CN107204671A - 应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，该转子为凸极结构，且该转子上无励磁装置和无绕组，该转子包括转子铁心、转轴、导磁桥、磁障和弹性伸缩装置，导磁桥、磁障和弹性伸缩装置组成的自动变凸极装置置于转子结构内部，转子铁心上开有供导磁桥沿径向滑动的槽，所述磁障成对设置在该槽两侧，导磁桥通过弹性伸缩装置与转子铁心相连，导磁桥可以随转速变换在其槽内沿径向连续滑动。

Description

应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构

技术领域

本发明涉及一种应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，属于电机设计技术领域。

背景技术

定子永磁型电机的永磁体和电枢绕组均位于定子上，易于采用静态液密封来散热，具有极高的安全性，且具有效率高及高功率密度的特点，因而在工业界展现出巨大应用潜力。然而，定子永磁型电机的永磁励磁难以调节，而电机运行在基速以上时，若想获得更宽的调速范围，必须采取适当的弱磁措施，因此定子永磁型电机在需要弱磁时通常采用增加直轴去磁电流的方式，或者采用混合励磁方式，在电机需要弱磁时用励磁绕组提供去磁电流。这两种方式不仅增加了铜耗，降低了电机效率，还有可能导致永磁体的不可逆退磁，并且混合励磁方案使得电机结构更加复杂。

已有的类似技术只能应用于转子永磁性同步电机，该类电机的共同点是转子上含有永磁体。如哈尔滨工业大学寇宝泉等的发明“能够跟随转速自动弱磁的永磁电机转子”(专利号：CN200610009857.5)，其原理是通过永磁体的运动来实现对永磁体磁路的短路，进而达到弱磁效果，但是其机械调磁装置结构过于复杂，尤其是运动的永磁体存在撞击失磁和破碎的风险，降低了系统可靠性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，通过内置于转子中的变凸极装置调节转子齿的等效高度，进而调节凸极程度，实现电机的机械式自动弱磁和无极调速。同时，要保持电机在恒转矩区时自动变凸极装置不发生作用，在恒功率区时使转子凸极程度随转速的升高而减弱，当转速上升到某个特定值时，转子齿高为零，凸极消失，电机失去转矩输出能力，实现飞车保护功能。

技术方案：为解决上面技术问题，本发明公开了一种应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，该转子为凸极结构，且该转子上无励磁装置和无绕组，该转子包括转子铁心、转轴、导磁桥、磁障和弹性伸缩装置，导磁桥、磁障和弹性伸缩装置组成的自动变凸极装置置于转子结构内部，转子铁心上开有供导磁桥沿径向滑动的槽，所述磁障成对设置在该槽两侧，导磁桥通过弹性伸缩装置与转子铁心相连，导磁桥可以随转速变换在其槽内沿径向连续滑动。

本发明可应用在双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机、磁通反向永磁电机等定子永磁型电机上。

永磁体安装在定子中，转子采用凸极结构。转子内置自动变凸极装置。自动变凸极装置全部内置于转子中，包括磁障、弹性伸缩装置、导磁桥，其中导磁桥可沿径向滑动。转子旋转时，在离心力的作用下，导磁桥将向转子径向外侧滑动，弹性伸缩装置的弹性力提供相应的加速度，该弹性力和导磁桥的离心力相等时，导磁桥将在稳定在某一平衡位置。在恒转矩区，由于磁障对磁场的屏蔽作用，导磁桥发生滑动后转子齿高度变小，但表现在磁路上的转子齿等效高度没有变化，因此不影响转子的凸极程度；转速到达恒功率区后，导磁桥继续滑动，此时，转子齿等效高度减小，凸极程度逐渐减弱，实现了自动弱磁；导磁桥移动到极限位置，即到达转子最外侧，此时转子齿等效高度为零，转子不再是凸极结构，电机失去了产生转矩的条件，转速则不会继续增大，起到了飞车保护的作用。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，本发明通过使用可沿径向连续滑动的离心式自动变凸极装置，可以连续调节转子齿等效高度和凸极程度，实现机械式自动弱磁和无极调速，无需在电枢绕组中施加弱磁电流，提高了电机在恒功率区的效率。

第二，本发明的离心式自动变凸极转子上无永磁体，避免了永磁体运动带来的撞击失磁或破碎风险，提高了电机安全性。

第三，本发明通过将离心式自动变凸极装置全部置于转子中，与外界隔绝，简化了电机结构，提高了可靠性。同时减小了电机体积，相应地提高了功率密度和转矩密度。

第四，本发明的离心式自动变凸极装置可以随电机转速变化自动调节转子凸极程度，实现全自动弱磁。

第五，当电机转速达到某特定值以后，离心式自动变凸极装置将完全消除转子凸极，电机会失去转矩产生条件，从而转速不会再继续增加，达到飞车保护的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的导磁桥在磁障区域内示意图；

图3为本发明的导磁桥脱离磁障区域示意图

图4为本发明的导磁桥移动到转子最外侧示意图；

其中：转子铁心(1)，转轴(2)，导磁桥(3)，磁障(4)，弹性伸缩装置(5)。

具体实施方式

图1所示的本实施例的一种应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，从拓扑结构上分为转子铁心1，转轴2，导磁桥3，磁障4，弹性伸缩装置5。本实施例转子应用于定子永磁型电机中，电枢绕组和永磁体均安装在定子上，转子上既无永磁体又无绕组。该定子永磁型电机可以是双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机、磁通反向永磁电机等类型的定子永磁型电机。

本实施例的导磁桥3、磁障4和弹性伸缩装置5组成的自动变凸极装置置于转子内部，转子铁心1上开有供导磁桥3沿径向滑动的槽和磁障4，导磁桥3通过弹性伸缩装置5与转子铁心1相连，导磁桥3可以随转速变换在其槽内沿径向连续滑动，当转子旋转时，导磁桥3在离心力作用下沿径向向外侧滑动，当弹性伸缩装置5的弹性力和导磁桥3的离心力相等时，导磁桥3稳定在平衡位置，平衡位置随转速的变化而变化。弹性伸缩装置5可以根据实际应用需要来选择，来满足不同的调速范围。

本实施例的导磁桥3和转子铁心1同为导磁材料制成。

在恒转矩区，如图2所示，导磁桥3平衡位置在磁障4区域内，转子齿等效高度和转子凸极程度不发生改变。在此范围内，不影响电机的转矩输出能力。

在恒功率区，如图3所示，导磁桥3平衡位置继续向转子径向外侧滑动，脱离磁障4所在区域，转子齿等效高度减小，转子凸极程度减弱，实现电机在恒功率区的自动弱磁和无极调速。

当转速达到某特定值，如图4所示，导磁桥3移动到转子最外侧，转子不再是凸极结构，此时电机无输出转矩，转速不再升高，起到了飞车保护作用。

Claims (2)

1.应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，其特征在于，该转子为凸极结构，且该转子上无励磁装置和无绕组，该转子包括转子铁心(1)、转轴(2)、导磁桥(3)、磁障(4)和弹性伸缩装置(5)，所述导磁桥(3)、磁障(4)和弹性伸缩装置(5)组成的自动变凸极装置置于转子结构内部，转子铁心(1)上开有供导磁桥(3)沿径向滑动的槽，所述磁障(4)成对设置在该槽两侧，导磁桥(3)通过弹性伸缩装置(5)与转子铁心(1)相连，导磁桥(3)可以随转速变换在其槽内沿径向连续滑动。

2.根据权利要求1所述的应用于定子永磁型电机的离心式自动变凸极转子结构，其特征在于，该定子永磁型电机可以为双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机、磁通反向永磁电机。