线之间。
优选地，所述转轴一端通过第一轴承固定于第一轴承端盖上；另一端通过第二轴承固定于第二轴承端盖上；第一轴承端盖与第二轴承端盖固定在机壳上，所述机械电磁阀调磁装置通过电磁阀定子支撑板固定在第二轴承端盖上。
优选地，所述拨叉连杆通过拨叉旋转支点固定于电磁阀定子支撑板上。
优选地，所述前凸极与后凸极之间设有环状支撑板；所述前凸极、环状支撑板、后凸极通过连接销钉固定于转轴上。
优选地，所述环状支撑板由不导磁材料制成。
优选地，所述转子铁芯内装有切向式永磁磁钢。
优选地，所述转子铁芯沿着圆周方向设有多个燕尾槽，所述前凸极和后凸极嵌设于所述燕尾槽内。
优选地，所述定子铁芯与转子铁芯之间的气隙为第一气隙，可移动导磁轭与前凸极、后凸极之间的气隙为第二气隙，第二气隙的径向长度为Δ2，所述Δ2的大小根据实际需要弱磁的程度进行调整。
优选地，所述所述可移动导磁轭移动到左端极限位置时与转轴轴肩之间的气隙为第三气隙，第三气隙的纵向长度为Δ3，所述为Δ3的大小可根据实际需要弱磁的程度进行调整。
本发明的有益效果为：本发明通过机械电磁阀调磁装置控制可移动导磁轭沿转轴轴向左右移动，从而实现永磁磁通漏磁路径的通断，进而间接地控制了电机气隙的有效磁通。在低速时，永磁电机的永磁磁通全部发挥作用，充分提供大转矩所需的磁通，此时，可移动导磁轭控制的永磁漏磁路径处于关闭状态；在高速的时候，通过机械电磁阀调磁装置使得漏磁路径开启，这样部分永磁磁通通过可移动导磁轭形成闭合回路，该部分永磁磁通不再参与转矩的传递，属于无效磁通。也就实现了永磁磁场的调节，使得电机具有很大的弱磁能力，从而具有很高的弱磁扩速能力，避免了传统永磁电机需要通过很大的直轴去磁电流进行弱磁扩速，保证了电机的高效率和高功率因数，且永磁磁钢无退磁风险，提高了电机的可靠性。
附图说明
图1所示为本发明的旋转电机漏磁路径关闭时的结构剖面示意图；
图2所示为本发明的旋转电机漏磁路径开启时的结构剖面示意图；
图3所示为本发明的旋转电机转子剖面示意图；
图4所示为本发明前凸极及后凸极结构示意图。
图中：1、转轴；2-1、第一轴承；2-2、第二轴承；3-1、第一轴承端盖；3-2、第二轴承端盖；4、机壳；5、定子绕组；6、定子铁芯；7、转子铁芯；8、永磁磁钢；9-1、前凸极；9-2、后凸极；10、环状支撑板；11、连接销钉；12、可移动导磁轭；13-1、第一电磁阀定子绕线；13-2、第二电磁阀定子绕线；14、阀芯；15、拨叉连杆；16、电磁阀定子支撑板；17、拨叉旋转支点；18、燕尾槽；Δ1、第一气隙的径向长度；Δ2、第二气隙的径向长度；Δ3、第三气隙的纵向长度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1至4所示，本发明实施例所述的一种机械调磁式的旋转电机，包括机壳4，定子铁芯6，转子铁芯7，转轴1、可移动导磁轭12、机械电磁阀调磁装置；所述定子铁芯6固定于机壳4上；所述转子铁芯7内嵌设前凸极9-1和后凸极9-2；所述可移动导磁轭12位于所述转轴1与前凸极9-1、后凸极9-2之间，所述机械电磁阀调磁装置连接所述可移动导磁轭12并控制可移动导磁轭12沿着转轴1轴向移动。
所述转轴1一端通过第一轴承2-1固定于第一轴承端盖3-1上；另一端通过第二轴承2-2固定于第二轴承端盖3-2上；第一轴承端盖3-1与第二轴承端盖3-2固定在机壳4上。
所述定子铁芯6上缠绕定子绕组5；所述转子铁芯7内装有永磁磁钢8，所述永磁磁钢8为切向式设置。所述转子铁芯7沿着圆周方向设有多个燕尾槽18，所述前凸极9-1和后凸极9-2嵌设于所述燕尾槽18内。所述定子铁芯6与转子铁芯7之间的气隙为工作主气隙，也称为第一气隙，第一气隙的径向长度为Δ1，单位为mm，Δ1的大小在工作的过程中一般不专门调整。第一气隙的气隙磁导为式中，μ0为真空气隙磁导率，μ0＝4π×10-7H/m,SΔ1为每极气隙有效面积，Dsi为电机定子铁芯内径，P电机极对数，Lef为电机定子铁芯有效长度。
所述前凸极9-1与后凸极9-2之间设有环状支撑板10，所述环状支撑板10由不导磁材料制成；所述前凸极9-1、环状支撑板10、后凸极9-2通过连接销钉11固定于转轴1上。所述前凸极9-1于后凸极9-2组成双凸极结构，替代传统电机中的工字钢结构，以起到支撑转子的作用，并具有转子减重的效果。所述可移动导磁轭12与前凸极9-1、后凸极9-2之间的气隙称为第二气隙，第二气隙的径向长度为Δ2，前凸极9-1与移动导磁轭12之间的气隙磁导为该磁导ΛΔ2与第一气隙磁导ΛΔ1相并联，具体分流磁通的大小(也即实际需要的弱磁程度)与其气隙磁导有关，调整其磁导的变化就可以实现不同程度的弱磁。也即调整Δ2的大小可以相应的调整气隙磁通的大小，进而实现弱磁。这里设前凸极9-1的内径为D，轴向长度为L，则SΔ2＝πD(L-Δ3)，所述可移动导磁轭12移动到左端极限位置时与转轴1轴肩之间的气隙为第三气隙；第三气隙的纵向长度为Δ3，可见，调整Δ3的大小也可以调整实际需要的弱磁程度。实际需要弱磁程度通过调整Δ2和Δ3中任选一种来实现。
所述机械电磁阀调磁装置通过电磁阀定子支撑板16固定在第二轴承端盖3-2上，所述机械电磁阀调磁装置是由第一电磁阀定子绕线13-1、第二电磁阀定子绕线13-2、阀芯14、拨叉连杆15、拨叉旋转支点17组成的小型电磁开关。所述拨叉连杆15一端连接至所述阀芯14上，另一端连接可移动导磁轭12，并通过拨叉旋转支点17固定于定子支撑板16上；所述拨叉连杆15与所述阀芯14连接的一端位于所述第一电磁阀定子绕线13-1和第二电磁阀定子绕线13-2之间。
本发明所述电机的工作原理：
当收到需要弱磁的信号时，第二电磁阀定子绕线13-2通电吸合，使得拨叉连杆15推动可移动导磁轭12向左移动到合适位置，此时漏磁磁路闭合，当收到不需要弱磁的信号时，第一电磁阀定子绕线13-1通电，反向将可移动导磁轭12拉回，然后断电。
所述可移动导磁轭12由所述机械电磁阀调磁装置控制在所述转轴1与前凸极9-1、环状支撑板10、后凸极9-2围成的腔室内移动；所述可移动导磁轭12与转轴1、前凸极9-1、后凸极9-2之间都保持气隙，不接触，所以可移动导磁轭12移动所需的作用力很小，只需要给第一电磁阀定子绕线13-1或第二电磁阀定子绕线13-2提供很小的电流即可。当所述可移动导磁轭12由机械电磁阀调磁装置控制完全移动到前凸极9-1、后凸极9-2、环状支撑板10以及转轴1之间时，此时永磁漏磁磁路闭合，漏磁磁通路径为：从永磁磁钢8的N极出发，经转子铁芯7、前凸极9-1、第二气隙Δ2、可移动导磁轭12、第二气隙Δ2、后凸极9-2、转子铁芯7、到达永磁磁钢8的S极，形成闭合回路。
在低速时，为满足爬坡等所需的大转矩，永磁电机的永磁磁通全部发挥作用，充分提供大转矩所需的磁通，此时，可移动导磁轭12控制的永磁漏磁路径关闭；在高速的时候，通过机械电磁阀调磁装置，使得部分永磁磁通通过可移动导磁轭12形成闭合回路，该部分永磁磁通不再参与转矩的传递，属于无效磁通。进而实现永磁磁场的调节；这样在不施加弱磁电流的情况下，实现了弱磁，由于没有直轴电流分量通过磁钢，一方面避免了磁钢退磁的风险，另一方面，降低了电机绕组的铜损耗，有助于提高电机的效率。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明充分利用了传统转子支撑部位工字钢的空间，在采用前凸极9-1与后凸极9-2提供支撑固定永磁转子作用的同时，由机械电磁阀调磁装置控制可移动导磁轭12沿转轴1左右移动，控制永磁漏磁磁路的通断，从而调整永磁电机的有效气隙磁通，使得电机具有很大的调磁能力，进而实现很高的弱磁扩速能力，同时避免了永磁电机需要通过很大的直轴去磁电流进行弱磁，保证了电机的高效率和高功率因数，且永磁磁钢8无退磁风险，提高了电机的可靠性。非常适合电动汽车驱动、数控车床主轴电机等要求低速大转矩和高转速运行范围的场合。不需要额外的定子直轴电流，提高了电机的效率和调速范围，且磁钢毫无退磁风险。
应当说明的是，上述位置关系，左右，左右，上下等仅是为了便于描述结构特征，上述结构与位置关系并不局限于本文所定义；显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种机械调磁式的旋转电机，包括机壳，定子铁芯，转子铁芯，转轴，所述定子铁芯固定于机壳上；其特征在于：还包括可移动导磁轭、机械电磁阀调磁装置；所述转子铁芯内嵌设前凸极和后凸极；所述可移动导磁轭位于所述转轴与前凸极、后凸极之间，所述机械电磁阀调磁装置连接所述可移动导磁轭并控制可移动导磁轭沿着转轴轴向移动。
2.根据权利要求1所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述机械电磁阀调磁装置由第一电磁阀定子绕线、第二电磁阀定子绕线、阀芯、拨叉连杆以及拨叉旋转支点组成；所述拨叉旋转支点与所述拨叉连杆连接，所述拨叉连杆一端连接至所述阀芯上，另一端连接可移动导磁轭，所述拨叉连杆与所述阀芯连接的一端位于所述第一电磁阀定子绕线和第二电磁阀定子绕线之间。
3.根据权利要求2所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述转轴一端通过第一轴承固定于第一轴承端盖上；另一端通过第二轴承固定于第二轴承端盖上；第一轴承端盖与第二轴承端盖固定在机壳上，所述机械电磁阀调磁装置通过电磁阀定子支撑板固定在第二轴承端盖上。
4.根据权利要求3所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述拨叉连杆通过拨叉旋转支点固定于电磁阀定子支撑板上。
5.根据权利要求1所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述前凸极与后凸极之间设有环状支撑板；所述前凸极、环状支撑板、后凸极通过连接销钉固定于转轴上。
6.根据权利要求5所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述环状支撑板由不导磁材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述转子铁芯内装有切向式永磁磁钢。
8.根据权利要求1或者7所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述转子铁芯沿着圆周方向设有多个燕尾槽，所述前凸极和后凸极嵌设于所述燕尾槽内。
9.根据权利要求1所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述定子铁芯与转子铁芯之间的气隙为第一气隙，可移动导磁轭与前凸极、后凸极之间的气隙为第二气隙，第二气隙的径向长度为Δ2，所述Δ2的大小根据实际需要弱磁的程度进行调整。
10.根据权利要求1所述的一种机械调磁式的旋转电机，其特征在于：所述所述可移动导磁轭移动到左端极限位置时与转轴轴肩之间的气隙为第三气隙，第三气隙的纵向长度为Δ3，所述为Δ3的大小可根据实际需要弱磁的程度进行调整。
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