CN105896860B - 永磁同步电机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机转子，包括转子本体，转子本体中心为中空的隔磁环，转子本体具有偶数N个对称设置的径向永磁体，转子本体内部沿径向均布有偶数N个切向的滑槽，滑槽位于相邻的两个径向永磁体之间，滑槽的末端靠近隔磁环，滑槽内安装有磁场屏蔽块，磁场屏蔽块能够沿着滑槽自由的滑动，滑槽的末端与磁场屏蔽块通过弹簧连接。随着电机转速的增大，磁场屏蔽块的离心作用拉动弹簧，磁场屏蔽块慢慢移动至永磁体之间的间隙中，增大了漏磁通，降低了有效励磁磁通。转速降低时，磁场屏蔽块离心力减弱，弹簧带动磁场屏蔽块向远离永磁体块的位置移动，降低了漏磁通，相应增大了有效励磁磁通。这种励磁磁通随转速变化的规律满足了电机调速的需要通。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机转子。
背景技术
永磁同步电机是同步电机的一种，其励磁磁场由永磁体产生，消除了励磁损耗，具有高功率密度、高效率和调速范围宽等优点，广泛应用于高性能伺 服和运动控制领域。
与电励磁同步电动机不同，永磁同步电动机由永磁体产生励磁磁场，因而磁场强度一般恒定不变。根据永磁同步电动机基本电磁关系，电动机旋转反电势随转速增大而增大，当电动机高速运行时旋转反电势接近电源供电电压，电流调节器饱和，电机转矩输出性能急剧恶化，限制了电动机转速进一步提高。
永磁同步电动机弱磁控制技术可以解决以上问题，即随着电机转速增大，控制电机气隙磁场强度相应降低，从而降低旋转反电势增大的速度。因而在电源电压不变的情况下提高了电机最高运行速。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种永磁同步电机转子，通过转子的转速自行调节转子励磁磁场的大小。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁同步电机转子，包括转子本体，转子本体，转子本体中心为中空的隔磁环，转子本体具有偶数N个对称设置的径向永磁体，所述的转子本体内部沿径向均布有偶数N个切向的滑槽，所述的滑槽位于相邻的两个径向永磁体之间，滑槽的末端靠近中轴，滑槽的首端的高度大于径向永磁体的高度，滑槽内安装有磁场屏蔽块，磁场屏蔽块能够沿着滑槽自由的滑动，滑槽的末端与磁场屏蔽块通过弹簧连接。
所述磁场屏蔽块的长度L大于永磁体的厚度H。
所述径向永磁体的的横截面形状为平板型或者弧形。
所述的偶数N大于或者等于4。
所述磁场屏蔽块的制备工艺:以Fe2O3， MnO， ZnO 为基本原料，加入Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间大约为8小时， 转速约为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，第一次预烧时间为30分钟，温度500℃，加入少量Cr2O3和SiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，接着第七次预烧时间为30分钟，在50%Ar+20% CO2+30%CO，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1550-1620℃，之后快速冷却至常温。
本发明能够根据转子的转速自动调节磁场屏蔽块，通过磁场屏蔽块的位置变化来改变磁通路径，达到随转速增大自动降低永磁磁通的目的，从而在电源电压不变的前提下提高了电机的最高运行速度；对于同一台电机，在低速时，有效励磁磁场强，保证了低速时的转矩输出能力；高速时，有效励磁磁场减弱，提高了永磁同步电机的最高运行速度，并且本发明的磁场屏蔽块通过自身的离心作用改变励磁大小，使得转子不会产生偏摆现象。
附图说明
图1是转子静止时的结构示意图。
图2为转子快速旋转时的结构图。
图中：1、转子本体，2、隔磁环，3、永磁体，4、滑槽，5、磁场屏蔽块，6、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种永磁同步电机转子，包括转子本体1，包括转子本体1，转子本体1中心为中空的隔磁环2，转子本体1具有偶数N个对称设置的径向永磁体3，所述的转子本体内部沿径向均布有偶数N个切向的滑槽4，所述的滑槽4位于相邻的两个径向永磁体3之间，滑槽4的末端靠近隔磁环，滑槽4的首端的高度大于径向永磁体的高度，即表示磁场屏蔽块能够伸缩的地方可达到大于径向永磁体高度的地方，这里的高度指的是与转子本体1中心为中空的隔磁环2的距离，即滑槽4的长度大于径向永磁体与隔磁环2的距离。
滑槽内4安装有磁场屏蔽块5，磁场屏蔽块5能够沿着滑槽4自由的滑动，滑槽的末端与磁场屏蔽块通过弹簧6连接，在静止时，弹簧如图1所示。
所述磁场屏蔽块的长度L大于永磁体的厚度H，使得大概转子在最高速度的时候磁场屏蔽块能够完全遮挡永磁体。
所述径向永磁体的的横截面形状为平板型或者弧形。
所述的偶数N大于或者等于4,可以是4、6、8、10或者12等。
随着电机转速增大，电机励磁强度相应降低；电机转速降低，励磁强度相应增大。本结构通过提高电机最高运行速度，控制高速时电枢反电势的过度增大。随着电机转速的增大，磁场屏蔽块的离心作用拉动弹簧，磁场屏蔽块慢慢移动至永磁体之间的间隙中，增大了漏磁通，从而降低了有效励磁磁通。转速降低时， 磁场屏蔽块离心力减弱，弹簧带动磁场屏蔽块向远离永磁体块2的位置移动，降低了漏磁通，相应增大了有效励磁磁通。这种励磁磁通随转速变化的规律满足了电机调速的需要。
本发明能够根据转子的转速自动调节磁场屏蔽块，通过磁场屏蔽块的位置变化来改变磁通路径，达到随转速增大自动降低永磁磁通的目的，从而在电源电压不变的前提下提高了电机的最高运行速度；对于同一台电机，在低速时，有效励磁磁场强，保证了低速时的转矩输出能力；高速时，有效励磁磁场减弱，提高了永磁同步电机的最高运行速度，并且本发明对称安装的磁场屏蔽块起到了离心的效果，使得转子不会产生偏摆现象。为了磁场屏蔽块能够有更好的屏蔽效果，就需要更高的磁导率，所述磁场屏蔽块的制备工艺:以Fe2O3， MnO， ZnO 为基本原料，加入Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间大约为8小时， 转速约为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，温度500℃，时间为30分钟，然后加入少量Cr2O3和SiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，接着第七次预烧时间为30分钟，在50%Ar+20% CO2+30%CO气氛下，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1550-1620℃，之后快速冷却至常温，除了第一次以及第七次预烧外，其余的预烧均在正常环境中预烧。
其高磁导率的材料具有很好的磁导率，特别是通过七次不同温度的预烧之后大大增强了材料的磁导率，文中mol%指的是摩尔比。
实施例1：
将48mol Fe2O3， 24 mol MnO， 23mol ZnO 、2mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3mol Cr2O3和0.5 molSiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，在50%Ar+20% CO2+30%CO气氛下，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1550℃。
实施例2：将50mol Fe2O3， 25 mol MnO， 22mol ZnO 、2mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3mol Cr2O3和0.5 molSiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，在50%Ar+20% CO2+30%CO气氛下，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为1620℃。
实施例3：将52mol Fe2O3， 23 mol MnO， 26mol ZnO 、3mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3mol Cr2O3和0.5 molSiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，在50%Ar+20% CO2+30%CO气氛下，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为1580℃。
对比例1：将48mol Fe2O3， 24 mol MnO， 23mol ZnO 、2mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟，从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1600℃。
对比例2：原料 Fe2O3： MnO： ZnO：Ni2O3：Cr2O3=49:21:23:5:2 mol%，
将49mol Fe2O3， 21 mol MnO， 23mol ZnO 、5mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧时间为30分钟，温度500℃，负压0. 02MPa，然后加入2mol Cr2O3并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1600℃。
对比例3：将48mol Fe2O3， 24 mol MnO， 23mol ZnO 、2mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3molCr2O3并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1550℃。
对比例4：将50mol Fe2O3， 25 mol MnO， 22mol ZnO 、2mol Ni2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时， 转速为220转/分钟， 从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3mol Cr2O3并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225 转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0. 05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0. 05MPa，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的环形样品进行烧结，烧结温度为 1550℃。
得到如下效果，磁导率：
实施例1 10430
实施例2 8950
实施例3 9020
对比例1 7200
对比例2 6762
对比例3 5960
对比例4 6582
通过实验看出，由于独特的配比，以及七次预烧的特殊工艺以及压强、燃烧气氛环境的变化，使得其实施例1-3具有很高的磁导率，比对比例1-4的实施例，其磁导率有着很大的提高。其超高的磁导率使得屏蔽效果更好，转子高速时，有效励磁磁场将至最低，提高了永磁同步电机的最高运行速度。
永磁体块的制备工艺如下： Nd2Fe14B和Sm2Co17，在65%N2+35%Ar气氛下,温度610-660℃，再在50%Ar+50%CO气氛下降温至400-430℃，保温2-3h，得预烧料，
加入少量Cr2O3 和SrCO3，然后加水搅拌制成质量浓度为55-65%的悬浮液，然后加入相当于悬浮液，1wt%的双酚A环氧树脂、1wt%的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，5000-6000rpm高速球磨20-35min，然后喷雾干燥成颗粒状粉体，
将上述步骤得到的粉料加入到成型模具中，加入相当于粉料7-11wt%的25%聚乙烯亚胺水溶液，搅拌均匀，在1.5-2.0GPa的压力成型，
将成型的磁芯毛坯进行二次烧结处理：首先在75%N2+15%CO2气氛下升温至980-1100℃， 保温2-4h,再降温至500-550℃，保温1-2h，之后快速冷却至常温。
具体实施例1
50mol Nd2Fe14B、40mol Sm2Co17，在65%N2+35%Ar气氛下,温度610-660℃，再在50%Ar+50%CO气氛下降温至400-430℃，保温2-3h，得预烧料，
加入2mol Cr2O3 和1mol SrCO3，然后加水搅拌制成质量浓度为55%的悬浮液，然后加入相当于悬浮液，1wt%的双酚A环氧树脂、1wt%的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，5000-6000rpm高速球磨20-35min，然后喷雾干燥成颗粒状粉体，
将上述步骤得到的粉料加入到成型模具中，加入相当于粉料7-11wt%的25%聚乙烯亚胺水溶液，搅拌均匀，在1.5-2.0GPa的压力成型，
将成型的磁芯毛坯进行二次烧结处理：首先在75%N2+15%CO2气氛下升温至980-℃， 保温2h,再降温至500-550℃，保温1-2h，之后快速冷却至常温。测试得到本实施例的剩磁为13100GS，电阻率1980μΩ·cm。
具体实施例2
55mol Nd2Fe14B、40mol Sm2Co17，在65%N2+35%Ar气氛下,温度610-660℃，再在50%Ar+50%CO气氛下降温至400-430℃，保温2-3h，得预烧料，
加入3mol Cr2O3 和1mol SrCO3，然后加水搅拌制成质量浓度为65%的悬浮液，然后加入相当于悬浮液，1wt%的双酚A环氧树脂、1wt%的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，5000-6000rpm高速球磨20-35min，然后喷雾干燥成颗粒状粉体，
将上述步骤得到的粉料加入到成型模具中，加入相当于粉料7-11wt%的25%聚乙烯亚胺水溶液，搅拌均匀，在1.5-2.0GPa的压力成型，
将成型的磁芯毛坯进行二次烧结处理：首先在75%N2+15%CO2气氛下升温至980-1100℃， 保温2-4h,再降温至500-550℃，保温1-2h，之后快速冷却至常温。
对比实施例1
55mol Nd2Fe14B、40mol Sm2Co17，温度610-660℃，再在50%Ar+50%CO气氛下降温至400-430℃，保温2-3h，得预烧料，
然后加水搅拌制成质量浓度为65%的悬浮液，然后加入相当于悬浮液，1wt%的双酚A环氧树脂、1wt%的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，5000-6000rpm高速球磨20-35min，然后喷雾干燥成颗粒状粉体，
将上述步骤得到的粉料加入到成型模具中，加入相当于粉料7-11wt%的25%聚乙烯亚胺水溶液，搅拌均匀，在1.5-2.0GPa的压力成型，
将成型的磁芯毛坯进行二次烧结处理：首先在75%N2+15%CO2气氛下升温至980-1100℃， 保温2-4h,再降温至500-550℃，保温1-2h，之后快速冷却至常温。测试得到本实施例的剩磁为9100GS，电阻率130μΩ·cm。
对比实施例2
55mol Nd2Fe14B、40mol Sm2Co17，在65%N2+35%Ar气氛下,温度610-660℃，再在50%Ar+50%CO气氛下降温至400-430℃，保温2-3h，得预烧料，
加入2mol Cr2O3，然后加水搅拌制成质量浓度为65%的悬浮液，然后加入相当于悬浮液，1wt%的双酚A环氧树脂、1wt%的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，5000-6000rpm高速球磨20-35min，然后喷雾干燥成颗粒状粉体，
将上述步骤得到的粉料加入到成型模具中，加入相当于粉料7-11wt%的25%聚乙烯亚胺水溶液，搅拌均匀，在1.5-2.0GPa的压力成型，
将成型的磁芯毛坯进行二次烧结处理：温度温至980-1100℃， 保温2-4h，之后快速冷却至常温。测试得到本实施例的剩磁为8200GS，电阻率140μΩ·cm。
可见实施例的制作工艺的永磁体具有很好的剩磁效果和较高的电阻率。
Claims (4)
1.一种永磁同步电机转子，其特征在于，包括转子本体，转子本体中心为中空的隔磁环，转子本体具有偶数N个对称设置的径向永磁体，所述的转子本体内部沿径向均布有偶数N个切向的滑槽，所述的滑槽位于相邻的两个径向永磁体之间，滑槽的末端靠近隔磁环，滑槽内安装有磁场屏蔽块，磁场屏蔽块能够沿着滑槽自由的滑动，滑槽的末端与磁场屏蔽块通过弹簧连接；所述磁场屏蔽块的制备工艺：将48molFe2O3，24molMnO，23molZnO、2molNi2O3，放到球磨罐中进行第一次球磨，球磨时间为8小时，转速为220转/分钟，从球磨罐中取出溶液后放到烘箱中烘干，烘干后的粉体进行预烧，第一次预烧，在65%CO2+35%Ar气氛下，时间为30分钟，温度500℃，然后加入3molCr2O3和0.5molSiC并接着进行二次球磨，球磨时间为6小时，转速为225转/分钟，取出后烘干，第二次预烧时间为60分钟，温度大约800℃，负压0.05MPa，第三次预烧时间为50分钟，温度1000℃，0.05MPa，第四次预烧时间为30分钟，温度1200℃，第五次预烧时间为50分钟，温度800℃，然后第六次预烧时间为30分钟，温度1200℃，压力为0.09MPA，接着第七次预烧，在50%Ar+20%CO2+30%CO气氛下，时间为30分钟，温度700℃，然后加入10%PVA进行造粒后压制成型最后将压制成型的样品进行烧结，烧结温度为1550℃。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子，其特征在于，所述磁场屏蔽块的长度L大于永磁体的厚度H，滑槽的首端的高度大于径向永磁体的高度。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子，其特征在于，所述径向永磁体的的横截面形状为平板型或者弧形。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子，其特征在于，所述的偶数N大于或者等于4。
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