CN105449969A - 自动调节磁场的永磁电机的转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机领域，特别是一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构。所述的自动调节磁场的永磁电机的转子结构包括用于永磁电机的转子部件，用于配合转子部件的定子部件以及用于连接转子部件的弹性部件，转子部件在弹性部件的作用下，当弹性部件处于自然状态时，转子部件之间彼此错开角度可以为θ0机械角度，并可以通过调节弹性部件调节初始角度。合成磁场ψ随着负载转矩T的减小而减小，从而满足了电动汽车、飞轮储能等轻载时需要弱磁升速的特殊要求。

Description

自动调节磁场的永磁电机的转子结构
技术领域
本发明涉及一种电机领域，特别是一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构。
背景技术
现有的永磁电机采用永磁体励磁，相比电励磁同步电机，具有结构简单，效率高等优点，应用非常广泛，但由于无法调节转子磁场，因此在宽转速范围应用场合，往往有其局限性。
目前的解决方案有以下两种：1.通过定子去磁电流来调节磁场，这显然会增加定子的铜损耗，进而降低了效率，消弱了永磁电机高效率的优势；2.采用混合励磁方案，即转子除了永磁体外，增加一套励磁绕组，用于调节磁场，该方案增加了系统的复杂性，同样消弱了永磁电机结构简单的优势。
发明内容
本发明提出了一种新型的永磁电机转子结构，可以自动调节磁场。该发明的转子分两段，错开一定角度，并通过弹簧连接，错开角度与负载转矩自动成反比，从而可以根据负载的大小自动调节两段转子的相对角度。当电机重载的时候，角度变小，合成磁场变大，电机输出转矩能力增加，当电机轻载的时候，角度变大，合成磁场变小，电机的反电势系数降低，电机的最高转速提高，达到了自动弱磁升速的效果，因此非常适合于电动汽车、飞轮储能等领域。在复杂情况下，转子还可以分成三段或者三段以上。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：其结构特点是：包含以下结构：用于永磁电机的转子部件，所述转子部件分为依次排列的若干段；用于连接转子部件各段的弹性部件；用于配合转子部件的定子部件；所述转子部件或定子部件为永磁体。
作为优选，当所述弹性部件处于自然状态时，转子部件各段之间错开一定角度，通过调节弹性部件调节初始角度。
作为优选，所述转子部件之间彼此错开角度为θ0机械角度，假设单段转子的磁场为ψ0/2，极对数是p，负载转矩为T，则永磁转子之间的夹角为θ＝θ0-T/2/k(T≦2kθ0)，其中连接弹簧承受的转矩为T/2，则合成磁场ψ＝ψ0cos[p(θ0-T/2/k)]。
作为优选，所述转子部件分为2段。
分为2段的设计，更加能够控制磁场的自动调节。
作为优选，所述转子部件之间彼此错开角度为θ0,θ0根据所需转速拓展范围确定，比如最高转速与额定转速之比为kn,则θ0＝arccos(1/kn)/p,例如kn＝2,p＝2,则θ0＝arccos(0.5)/2＝30°。
作为优选，所述转子部件分为3段或3段以上。
作为优选，所述弹性部件为弹簧。
作为优选，所述转子部件采用相同极对数p的永磁转子。
作为优选，还设置有转子固定部件，所述转子固定部件用于固定所述转子部件的位置。
作为优选，所述转子固定部件为贯穿所述转子部件的直轴。
本发明包括两段相同极对数p的永磁转子、一个刚度为k连接弹簧，其特点是：两段永磁转子通过弹簧连接在一起，当自然状态时，两段永磁转子的磁极由于弹簧的作用，彼此错开θ0机械角度，初始角度可以通过弹簧来调节。假设单段转子的磁场为ψ0/2，负载转矩为T，则连接弹簧承受的转矩为T/2，于是转子之间的夹角为θ＝θ0-T/2/k(T≦2kθ0)，则合成磁场ψ＝ψ0cos[p(θ0-T/2/k)]，从而达到了合成磁场ψ随着负载转矩T的减小而减小。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：1.在没有增加定子的铜损耗并且没有增加系统的复杂性的前提先，实现了磁场的自动调节，尤其在电动汽车、飞轮储能等领域，具有重大的意义。2.转子分段并且通过弹性部件连接的巧妙设计，结构合理，易于实现。3.结构简单，效率高，拓宽了电机的转速运行范围，能够适合更多领域的需求使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明的永磁转子之间的夹角示意图。
标号说明：1.定子部件；2.转子部件；3.弹簧；4.永磁转子之间的夹角；5.直轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，具有以下结构：一种用于永磁电机的转子部件2，转子部件2为永磁材料制成，转子部件2分为两段。转子部件2的两段用弹簧3连接，转子部件2在弹簧3的作用下，当弹簧3处于自然状态时，错开一定角度θ0，并可以通过调节弹簧3调节初始角度θ0。转子部件2外是围绕其设置的定子部件1，转子部件2由贯穿在其中的直轴5固定，在旋转时与直轴5同轴。
转子部件2两段之间彼此错开角度可以为θ0机械角度，假设单段转子的磁场为ψ0/2，负载转矩为T，则永磁转子部件2两段之间的夹角为θ＝θ0-T/2/k(T≦2kθ0)，其中连接弹簧3承受的转矩为T/2，则合成磁场ψ＝ψ0cos[p(θ0-T/2/k)]。弹性部件还可采用弹片、扭簧等。转子部件2各段具有相同的极对数p。其中，θ0根据所需转速拓展范围确定，比如最高转速与额定转速之比为kn，则θ0＝arccos(1/kn)/p，例如kn＝2，p＝2，则θ0＝arccos(0.5)/2＝30°。
需要指出的是，在特殊情况下，转子部件2也可以包含3段或3段以上的永磁转子。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：包含以下结构：用于永磁电机的转子部件，所述转子部件分为依次排列的若干段；用于连接转子部件各段的弹性部件；用于配合转子部件的定子部件；所述转子部件或定子部件为永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：当所述弹性部件处于自然状态时，转子部件各段之间错开一定角度，通过调节弹性部件调节初始角度。
3.根据权利要求2所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子部件之间彼此错开角度为θ0机械角度，极对数为p，假设单段转子的磁场为ψ0/2，负载转矩为T，则永磁转子之间的夹角为θ＝θ0-T/2/k(T≦2kθ0)，其中连接弹簧承受的转矩为T/2，则合成磁场ψ＝ψ0cos[p(θ0-T/2/k)]。
4.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子部件分为2段。
5.根据权利要求2所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子部件之间彼此错开角度为θ0，θ0根据所需转速拓展范围确定，当最高转速与额定转速之比为kn，则θ0＝arccos(1/kn)/p。
6.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子部件分为3段或3段以上。
7.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述弹性部件为弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子部件采用相同极对数p的永磁转子。
9.根据权利要求1所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：设置有转子固定部件，所述转子固定部件用于固定所述转子部件的位置。
10.根据权利要求9所述的一种自动调节磁场的永磁电机的转子结构，其特征是：所述转子固定部件为贯穿所述转子部件的直轴。
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