CN109274186A - 永磁同步电机的转子及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机的转子及永磁同步电机，所述转子包括：转子铁芯和永磁体，所述永磁体沿转子铁芯的轴向方向固定插设于所述转子铁芯；所述转子铁芯具有沿所述轴向、且至少贯穿所述转子铁芯一端的通槽；所述通槽内设有由导磁材料制成的滑块，所述滑块与所述永磁体相对设置，且能够在所述通槽内运动，以改变所述滑块与所述永磁体之间的间距。当滑块与永磁体之间的间距发生变化时，能够在总体上改变转子所产生的磁通量大小，从而调整永磁同步电机的电磁转矩，改变转子的输出动力。因而无需设置电机控制器以控制三相绕组中电流的大小，不会使永磁同步电机的整体结构和控制方式变得复杂。

Description

永磁同步电机的转子及永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机的转子及永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机通常包括转子和套设在转子外的定子，转子内设有永磁体，定子内设有三相绕组。当转子旋转产生旋转磁场时，定子中的三相绕组在旋转磁场的作用下产生三相电流，此时，转子动能转化为电能，永磁同步电机作为发电机使用。当对定子中的三相绕组通电时，通电后的三相绕组能够产生旋转磁场，转子在旋转磁场的作用下发生旋转，此时，电能转化为转子动能，永磁同步电机作为电动机使用。

当永磁同步电机作为电动机使用时，转子通常固定连接输入轴，以驱动输入轴旋转输出动力。但是输入轴所需的旋转动力根据不同情形，通常会发生变化；此时，则需要调整永磁同步电机，使转子能够获得不同大小的转矩。现有技术中，通过控制三相绕组中的电流大小，以改变转子的输出转矩。此种方式通常需要设置电机控制器，电机控制器根据转子所需的转矩大小控制三相绕组中的电流大小，使得电机整体结构、控制方式均变得复杂。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的永磁同步电机在作为电动机使用时，电机整体结构、控制方式均较为复杂。

为解决上述问题，本发明提供一种永磁同步电机的转子，包括：转子铁芯和永磁体，所述永磁体沿转子铁芯的轴向方向固定插设于所述转子铁芯；所述转子铁芯具有沿所述轴向、且至少贯穿所述转子铁芯一端的通槽；所述通槽内设有由导磁材料制成的滑块，所述滑块与所述永磁体相对设置，且能够在所述通槽内运动，以改变所述滑块与所述永磁体之间的间距。

可选的，所述滑块与所述永磁体沿所述转子铁芯的径向方向相对设置，所述滑块沿所述径向方向位置可调。

可选的，所述永磁体为多个，多个永磁体沿周向均匀的插设于所述转子铁芯；所述滑块为多个，沿所述周向均匀分布，且与所述永磁体一一对应设置。

可选的，所述通槽为多个，沿所述周向均匀分布，且一个所述通槽内设有一个所述滑块。

可选的，所述滑块沿周向卡设于所述通槽的内壁。

可选的，所述通槽与对应的所述永磁体之间的距离在0.8mm-2.0mm之间。

可选的，所述通槽固定设置于所述永磁体的径向内侧。

可选的，所述通槽贯穿所述转子铁芯的轴向两端。

可选的，至少所述滑块的轴向一端伸出所述通槽。

为解决上述技术问题，本技术方案还提供一种永磁同步电机，包括定子，所述定子包括定子铁芯和固定设置于定子铁芯的三相绕组，还包括以上所述的转子，所述定子套设在所述转子的外围。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的永磁同步电机的转子，通过在转子铁芯上设置通槽和滑块，使滑块能够在通槽内运动，以改变滑块与永磁体之间的间距。当滑块与永磁体之间的间距变小时，能够在总体上增加转子所产生的磁通量，提高永磁同步电机的电磁转矩，输出较大的动力；当滑块与永磁体之间的间距变大时，能够在总体上减小转子所产生的磁通量，降低永磁同步电机的电磁转矩，输出较小的动力。在输出较小的动力的情况下，实现弱磁条件下提高电机的最高转速。因而无需设置电机控制器以控制三相绕组中电流的大小，不会使永磁同步电机的整体结构和控制方式变得复杂。

附图说明

图1是本发明永磁同步电机沿轴向方向上的结构示意图；

图2是图1所示永磁同步电机的转子的立体结构图；

图3是图2所示转子沿轴向方向上的结构示意图；

图4是图3所示A区域的放大图；

图5是图1所示转子中滑块在不同位置时所测得的转子磁通量示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，一种永磁同步电机100，包括转子10和套设于所述转子10外围的定子20。其中，定子20包括定子铁芯21，所述定子铁芯21上设有绕组槽21a，三相绕组(图中未示出)固定设置于所述绕组槽21a。当利用三相交流电对所述三相绕组进行通电时，三相绕组中正弦变化的电流产生旋转磁场。

转子10包括转子铁芯11和永磁体12，转子铁芯11具有中心通孔11b，中心通孔11b贯穿转子铁芯11的轴向两端，用于固定设置动力输出轴以传递动力。永磁体12沿转子铁芯11的轴向方向固定插设于转子铁芯11。其中，永磁体是能够长期保持磁性的磁体，本身能够产生磁场。转子铁芯11一般由导磁材料制成，导磁材料指的是：在常规状态下，不显示磁性；当其位于磁场中时，其能够被迅速磁化，一般为铁、钴、镍及其合金等材料。

当永磁体12固定插设至转子铁芯11时，整个转子10可以视为能够产生磁场的磁体。此时，若对三相绕组进行通电，定子20产生旋转磁场，该旋转磁场的磁通与转子磁场的磁通的交感产生转矩，即永磁同步电机100的电磁转矩。定子20通常固定不动，则转子10能够在该电磁转矩的作用下发生旋转，输出动力。

若定子20或转子10所产生的磁场的磁场强度较大，则永磁同步电机100具有较大的电磁转矩，能够输出较大的动力；若定子20或转子10所产生的磁场的磁场强度较小，则永磁同步电机100具有较小的电磁转矩，只能输出较小的动力。

参照图2、图3，本实施例中，在转子铁芯11上设有沿所述轴向、且至少贯穿所述转子铁芯11一端的通槽11a，所述通槽11a内设有滑块13，滑块13也由导磁材料制成。其中，滑块13与永磁体12相对设置，且能够在通槽11a内运动，以改变滑块13与永磁体12之间的间距。

当滑块13朝向永磁体12运动，使滑块13与永磁体12之间的间距变小时，由于越靠近永磁体12的区域，永磁体12所导通的磁力线越密集，且相较于空气，磁力线更容易穿过滑块13；使得转子10具有越强的磁性，即转子10所在区域的磁通量越大，总体上能够产生更大的磁场强度，在定子20所产生的磁场强度不变的情形下，能够提高永磁同步电机100的电磁转矩，输出较大的动力。

当滑块13背向永磁体12运动，使滑块13与永磁体12之间的间距增大时，靠近永磁体12的一部分区域是磁力线较难穿过的空气，使得转子10具有相对较弱的磁性，即转子10所在区域的磁通量较小，总体上减小了的磁场强度，在定子20所产生的磁场强度不变的情形下，降低了永磁同步电机100的电磁转矩，提高永磁同步电机100的最大转速。

参照图5，为永磁同步电机100运行过程中，滑块13处于不同位置时，发明人所测得的转子10产生的磁通量Φ与时间T关系图。其中，虚线表示所述滑块13与永磁体12间距较大时，所测得的磁通量；实线表示所述滑块13与永磁体12间距较小时，所测得的磁通量。磁通量的正负值表示磁力线具有相反的方向。

磁通量表征了穿过单位面积的磁力线的多少，磁通量越大，穿过单位面积的磁力线越多，转子10的磁场强度越大(如图5实线所示)；磁通量越小，穿过单位面积的磁力线越少，转子10的磁场强度越小(如图5虚线所示)。

也就是说，通过控制滑块13，改变滑块13与永磁体12之间的间距，即能够实现永磁同步电机100的电磁转矩的调节，改变转子10输出的动力，调节永磁同步电机100的最大转速。

相较于现有技术，无需调节定子20的磁场强度，不用控制三相绕组中的电流大小；因此，不需要设置电机控制器，从而不会使永磁同步电机100的整体结构和控制方式变得复杂。

本实施例的永磁同步电机100能够应用于电动汽车或混合动力汽车。此时，转子10固定连接汽车的动力输出轴。现有技术中，电机控制器根据动力输出轴所需的动力大小，控制定子20上三相绕组中电流的大小，以改变定子20所产生的磁场强度。

发明人研究发现，当三相绕组中的电流发生变化时，不可避免的会产生电磁噪声和转矩脉动，影响汽车的NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能。而且，三相绕组一般为铜导线，随着电流的增大，铜导线的铜损会增加，从而导致永磁同步电机100性能的下降。

本实施例中，通过控制滑块13，调节转子10所产生的磁通量大小，以改变永磁同步电机100的电磁转矩。不用改变三相绕组中的电流，能够减弱电磁噪声和转矩脉动的产生，减小对汽车的NVH性能的影响；同时，也不会增加铜导线的铜损，不会降低永磁同步电机100的性能。

继续参照图2、图3，所述滑块13与所述永磁体12沿径向方向相对设置，且滑块13沿径向方向位置可调；具体的，通槽11a固定设置于所述永磁体12的径向内侧。也就是说，滑块13设置于永磁体12的径向内侧，当滑块13靠近永磁体12时，滑块13沿径向远离转子10的圆心；当滑块13远离永磁体12时，滑块13沿径向靠近转子10的圆心。

进一步的，转子铁芯11上设有多个永磁体12，多个永磁体12沿周向均匀的固定插设于转子铁芯11。相应的，所述滑块13也为多个，多个滑块13沿周向均匀分布，且与永磁体12一一对应设置。

当需要调节永磁同步电机100的电磁转矩，改变转子10所产生的磁通量时，可以控制所有滑块13同时朝向转子的圆心运动，以增大滑块13与对应的永磁体12之间的间距，减小转子10的磁通量；或者，控制所有滑块13同时背向转子的圆心运动，以减小滑块13与对应的永磁体12之间的间距，增大转子10的磁通量。

因此，在调节永磁同步电机100的电磁转矩时，转子10的磁通量的变化是均匀的，不会在某一点上发生突变，不会使永磁同步电机100的电磁转矩发生突变，影响动力的输出。

在其他变形例中，也可以使一个永磁体12对应多个滑块13，或者，使多个永磁体12对应一个滑块13，不影响本技术方案的实施。

滑块13也可以将通槽11a固定设置于所述永磁体12的径向外侧，也就是说，将滑块13设置于永磁体12的径向外侧。此时，在所述滑块13靠近圆心时，即靠近所述永磁体12，增大转子的磁通量；在所述滑块13远离圆心时，即远离所述永磁体12，减小转子的磁通量。

此外，还可将滑块13设置成与所述永磁体12沿周向相对设置。此时，控制滑块13沿周向运动，以使滑块13远离或靠近永磁体12，从而改变转子10的磁通量，实现永磁同步电机100电磁转矩的调节。

需要说明的是，滑块13在通槽11a内的不同位置代表所述转子10具有不同大小的磁通量，因此，滑块13在通槽11a内的位置不限于两个，可以在径向方向上具有更多的位置，以使转子10可以表现出更多不同大小的磁通量，使永磁同步电机100具有更多不同的电磁转矩。

另外，通槽11a固定设置于永磁体12的径向内侧。但是，通槽11a的数量并没有限制，在转子铁芯11上，可以仅设置一个通槽11a，也可以沿周向设置多个通槽11a。

当通槽11a仅为一个时，多个滑块13均设置在同一通槽11a内，并与对应的永磁体12相对设置；当通槽11a为多个时，可以使通槽11a的数量等于滑块13的数量，使得一个通槽11a内仅设置一个滑块13。

参照图4，本实施例中，一个所述通槽11a内设有一个所述滑块13。当永磁同步电机100的电磁转矩调整后，需要将滑块13固定在通槽11a内的特定位置，此时，可以使通槽11a周向相对的两个内壁卡设所述滑块13，实现滑块13具体位置的固定。

另外，在调整永磁同步电机100的电磁转矩时，需要利用驱动件驱动滑块13沿径向方向滑移。具体的，驱动件可以是设置于通槽11a内的弹性元件，通过控制弹性元件的弹性力，驱动滑块13沿径向方向滑移；也可以在通槽11a内设置气囊，通过气囊的膨胀或收缩，驱动滑块13沿径向方向滑移。

此外，还可以使滑块13的轴向一端伸出所述通槽11a，利用连杆机构等固定连接滑块13，驱动滑块13沿径向方向滑移。例如，设置沿径向方向的连杆，连杆的一端固定连接滑块13，对连杆的另一端施加径向方向上的作用力，以实现滑块13的滑移。

如图4所示，所述通槽11a与对应的所述永磁体12之间的距离L1可选为：0.8mm≤L1≤2.0mm。研究表明，当通槽11a与永磁体12之间的距离大于2.0mm时，由于通槽11a与永磁体12之间的距离过大，滑块13沿径向方向滑移时，转子10的磁通量的变化并不明显，导致永磁同步电机100的电磁转矩变化范围较小。同时，通槽11a与永磁体12之间的距离也不能过小，否则容易导致转子铁芯11破裂，影响转子10性能。

另外，通槽11a沿径向方向上的宽度L2可选为：L2≥5.0mm。以使滑块13能够在通槽11a中滑动较大的距离，从而具有多个滑移位置，使转子10可以表现出更多不同大小的磁通量。

本实施例中，转子铁芯上的通槽11a贯穿所述转子铁芯11的轴向两端，因而能够方便的放置所述滑块13，使滑块13能够从转子铁芯11的轴向两端固定放置于所述通槽11a。

转子铁芯上的永磁体12一般贯穿转子铁芯11的轴向两端。当通槽11a贯穿转子铁芯11的轴向两端时，滑块13可以设置成与所述永磁体11具有相同的轴向长度，或者比所述永磁体11具有更长的轴向长度，从而使滑块能够覆盖永磁体12周边更多的区域，能够在较大程度上调节转子10所产生的磁通量的大小。

本实施例中，定子铁芯21、转子铁芯11和滑块13均由导磁材料制成。具体的，定子铁芯21、转子铁芯11一般由硅钢片压制而成，硅钢片具有较大的磁导率，磁力线能够非常容易通过。滑块13可以采用与定子铁芯21、转子铁芯11相同的材料，也可以采用其他导磁材料，例如铁、钴、镍及其合金等材料。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机的转子，包括：转子铁芯和永磁体，所述永磁体沿转子铁芯的轴向方向固定插设于所述转子铁芯；其特征在于，

所述转子铁芯具有沿所述轴向、且至少贯穿所述转子铁芯一端的通槽；

所述通槽内设有由导磁材料制成的滑块，所述滑块与所述永磁体相对设置，且能够在所述通槽内运动，以改变所述滑块与所述永磁体之间的间距。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述滑块与所述永磁体沿所述转子铁芯的径向方向相对设置，所述滑块沿所述径向方向位置可调。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述永磁体为多个，多个永磁体沿周向均匀的插设于所述转子铁芯；所述滑块为多个，沿所述周向均匀分布，且与所述永磁体一一对应设置。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述通槽为多个，沿所述周向均匀分布，且一个所述通槽内设有一个所述滑块。

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述滑块沿周向卡设于所述通槽的内壁。

6.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述通槽与对应的所述永磁体之间的距离在0.8mm-2.0mm之间。

7.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述通槽固定设置于所述永磁体的径向内侧。

8.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述通槽贯穿所述转子铁芯的轴向两端。

9.如权利要求8所述的转子，其特征在于，至少所述滑块的轴向一端伸出所述通槽。

10.一种永磁同步电机，包括定子，所述定子包括定子铁芯和固定设置于定子铁芯的三相绕组，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的转子，所述定子套设在所述转子的外围。