CN109510344A - 带双层磁障的磁路分割式v型并联组合磁极可调磁通电机 - Google Patents

带双层磁障的磁路分割式v型并联组合磁极可调磁通电机 Download PDF

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Abstract

带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，属于永磁电机领域，本发明为解决采用高矫顽力和低矫顽力永磁体组合磁极结构的电机存在抑制高矫顽力永磁体去磁作用的问题。本发明方案：转子铁心的每极下设置一个V形、轴向贯通的高矫顽力永磁体槽；转子铁心的每极下对称设置一对矩形、轴向贯通的低矫顽力永磁体槽，高矫顽力永磁体槽的两个槽口分别与一个低矫顽力永磁体槽连通；不同极下相邻的两个低矫顽力永磁体槽平行；同一极下两个低矫顽力永磁体槽和高矫顽力永磁体槽围合区域的转子铁心内对称设置有一对双层弧形磁障；不同极下相邻双层弧形磁障的两条长弧处于同一条内凹圆弧上，两条短弧处于同一条内凹圆弧上。

Description

带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机
技术领域
本发明属于永磁电机领域，涉及永磁电机的宽调速技术。
背景技术
永磁同步电机因其高功率密度、高效率的优点，而成为新能源汽车的常用驱动电机，但是该类电机具有永磁磁场调节困难、弱磁扩速时效率低等缺点。针对上述问题，学者们提出了一种永磁磁场可调的可调磁通电机，这种电机可以通过施加d轴充、去磁电流脉冲改变永磁体磁化状态，从而到达扩宽电机调速范围的目的。相比于只采用一种低矫顽力永磁体的可调磁通电机，采用高矫顽力和低矫顽力永磁体组合磁极结构的电机可以有效提高功率密度。并联型可调磁通电机因具有去磁电流脉冲小、磁极组合形式多样等优点而得到了广泛研究，但其高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体的去磁作用使得低矫顽力永磁体工作稳定性差，电机所需正向磁化电流幅值较大，增大了电机驱动器的负担，因此抑制高矫顽力永磁体去磁作用、降低正向磁化所需电流脉冲是并联型可调磁通电机的研究重点。
发明内容
本发明目的是为了解决采用高矫顽力和低矫顽力永磁体组合磁极结构的电机存在抑制高矫顽力永磁体去磁作用的问题，提供了一种带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，由于电机在同一极下的两种永磁体中点上方分别放置了弧形隔磁磁障，电机高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体的去磁作用被削弱了，降低了电机所需充磁电流脉冲大小，降低了电机所需驱动控制器容量，扩大了负载调磁倍数；同时，双层弧形磁障对永磁磁极产生的磁通起到重新分配作用，提高了电机空载气隙磁密的基波幅值和正弦度。
本发明所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，包括定子铁心1、定子绕组2、转子铁心3和转轴9；转子铁心3固定在转轴9上，并位于定子铁心1内部，定子绕组2设置在定子铁心1上；
还包括高矫顽力永磁体4、高矫顽力永磁体槽5、低矫顽力永磁体6、低矫顽力永磁体槽7和弧形磁障8，
转子铁心3的每极下设置一个V形、轴向贯通的高矫顽力永磁体槽5，高矫顽力永磁体槽5的V形尖部指向圆心方向；转子铁心3的每极下对称设置一对矩形、轴向贯通的低矫顽力永磁体槽7，高矫顽力永磁体槽5的两个槽口分别与一个低矫顽力永磁体槽7连通；不同极下相邻的两个低矫顽力永磁体槽7平行；
高矫顽力永磁体槽5内设置有高矫顽力永磁体4，V形的低矫顽力永磁体槽7的每条直槽内各设置一块低矫顽力永磁体6，槽连通处的高矫顽力永磁体4和低矫顽力永磁体6之间存在气隙；
同一极下两个低矫顽力永磁体槽7和高矫顽力永磁体槽5围合区域的转子铁心3内对称设置有一对双层弧形磁障8，所述双层弧形磁障8由长弧、短弧两层弧形磁障构成，其中长弧布置在高矫顽力永磁体4的中点位置，短弧布置在低矫顽力永磁体6的中点位置；不同极下相邻双层弧形磁障8的两条长弧处于同一条内凹圆弧上，两条短弧处于同一条内凹圆弧上。
优选地，低矫顽力永磁体6的矩形短边位于低矫顽力永磁体槽7的槽口处。
优选地，低矫顽力永磁体6的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽7的矩形长边，且相邻两个低矫顽力永磁体6的充磁方向相反；高矫顽力永磁体4的充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽5的每条直槽长边，且相邻两个高矫顽力永磁体4的充磁方向相反，在同一极下，低矫顽力永磁体6与高矫顽力永磁体4同为N极或S极。
优选地，低矫顽力永磁体6采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料；高矫顽力永磁体4采用矫顽力大于800kA/m的永磁材料。
优选地，低矫顽力永磁体6与高矫顽力永磁体4均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体构成。
优选地，双层弧形磁障8的长弧和短弧均为轴向贯穿的弧形空槽，或槽内部填充环氧树脂或碳纤维非导磁材料，或槽内部填充非导电材料。
本发明的有益效果：本发明所诉带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机在正常运行时，高矫顽力与低矫顽力永磁体的磁通共同进入气隙，二者为并联关系，由于在两种永磁体上方放置了双层磁障，增加了高矫顽力永磁体磁通穿过低矫顽力永磁体磁路的磁阻，削弱了高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体的去磁作用，提高了低矫顽力永磁体工作点，同时降低了电机正向充磁时所需的脉冲电流幅值；另外，双层弧形磁障将电机主磁路分割为三部分，第一部分磁通全部由高矫顽力永磁体提供，所对应的气隙磁密最高；第二部分磁通由高矫顽力和低矫顽力永磁体共同提供，所对应的气隙磁密低于第一部分；第三部分磁通全部由低矫顽力永磁体提供，所对应的气隙磁密最低，因此电机一对极下的气隙磁密呈对称阶梯分布，正弦性较无磁障结构电机的气隙磁密更好。
附图说明
图1是本发明所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机的结构示意图。
图2是带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机空载等效磁路图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，包括定子铁心1、定子绕组2、转子铁心3和转轴9；转子铁心3固定在转轴9上，并位于定子铁心1内部，定子绕组2设置在定子铁心1上；
还包括高矫顽力永磁体4、高矫顽力永磁体槽5、低矫顽力永磁体6、低矫顽力永磁体槽7和弧形磁障8，
转子铁心3的每极下设置一个V形、轴向贯通的高矫顽力永磁体槽5，高矫顽力永磁体槽5的V形尖部指向圆心方向；转子铁心3的每极下对称设置一对矩形、轴向贯通的低矫顽力永磁体槽7，高矫顽力永磁体槽5的两个槽口分别与一个低矫顽力永磁体槽7连通；不同极下相邻的两个低矫顽力永磁体槽7平行；
高矫顽力永磁体槽5内设置有高矫顽力永磁体4，V形的低矫顽力永磁体槽7的每条直槽内各设置一块低矫顽力永磁体6，槽连通处的高矫顽力永磁体4和低矫顽力永磁体6之间存在气隙，该气隙为三角形的不规则气隙。
同一极下两个低矫顽力永磁体槽7和高矫顽力永磁体槽5围合区域的转子铁心3内对称设置有一对双层弧形磁障8，所述双层弧形磁障8由长弧、短弧两层弧形磁障构成，其中长弧布置在高矫顽力永磁体4的中点位置，短弧布置在低矫顽力永磁体6的中点位置；不同极下相邻双层弧形磁障8的两条长弧处于同一条内凹圆弧上，两条短弧处于同一条内凹圆弧上。
低矫顽力永磁体6的矩形短边位于低矫顽力永磁体槽7的槽口处。
低矫顽力永磁体6的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽7的矩形长边，且相邻两个低矫顽力永磁体6的充磁方向相反；高矫顽力永磁体4的充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽5的每条直槽长边，且相邻两个高矫顽力永磁体4的充磁方向相反，在同一极下，低矫顽力永磁体6与高矫顽力永磁体4同为N极或S极。
本实施方式所述的长边、短边，矩形、V形、三角形均指图1所示的电机纵剖截面中的图示指向。
低矫顽力永磁体6采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料；高矫顽力永磁体4采用矫顽力大于800kA/m的永磁材料。
低矫顽力永磁体6与高矫顽力永磁体4均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体构成。
双层弧形磁障8的长弧和短弧均为轴向贯穿的弧形空槽，或槽内部填充环氧树脂或碳纤维非导磁材料，或槽内部填充非导电材料。
本发明电机正常工作时，高矫顽力与低矫顽力永磁体的磁通共同进入气隙，二者为并联关系，由于在两种永磁体上方放置了双层弧形磁障8，增加了高矫顽力永磁体磁通穿过低矫顽力永磁体磁路的磁阻，削弱了高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体的去磁作用，提高了低矫顽力永磁体工作点，同时降低了电机正向充磁时所需的脉冲电流幅值；
双层弧形磁障8将电机转子铁心3分割为三部分，第一部分为两条长弧之间的铁心，第二部分为长弧和短弧之间的铁心，第三部分为短弧和转子外圆之间的铁心。为了说明双层弧形磁障8对电机磁路的重新分配作用，建立如图2所示的电机空载等效磁路图：将电机的永磁磁极等效为并联的磁通源和磁阻，电机铁心和气隙等效为磁阻，双层弧形磁障8将电机主磁路分割为三部分，其中φN1和RN1为第一部分铁心对应高矫顽力永磁磁极的等效磁通与磁阻，φN2和RN2为第二部分铁心对应高矫顽力永磁磁极的等效磁通与磁阻，φC1和RC1为第二部分铁心对应低矫顽力永磁磁极的等效磁通与磁阻，φC2和RC2为第三部分铁心对应低矫顽力永磁磁极的等效磁通与磁阻，φNσ和RNσ为高矫顽力永磁磁极之间铁心的漏磁通与漏磁阻，φσ和Rσ为低矫顽力永磁磁极上部磁桥的漏磁通与漏磁阻，φδ1、φδ2和φδ3为三部分铁心分别对应的气隙磁通，Rδ1、Rδ2和Rδ3为三部分气隙对应的磁阻，Rt1、Rt2和Rt3为三部分气隙磁通所进入定子齿所分别对应的磁阻，Ry为定子轭部磁阻。
三部分磁路为并联关系，第一部分磁通φδ1全部由高矫顽力永磁体提供，所对应的气隙磁密最高；第二部分磁通φδ2由高矫顽力和低矫顽力永磁体共同提供，所对应的气隙磁密低于第一部分；第三部分磁通φδ3全部由低矫顽力永磁体提供，所对应的气隙磁密最低，因此电机一对极下的气隙磁密呈对称阶梯分布，本实施方式合理的设置了双层弧形磁障8的位置，令长弧位于高矫顽力永磁磁极中点处，短弧位于低矫顽力永磁磁极中点处，以达到产生畸变率最小的气隙磁场分布的目的。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，包括定子铁心(1)、定子绕组(2)、转子铁心(3)和转轴(9)；转子铁心(3)固定在转轴(9)上，并位于定子铁心(1)内部，定子绕组(2)设置在定子铁心(1)上；
其特征在于，还包括高矫顽力永磁体(4)、高矫顽力永磁体槽(5)、低矫顽力永磁体(6)、低矫顽力永磁体槽(7)和双层弧形磁障(8)，
转子铁心(3)的每极下设置一个V形、轴向贯通的高矫顽力永磁体槽(5)，高矫顽力永磁体槽(5)的V形尖部指向圆心方向；转子铁心(3)的每极下对称设置一对矩形、轴向贯通的低矫顽力永磁体槽(7)，高矫顽力永磁体槽(5)的两个槽口分别与一个低矫顽力永磁体槽(7)连通；不同极下相邻的两个低矫顽力永磁体槽(7)平行；
高矫顽力永磁体槽(5)内设置有高矫顽力永磁体(4)，V形的低矫顽力永磁体槽(7)的每条直槽内各设置一块低矫顽力永磁体(6)，槽连通处的高矫顽力永磁体(4)和低矫顽力永磁体(6)之间存在气隙；
同一极下两个低矫顽力永磁体槽(7)和高矫顽力永磁体槽(5)围合区域的转子铁心(3)内对称设置有一对双层弧形磁障(8)，所述双层弧形磁障(8)由长弧、短弧两层弧形磁障构成，其中长弧布置在高矫顽力永磁体(4)的中点位置，短弧布置在低矫顽力永磁体(6)的中点位置；不同极下相邻双层弧形磁障(8)的两条长弧处于同一条内凹圆弧上，两条短弧处于同一条内凹圆弧上。
2.根据权利要求1所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(6)的矩形短边位于低矫顽力永磁体槽(7)的槽口处。
3.根据权利要求2所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(6)的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽(7)的矩形长边，且相邻两个低矫顽力永磁体(6)的充磁方向相反；高矫顽力永磁体(4)的充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽(5)的每条直槽长边，且相邻两个高矫顽力永磁体(4)的充磁方向相反，在同一极下，低矫顽力永磁体(6)与高矫顽力永磁体(4)同为N极或S极。
4.根据权利要求1所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(6)采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料；高矫顽力永磁体(4)采用矫顽力大于800kA/m的永磁材料。
5.根据权利要求1所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(6)与高矫顽力永磁体(4)均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体构成。
6.根据权利要求1所述带双层磁障的磁路分割式V型并联组合磁极可调磁通电机，其特征在于，双层弧形磁障(8)的长弧和短弧均为轴向贯穿的弧形空槽，或槽内部填充环氧树脂或碳纤维非导磁材料，或槽内部填充非导电材料。
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