CN109412299A - 瓦片式永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
一种瓦片式永磁同步电机，涉及电机技术领域，所解决的是提高弱磁扩速能力的技术问题。该电机包括定子、转子，所述转子的外周面固定有多个瓦片形的永磁体，并且各个永磁体围绕转子的轴心对称间隔布设；所述转子的外周面上形成有多个径向向外突出的导磁凸块，各个导磁凸块分布在各个永磁体之间，每两个相邻永磁体之间布设有一个导磁凸块，并且转子的交轴将导磁凸块划分为对称的两半。本发明提供的电机，能改善电机动态性能。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术，特别是涉及一种瓦片式永磁同步电机的技术。
背景技术
电机是电气驱动系统的核心，电机的性能、效率直接影响电动汽车的性能。目前用于电动汽车的宽调速、高转矩永磁同步电机（PMSM）还存在着技术瓶颈，存在功率密度低，高速恒功率范围窄、力矩波动大、过载能力低和可靠性差等缺陷，难以满足要求。
根据转子永磁体配置位置的不同，可以把PMSM分为表面安装式永磁转子结构和内置式永磁转子结构两大类 。
内置式永磁同步电机（IPMSM）相比表面安装式永磁同步电机（SPMSM）的优点在于：IPMSM的转子为典型的凸极结构，交轴 电感大于直轴电感（Lq＞Ld），属于弱磁型结构，有凸极效应，凸极率=（Lq/Ld）＞1，使电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的起动特性、过载能力和功率密度，易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行，但是必须通过弱磁（即：增加定子直轴去磁电流分量）来获得磁阻转矩，存在着漏磁大，恒转矩小的缺陷。
表面安装式永磁同步电机（SPMSM）相比内置式永磁同步电机（IPMSM）的优点在于：SPMSM漏磁少，转矩大，转矩脉动低，结构简单，制造成本低，转动惯量小等特点，适合用于低速、大转矩的直接驱动系统。
但长期以来SPMSM传统结构存在着以下缺陷：永磁体通常呈瓦片形（弧形），并位于转子铁心的外表面上，由于永磁体的相对回复磁导率接近空气，交、直轴气隙均匀，交、直轴电感相等（Ld=Lq），电磁性能上属于隐极磁路，不产生磁阻转矩，而且由于等效气隙较大，比IPMSM更难解决弱磁扩速，必须在定子绕组中通入很大的直轴电流，达到弱磁扩速的目的，这种方法会减小转矩，增加定子损耗，降低驱动系统效率，且功率密度低，并可能导致永磁体不可逆退磁危险，弱磁扩速能力差是阻碍SPMSM向高速发展的根本原因。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种弱磁扩速能力好的瓦片式永磁同步电机。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种瓦片式永磁同步电机，包括定子、转子，所述转子的外周面固定有多个瓦片形的永磁体，并且各个永磁体围绕转子的轴心对称间隔布设；其特征在于：
所述转子的外周面上形成有多个径向向外突出的导磁凸块，各个导磁凸块分布在各个永磁体之间，每两个相邻永磁体之间布设有一个导磁凸块，并且转子的交轴将导磁凸块划分为对称的两半。
进一步的，所述导磁凸块呈等腰梯形。
进一步的，所述导磁凸块呈T字形。
进一步的，所述导磁凸块在转子径向上的厚度，与永磁体在转子径向上的厚度一致。
进一步的，所述导磁凸块与永磁体的对向面之间的夹角在30度至40度之间。
进一步的，所述定子上设有用于散热的冷却水套。
进一步的，所述转子上开设有围绕转子的轴心对称分布的多个轴向贯通的圆形轴孔。
本发明提供的瓦片式永磁同步电机，由于直轴上的永磁体的相对回复磁导率接近空气，磁阻大，导磁凸块使直轴磁阻远大于交轴磁阻，形成直轴电感小于交轴电感的弱磁型结构，从而可以增大最大电磁转矩，提高电机的功率密度、改善动态性能，能提高弱磁扩速能力，扩大恒功率范围运行。
附图说明
图1是本发明第一实施例的瓦片式永磁同步电机的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的瓦片式永磁同步电机的结构示意图；
图3是现有的交、直轴电感相等（Ld=Lq）的电机与本发明第一实施例的转矩/转速特性曲线图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系，本发明中的英文字母区分大小写。
如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种瓦片式永磁同步电机，包括定子1、转子2，所述转子2的外周面固定有多个瓦片形（即：弧片形）的永磁体3，并且各个永磁体3围绕转子的轴心对称间隔布设；其特征在于：
所述转子2的外周面上形成有多个径向向外突出的导磁凸块4，各个导磁凸块4分布在各个永磁体3之间，每两个相邻永磁体3之间布设有一个导磁凸块4，并且转子的交轴（极间中心线，q轴）将导磁凸块4划分为对称的两半；
所述导磁凸块4呈等腰梯形，导磁凸块4在转子径向上的厚度，与永磁体3在转子径向上的厚度一致，形成机械上的均匀气隙；并且导磁凸块4与永磁体3的对向面之间的夹角A在30度至40度之间，能减少漏磁；
本发明第一实施例中，所述定子1上设有用于散热的冷却水套6，所述转子2上开设有围绕转子的轴心对称分布的多个轴向贯通的圆形轴孔5，以减少转动惯量。
如图2所示，本发明第二实施例与第一实施例的区别在于：本发明第二实施例中的导磁凸块24呈T字形，导磁凸块24在转子径向上的厚度，也与永磁体在转子径向上的厚度一致，形成机械上的均匀气隙。
本发明第一、第二实施例中，由于直轴上的永磁体的相对回复磁导率接近空气，磁阻大，导磁凸块使直轴磁阻远大于交轴磁阻，形成直轴电感小于交轴电感，形成Ld<Lq弱磁型结构，这种弱磁型结构由于交轴电感Lq增大，从而可以增大最大电磁转矩，获得并充分利用磁阻转矩，提高电机的功率密度、改善动态性能，并获得基速（转折转速）以下恒转矩大，基速以上恒功率扩速范围大的特点。
图3是现有的交、直轴电感相等（Ld=Lq）的电机（以下简称为：现有电机）与本发明第一实施例（弱磁型Ld < Lq）的转矩/转速特性比较，其中的Nn为额定转速，Tn为额定转矩，Tmax为最大转矩，Nmax1为现有电机的最大转速，Nmax2为第一实施例的最大转速，S1为现有电机的转矩/转速特性曲线，S2为第一实施例的转矩/转速特性曲线，X1为恒转矩区，X2为恒功率区；
由图3可见，第一实施例的弱磁型（Ld < Lq）优化磁路结构，具有在额定转速Nn下保持恒转矩，额定转速以上恒功率扩速范围大的特点，有Nmax2 > Nmax1，扩速能力相比现有电机提高1.6-2.0倍。
Claims (7)
1.一种瓦片式永磁同步电机，包括定子、转子，所述转子的外周面固定有多个瓦片形的永磁体，并且各个永磁体围绕转子的轴心对称间隔布设；其特征在于：
所述转子的外周面上形成有多个径向向外突出的导磁凸块，各个导磁凸块分布在各个永磁体之间，每两个相邻永磁体之间布设有一个导磁凸块，并且转子的交轴将导磁凸块划分为对称的两半。
2.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述导磁凸块呈等腰梯形。
3.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述导磁凸块呈T字形。
4.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述导磁凸块在转子径向上的厚度，与永磁体在转子径向上的厚度一致。
5.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述导磁凸块与永磁体的对向面之间的夹角在30度至40度之间。
6.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述定子上设有用于散热的冷却水套。
7.根据权利要求1所述的瓦片式永磁同步电机，其特征在于：所述转子上开设有围绕转子的轴心对称分布的多个轴向贯通的圆形轴孔。
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