CN106026584B - 永磁同步电动机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电动机转子，包括转子本体，转子本体设置有多个对称的永磁体块，相邻的永磁体块之间具有滑槽，转子本体的两侧为弹簧固定板和连杆固定板，相邻的永磁体块之间还具有离心装置，离心装置包括磁场屏蔽块、离心块、第一连杆和第二连杆，磁场屏蔽块设置在滑槽中，离心块在滑槽的上空，离心块的一端通过连杆与连杆固定板铰接，离心块的另一端通过第二连杆与磁场屏蔽块铰接，磁场屏蔽块靠近弹簧固定板的一端通过弹簧与弹簧固定板连接。本发明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，通过离心块的上移，带动连杆使得磁场屏蔽块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，弹簧拉动磁场屏蔽块向远离永磁体块的位置移动，降低漏磁通，增大了有效励磁磁通。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电动机转子。
背景技术
永磁同步电动机是同步电动机的一种，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动机转子，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：一种永磁同步电动机转子，包括转子本体，所述的转子本体内设置有多个对称的永磁体块，相邻的永磁体块之间具有滑槽，转子本体的两侧为弹簧固定板和连杆固定板，
相邻的永磁体块之间还具有离心装置，所述的离心装置包括磁场屏蔽块、离心块、第一连杆和第二连杆，
所述的磁场屏蔽块设置在滑槽中，使得磁场屏蔽块能够沿着滑槽滑动，所述的离心块在滑槽的上空，离心块的一端通过第一连杆与连杆固定板铰接，离心块的另一端通过第二连杆与磁场屏蔽块铰接，
磁场屏蔽块靠近弹簧固定板的一端通过弹簧与弹簧固定板连接。
所述的弹簧固定板和连杆固定板为塑料板。
所述的弹簧固定板和连杆固定板为陶瓷板。
所述磁场屏蔽块为高磁导率的材料。
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℃。
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，通过离心块的上移，带动连杆使得磁场屏蔽块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，离心块的离心力降低，弹簧拉动磁场屏蔽块向远离转子的位置移动，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，并且本发明的离心机构在转子的外周向，对称的离心结构使得转子不会产生偏振现象，并且所述的离心块在滑槽的上空，离心块的一端通过第一连杆与连杆固定板铰接，离心块的另一端通过第二连接与磁场屏蔽块铰接这种结构使得磁场屏蔽块的滑动效果更好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是图1的俯视图。
图中：1、永磁体块，2、弹簧固定板，3、连杆固定板，4、离心块，5、磁场屏蔽块，6、第一连杆，7、第二连杆，8、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种永磁同步电动机转子，包括转子本体，所述的转子本体设置有多个对称的永磁体块1相邻的永磁体块1间均有滑槽，转子本体的两侧为弹簧固定板2和连杆固定板3，
相邻的永磁体块之间还具有离心装置，所述的离心装置包括磁场屏蔽块5、离心块4、第一连杆6和第二连杆7，
所述的磁场屏蔽块设置在滑槽中，使得磁场屏蔽块能够沿着滑槽滑动，所述的离心块4在滑槽的上空，离心块4的一端通过第一连杆6与连杆固定板3铰接，离心块4的另一端通过第二连杆7与磁场屏蔽块5铰接，
磁场屏蔽块靠近弹簧固定板的一端通过弹簧与弹簧固定板连接。
所述的弹簧固定板和连杆固定板为塑料板。
所述的弹簧固定板和连杆固定板为陶瓷板。
所述磁场屏蔽块为高磁导率的材料。
永磁体块为四个，同样的可以为六个、八个、十个。
对应的同样也有四个、六个、八个、十个离心装置。
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，通过离心块的上移，带动连杆使得磁场屏蔽块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，弹簧拉动磁场屏蔽块向远离转子的位置移动，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，并且本发明的离心机构在转子的外周向，对称的离心结构使得转子不会产生偏振现象。并且所述的离心块在滑槽的上空，离心块的一端通过第一连杆与连杆固定板铰接，离心块的另一端通过第二连接与磁场屏蔽块铰接这种结构使得磁场屏蔽块的滑动效果更好，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℃，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，。
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1550℃。
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1550℃。
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 1550℃。
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：
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)
1.一种永磁同步电动机转子，其特征在于，包括转子本体，所述的转子本体设置有多个对称的永磁体块，相邻的永磁体块之间具有滑槽，转子本体的两侧为弹簧固定板和连杆固定板，
相邻的永磁体块之间还具有离心装置，所述的离心装置包括磁场屏蔽块、离心块、第一连杆和第二连杆，
所述的磁场屏蔽块设置在滑槽中，使得磁场屏蔽块能够沿着滑槽滑动，所述的离心块在滑槽的上空，离心块的一端通过第一连杆与连杆固定板铰接，离心块的另一端通过第二连杆与磁场屏蔽块铰接，
磁场屏蔽块靠近弹簧固定板的一端通过弹簧与弹簧固定板连接。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机转子，其特征在于，所述的弹簧固定板和连杆固定板为塑料板。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机转子，其特征在于，所述的弹簧固定板和连杆固定板为陶瓷板。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机转子，其特征在于，所述磁场屏蔽块为高磁导率的材料。
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