CN105119404A - 具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子 - Google Patents

Abstract

具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，属于电机转子技术领域。本发明是为了解决现有采用增加直轴电流的方式对电机进行弱磁扩速，存在弱磁范围小，且功率密度低的问题。它包括转轴、隔磁套转子内环、转子铁芯、2P块永磁体、2P个弹簧、P块滑铁和两个弹簧固定压板，P为电机极数；隔磁套转子内环套接在转轴上，转子铁芯套接在隔磁套转子内环上，隔磁套转子内环的外圆表面上沿轴向开有P个矩形截面槽，每个矩形截面槽内设置一块滑铁，每块滑铁连接两个弹簧，弹簧通过弹簧固定压板固定；转子铁芯上沿轴向开有P对斜槽，每个斜槽内放置一块永磁体。本发明作为一种永磁同步电机。

Description

具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子

技术领域

本发明涉及具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，属于电机转子技术领域。

背景技术

永磁体产生的励磁磁动势无法调节，当电机反电势值与极限电压相当时，为了继续提高电机转速，需要对直轴电流i_d和交轴电流i_q进行调节，以增加电机的直轴去磁分量，减小交轴的转矩分量，此方式维持了电压平衡，实现了“弱磁”效果。由于电机电流有一定的极限，在增加直轴电流的同时要保证电枢电流不超过极限值，需要相应的降低交轴分量，所以一般是通过直轴电流去磁的方式实现弱磁扩速的目的，而一般永磁电机的弱磁范围狭小，功率密度低。

发明内容

本发明目的是为了解决现有采用增加直轴电流的方式对电机进行弱磁扩速，存在弱磁范围小，且功率密度低的问题，提供了一种具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子。

本发明所述具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，它包括转轴、隔磁套转子内环、转子铁芯、2P块永磁体、2P个弹簧、P块滑铁和两个弹簧固定压板，P为电机极数；

隔磁套转子内环套接在转轴上，转子铁芯套接在隔磁套转子内环上，

隔磁套转子内环的外圆表面上沿轴向开有P个矩形截面槽，该P个矩形截面槽沿隔磁套转子内环的外圆周方向均匀排布；每个矩形截面槽内设置一块滑铁，并且每块滑铁与相应的矩形截面槽槽底之间形成下气隙，每块滑铁与转子铁芯的内圆表面之间形成上气隙，每块滑铁的两端伸出隔磁套转子内环，并且每块滑铁的两伸出端外侧表面分别连接一个弹簧的一端，位于隔磁套转子内环一侧端面的所有弹簧的另一端固定于弹簧固定压板的内侧表面上，所述弹簧固定压板与转子铁芯的相应端面连接；

转子铁芯上沿轴向开有P对斜槽，P对斜槽沿转子铁芯的圆周方向均匀分布，每对斜槽以相应矩形截面槽过圆心的中心线为对称轴对称设置，每对斜槽的外侧端远距离相对，内侧端近距离相对，每对斜槽的内端对应一个矩形截面槽的槽口；每个斜槽内放置一块永磁体。

每个弹簧固定压板由外圆环和沿外圆环一侧端面向内圆延伸的底圆环组成，所述外圆环的内侧表面用于固定相应弹簧的另一端，底圆环位于相应弹簧与转子铁芯的端面之间，并固定于转子铁芯的端面上。

所述转子铁芯由硅钢片沿轴向叠压形成。

本发明的优点：本发明从电机的本体结构上解决了高速区现有弱磁范围狭小的问题，它由一对斜槽内设置的一对永磁体排列成一对V字形转子磁极，多对转子磁极均匀的分布在转子铁芯的圆周上，并且V字形转子磁极夹角的顶点近转子中心。

本发明在不导磁的隔磁套转子内环上开矩形截面槽，将导磁的滑铁穿过矩形截面槽后两端与弹簧连接，在电机高速运行时，径向离心力使滑铁压缩弹簧靠近永磁体，减小了滑铁上气隙的空间，降低了磁阻，达到了滑铁从永磁体磁路分磁的条件。电机在基速以上运行时，旨在通过导磁的滑铁将永磁体产生的磁通部分分离出来，使这部分磁通不经过定、转子之间的气隙后链过电机绕组构成主磁路，而是以永磁铁及贴近永磁体的滑铁构成漏磁路，这部分磁通在电机的实际运行中不发挥作用，相当于从根本上减弱了永磁体实际输出的有效磁通量，起到了弱磁的作用。

附图说明

图1是本发明所述具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子的端面结构示意图；

图2是本发明所述具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子去掉弹簧与弹簧固定压板的端面结构示意图；

图3是本发明转子结构的局部放大图；

图4是本发明转子结构的轴向剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，它包括转轴1、隔磁套转子内环2、转子铁芯3、2P块永磁体4、2P个弹簧5、P块滑铁6和两个弹簧固定压板7，P为电机极数；

隔磁套转子内环2套接在转轴1上，转子铁芯3套接在隔磁套转子内环2上，

隔磁套转子内环2的外圆表面上沿轴向开有P个矩形截面槽，该P个矩形截面槽沿隔磁套转子内环2的外圆周方向均匀排布；每个矩形截面槽内设置一块滑铁6，并且每块滑铁6与相应的矩形截面槽槽底之间形成下气隙，每块滑铁6与转子铁芯3的内圆表面之间形成上气隙，每块滑铁6的两端伸出隔磁套转子内环2，并且每块滑铁6的两伸出端外侧表面分别连接一个弹簧5的一端，位于隔磁套转子内环2一侧端面的所有弹簧5的另一端固定于弹簧固定压板7的内侧表面上，所述弹簧固定压板7与转子铁芯3的相应端面连接；

转子铁芯3上沿轴向开有P对斜槽，P对斜槽沿转子铁芯3的圆周方向均匀分布，每对斜槽以相应矩形截面槽过圆心的中心线为对称轴对称设置，每对斜槽的外侧端远距离相对，内侧端近距离相对，每对斜槽的内端对应一个矩形截面槽的槽口；每个斜槽内放置一块永磁体4。

当电机高速旋转时，旋转产生的离心力使滑铁6压缩弹簧5，产生径向位移，滑铁6的移动实现了对永磁体4产生的磁路分磁。

图3所示，滑铁的作用在于对永磁体磁路分磁，磁通经过V字形永磁体顶角之间一半的距离，因此，滑铁的厚度h要大于b/2，b为一对永磁体4相对的最小距离，这里选择1～1.2倍的b/2，为保证滑铁与永磁体磁路闭合，w值同样需满足1～1.2倍的b/2，w为永磁体4底端与矩形截面槽相应侧壁的垂直距离；在所述条件下，在滑铁零位位置，即处于原始位置时，滑铁上气隙的厚度g是电机主气隙的3倍以上，如此在不需要弱磁工况下，保证滑铁不分磁。图中c为一对永磁体4相对的底端距离，k为滑铁零位位置时，滑铁下气隙的厚度。

具体实施方式二：下面结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，每个弹簧固定压板7由外圆环和沿外圆环一侧端面向内圆延伸的底圆环组成，所述外圆环的内侧表面用于固定相应弹簧5的另一端，底圆环位于相应弹簧5与转子铁芯3的端面之间，并固定于转子铁芯3的端面上。

具体实施方式三：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，所述转子铁芯3由硅钢片沿轴向叠压形成。

本发明的工作原理：

由背景技术的介绍可知，永磁同步电机的励磁磁动势无法调节，一般来讲是采用控制手段通过增加去磁电流来实现弱磁扩速，本发明提出一种从结构上实现直接弱化永磁体磁势的方案，通过构建分磁磁路，实现在需要弱磁的工况下，使永磁体和滑铁构成部分磁回路，这部分磁通不经过电机主气隙，因此不参与实际的工作运行，直接降低了永磁体磁势，替代了去磁电流的功效。

当电机以一定的转速旋转时，一般针对滑铁与永磁体及弹簧，存在三种作用力，即：滑铁离心力F_c，滑铁与永磁体之间磁吸力F_m，以及滑铁与弹簧之间的作用力F_f，三种力同时作用，在不同转速下使滑铁沿上气隙靠近永磁体，上气隙被压缩后磁阻变小，能够分离部分永磁体磁通。实际工作中三力平衡满足：

F_c+F_m＝F_f，

其中， $F_c=m\frac{v^2}{r+\mathrm{\Δ}r},$

式中，m为滑铁质量，v为转子转速，r为电机不工作状态下滑铁的几何中心到转子中心的半径，△r为转子旋转时滑铁径向移动的距离，△r小于上气隙长度g。

F_f＝k△r，

式中k为弹簧的弹性系数。

永磁体对滑铁吸力公式：

$F_m=\frac{\∂W}{\∂r}\stackrel{\→}{r},$

式中W为滑铁上气隙磁场能量。

当电机转速在基速以下时的工况属于恒转矩区，不需要进行弱磁，但滑铁存在离心力，因此在设计中要证所述三种作用力在此工作区中，上气隙依旧足够大，使滑铁不能够对永磁体进行分磁，即g-△r的值依旧要大于电机主气隙长度，以此保证上气隙磁阻大于主气隙磁阻，磁通不通过滑铁，滑铁不分磁。

当电机转速在基速以上时，由于电机反电势达到了电机极限电压，此时再提速就需要弱化永磁体产生的磁通量，由滑铁离心力F_c的计算公式得出滑铁离心力与转速平方成正比，转速的提升导致离心力增加，压缩弹簧，使△r值变大，即g-△r变小，上气隙长度缩短，磁阻变小，此时永磁体部分磁通会从N极发出，链过滑铁，返回S极，构成一个完整的漏磁路，导致这部分磁通不参与电机运行，实现了对永磁体的弱磁功能。

Claims (3)

1.一种具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，其特征在于，它包括转轴(1)、隔磁套转子内环(2)、转子铁芯(3)、2P块永磁体(4)、2P个弹簧(5)、P块滑铁(6)和两个弹簧固定压板(7)，P为电机极数；

隔磁套转子内环(2)套接在转轴(1)上，转子铁芯(3)套接在隔磁套转子内环(2)上，

隔磁套转子内环(2)的外圆表面上沿轴向开有P个矩形截面槽，该P个矩形截面槽沿隔磁套转子内环(2)的外圆周方向均匀排布；每个矩形截面槽内设置一块滑铁(6)，并且每块滑铁(6)与相应的矩形截面槽槽底之间形成下气隙，每块滑铁(6)与转子铁芯(3)的内圆表面之间形成上气隙，每块滑铁(6)的两端伸出隔磁套转子内环(2)，并且每块滑铁(6)的两伸出端外侧表面分别连接一个弹簧(5)的一端，位于隔磁套转子内环(2)一侧端面的所有弹簧(5)的另一端固定于弹簧固定压板(7)的内侧表面上，所述弹簧固定压板(7)与转子铁芯(3)的相应端面连接；

转子铁芯(3)上沿轴向开有P对斜槽，P对斜槽沿转子铁芯(3)的圆周方向均匀分布，每对斜槽以相应矩形截面槽过圆心的中心线为对称轴对称设置，每对斜槽的外侧端远距离相对，内侧端近距离相对，每对斜槽的内端对应一个矩形截面槽的槽口；每个斜槽内放置一块永磁体(4)。

2.根据权利要求1所述的具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，其特征在于，每个弹簧固定压板(7)由外圆环和沿外圆环一侧端面向内圆延伸的底圆环组成，所述外圆环的内侧表面用于固定相应弹簧(5)的另一端，底圆环位于相应弹簧(5)与转子铁芯(3)的端面之间，并固定于转子铁芯(3)的端面上。

3.根据权利要求1或2所述的具有弱磁功能的内置式永磁同步电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(3)由硅钢片沿轴向叠压形成。