CN109742880A - 具有反凸极特性的内置v型-一字型混合永磁可调磁通电机 - Google Patents
具有反凸极特性的内置v型-一字型混合永磁可调磁通电机 Download PDFInfo
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Abstract
具有反凸极特性的内置V型‑一字型混合永磁可调磁通电机，属于永磁电机领域，本发明为解决串联型可调磁通电机中存在低矫顽力永磁体磁化水平调节困难的问题。本发明方案：沿转子铁心的外圆表面均布多个交轴磁障，所述交轴磁障于每磁极下的交轴与转子铁心外圆表面的交界处内陷而成，每相邻两个内陷区域之间形成转子极；每磁极下包括一个低矫顽力永磁体和两个高矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体设置在转子极内靠近极顶位置、且沿切向设置；两个高矫顽力永磁体对称设置于低矫顽力永磁体两侧，高矫顽力永磁体位于与内陷区域对应的转子铁心内部，不同磁极下相邻的两个高矫顽力永磁体以转子直轴为中轴线呈V字型对称排布在同一内陷区域对应的转子铁心内部。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机转子结构，属于永磁电机领域。
背景技术
传统永磁同步电机由于其高功率因数和高功率密度等优点广泛应用与航空航天，工业控制，交通运输和家用电器等领域。但是由于其所采用的钕铁硼等高矫顽力永磁体磁化状态难以调节，电机在高速运行状态时需要采用弱磁方式来减小与电机旋转速度成正比的空载反电势，负载状态下弱磁电流会引起额外的铜耗从而降低电机效率。为了解决该问题，可以使用电枢绕组脉冲电流调节低矫顽力永磁体磁化状态的可调磁通电机应运而生，可调磁通电机按照所使用的永磁体种类数可分为单一永磁可调磁通电机和混合永磁可调磁通电机。由于低矫顽力永磁体剩磁大多低于高矫顽力永磁体，只采用了低矫顽力永磁体的单一永磁可调磁通电机功率密度低于混合永磁可调磁通电机，对于功率密度要求较高的场合难以达到要求。混合永磁可调磁通电机按照磁路形式可分为并联型和串联型，并联型可调磁通电机中低矫顽力永磁体可以正向和反向饱和充磁，电机气隙磁通调节范围较大，但是由于其磁路结构特点，其充磁难度较大，并且电机负载运行时低矫顽力永磁体易被负载电流去磁。
发明内容
本发明所提出的具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，通过将高矫顽力永磁体放置成内置V型，高矫顽力永磁体体积可以进一步增大，增大功率密度同时减小调磁电流；相比于没有交轴磁障的串联型可调磁通电机充磁电流更小，解决了串联型可调磁通电机中存在低矫顽力永磁体磁化水平调节困难的问题；并且相比于并联型可调磁通电机功率密度较高，适用于多种功率密度较高场所。
本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，包括定子铁心1、电枢绕组2，转子铁心3和转轴10；转子铁心3固定在转轴10上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；
还包括低矫顽力永磁体槽4、低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体槽6、高矫顽力永磁体7、隔磁槽8和交轴磁障11；沿转子铁心3的外圆表面均布多个交轴磁障11，所述交轴磁障11于每磁极下的交轴与转子铁心3外圆表面的交界处内陷而成，每相邻两个内陷区域之间形成转子极；
每磁极下包括一个低矫顽力永磁体5和两个高矫顽力永磁体7，低矫顽力永磁体5设置在转子极内靠近极顶的位置、且沿切向设置；两个高矫顽力永磁体7对称设置于低矫顽力永磁体5两侧，高矫顽力永磁体7位于与内陷区域对应的转子铁心3内部，不同磁极下相邻的两个高矫顽力永磁体7共同设置于同一内陷区域对应的转子铁心3内部，且以转子直轴所在直径为中轴线呈V字型对称排布，V字型夹角为10～180度，最佳夹角可以根据电机电磁性能选择；
低矫顽力永磁体5设置在低矫顽力永磁体槽4内，高矫顽力永磁体7设置在高矫顽力永磁体槽6内，隔磁槽8与高矫顽力永磁体7并列设置在高矫顽力永磁体槽6内；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机。
优选地，交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为圆弧；或交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为直线段+圆弧+直线段，边界线两端的直线段与低矫顽力永磁体槽4短边相对应；或交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为极靴边缘+圆弧+极靴边缘，边界线两端对应转子的极靴位置。
优选地，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边，且相邻两个低矫顽力永磁体5的充磁方向相反；高矫顽力永磁体7的充磁方向为垂直于高矫顽力永磁体槽6径向截面的长边，且同一个磁极下两个高矫顽力永磁体7的充磁方向相反，在同一磁极下，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7同为N极或S极。
优选地，隔磁槽8设置在高矫顽力永磁体槽6靠近交轴磁障11一端，和/或靠近转轴10一端。
优选地，同一高矫顽力永磁体槽6中的隔磁槽8与高矫顽力永磁体7的厚度相同或不同。
优选地，低矫顽力永磁体5采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。
优选地，高矫顽力永磁体7采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁材料。
优选地，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体排列构成。
优选地，隔磁槽8内部填充环氧树脂、碳纤维的非导磁或非导电材料。
优选地，还包括磁桥9，低矫顽力永磁体槽5两端设置有磁桥9，高矫顽力永磁体7或高矫顽力永磁体槽6端设置磁桥9。
本发明的有益效果：本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机可以使用长度更长的高矫顽力永磁体，在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体有增强作用，低矫顽力永磁体工作点稳定，并且充磁电流较小，易于实现饱和充磁。通过将部分转子铁心挖去以达到反凸极特性，该方法使得转子永磁磁通聚集到一起，可以进一步减小充磁电流。并且由于在高矫顽力永磁体端部放置隔磁槽，在进行去磁时，高矫顽力永磁体产生的不穿过低矫顽力永磁体的磁通可以通过隔磁槽短路，起到减小去磁电流的作用。在负载运行时，由于其反凸极特点，所述电机的最大转矩电流比(MTPA)曲线位于第一象限，正的直轴电流不仅能够产生正的磁阻转矩从而提高功率密度，而且能够防止低矫顽力永磁体被负载状态下交轴电流去磁。
附图说明
图1是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例1；
图2是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例2；
图3是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例3；
图4是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例4；
图5是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例5；
图6是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例6；
图7是本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机的实施例7；
1—定子铁心；2—电枢绕组；3—转子铁心；4—低矫顽力永磁体槽；5—低矫顽力永磁体；6—高矫顽力永磁体槽；7—高矫顽力永磁体；8—隔磁槽；9—磁桥；10—转轴；11-交轴磁障。
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。
具体实施方式一：下面结合图1-7说明本实施方式，本发明所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，包括定子铁心1、电枢绕组2，转子铁心3和转轴10；转子铁心3固定在转轴10上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；
还包括低矫顽力永磁体槽4、低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体槽6、高矫顽力永磁体7、隔磁槽8和交轴磁障11；沿转子铁心3的外圆表面均布多个交轴磁障11，所述交轴磁障11于每磁极下的交轴与转子铁心3外圆表面的交界处内陷而成，每相邻两个内陷区域之间形成转子极；
每磁极下包括一个低矫顽力永磁体5和两个高矫顽力永磁体7，低矫顽力永磁体5设置在转子极内靠近极顶的位置、且沿切向设置；两个高矫顽力永磁体7对称设置于低矫顽力永磁体5两侧，高矫顽力永磁体7位于与内陷区域对应的转子铁心3内部，不同磁极下相邻的两个高矫顽力永磁体7共同设置与同一内陷区域对应的转子铁心3内部，且以转子直轴所在直径为中轴线呈V字型对称排布，V字型夹角为10～180度，最佳夹角可以根据电机电磁性能选择；
低矫顽力永磁体5设置在低矫顽力永磁体槽4内，高矫顽力永磁体7设置在高矫顽力永磁体槽6内，隔磁槽8与高矫顽力永磁体7并列设置在高矫顽力永磁体槽6内；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机。
N个低矫顽力永磁体5和N对高矫顽力永磁体7沿圆周方向交错均布。
具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体7对低矫顽力永磁体5有增强作用，低矫顽力永磁体5工作点稳定，并且电枢绕组2所施加的直轴充磁电流脉冲较小，易于实现饱和充磁。通过将部分转子铁心挖去形成交轴磁障11以达到反凸极特性，该方法使得转子永磁磁通聚集到一起，可以进一步减小电枢绕组2中的充磁电流。并且由于在高矫顽力永磁体7端部放置隔磁槽8，在进行去磁时，高矫顽力永磁体7产生的不穿过低矫顽力永磁体5的磁通可以通过隔磁槽8短路，起到减小去磁电流的作用。在负载运行时，由于其反凸极特点，所述电机的最大转矩电流比(MTPA)曲线位于第一象限，正的直轴电流不仅能够产生正的磁阻转矩从而提高功率密度，而且能够防止低矫顽力永磁体被负载状态下交轴电流去磁。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为圆弧，图1所示的实施例1、图2所示的实施例2、图3所示的实施例3采用的是圆弧、图4所示的实施例4采用的是圆弧、图5所示的实施例5采用的是圆弧。
或交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为直线段+圆弧+直线段，边界线两端的直线段与低矫顽力永磁体槽4短边相对应，低矫顽力永磁体槽4短边侧交轴磁障11边线直线段可以大于等于或者小于低矫顽力永磁体槽4短边。图6所示的实施例6采用的是直线段+圆弧+直线段。
或交轴磁障11径向截面的凹陷边界线为极靴边缘+圆弧+极靴边缘，边界线两端对应转子的极靴位置，极靴的高度和长度可以根据定子齿饱和程度选择，图7所示的实施例7采用的是极靴边缘+圆弧+极靴边缘。
采用不同的组合方式可以改变电机的充去磁难度，功率密度和调速范围，可以根据实际情况灵活选择。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式二的不同之处在于，低矫顽力永磁体5的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边(即平行充磁)，且相邻两个低矫顽力永磁体5的充磁方向相反；高矫顽力永磁体7的充磁方向为垂直于高矫顽力永磁体槽6径向截面的长边，且同一个磁极下两个高矫顽力永磁体7的充磁方向相反，在同一磁极下，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7同为N极或S极。
参见图1-4、6-7，高矫顽力永磁体7的充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽6的长边，与切向有一定的夹角，所述夹角的大小与V型槽6中两个直槽所呈角度相关联。
参见图5，高矫顽力永磁体槽6的形状并非局限于此，通过将V型槽6的角度增大到180度，高矫顽力永磁体槽6变为一字形，高矫顽力永磁体7的充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽6的长边。高矫顽力永磁体槽6的夹角从V型到180度均在本实施方案中可以实现。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式一至三的不同之处在于，隔磁槽8设置在高矫顽力永磁体槽6靠近交轴磁障11一端，和/或靠近转轴10一端。
图1所示的实施例1、图4所示的实施例4、图6所示的实施例6和图7所示的实施例7中，隔磁槽8设置在高矫顽力永磁体槽6靠近转轴10一端。
图2所示的实施例2和图5所示的实施例5中，隔磁槽8设置在高矫顽力永磁体槽6靠近交轴磁障11一端。
图3所示的实施例3中，隔磁槽8设置在高矫顽力永磁体槽6的两端，靠近交轴磁障11一端设置一个，同时靠近转轴10一端也设置一个。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一至四的不同之处在于，同一高矫顽力永磁体槽6中的隔磁槽8与高矫顽力永磁体7的厚度相同或不同。
同一高矫顽力永磁体槽6中的隔磁槽8与高矫顽力永磁体7的厚度分三种情况：二者厚度相同，隔磁槽8的厚度大于高矫顽力永磁体7的厚度，隔磁槽8的厚度小于高矫顽力永磁体7的厚度。永磁体厚度对所述电机功率密度、过载能力和所需调磁脉冲电流幅值产生影响，可根据对上述指标的要求灵活设计。
具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，低矫顽力永磁体5采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。如铝镍钴永磁或铁氧体永磁等。
具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，高矫顽力永磁体7采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁。如钕铁硼永磁等。
具体实施方式八：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体并列构成。
低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7采用第二种方式：沿轴向由多块永磁体构成时，这种设置方式用以降低永磁体涡流损耗。所述轴向设置的多块永磁体的充磁方式相同。
具体实施方式九：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，隔磁槽8内部填充环氧树脂、碳纤维等非导磁或非导电材料。
本实施方式的这种设置方式用以增强电机转子的机械强度。
具体实施方式十：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，还包括磁桥9，低矫顽力永磁体槽5两端设置有磁桥9，高矫顽力永磁体7或高矫顽力永磁体槽6端设置磁桥9。
磁桥长度和宽度需同时兼顾限制高低矫顽力永磁体漏磁和保障转子机械强度。
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 (10)
1.具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，包括定子铁心(1)、电枢绕组(2)，转子铁心(3)和转轴(10)；转子铁心(3)固定在转轴(10)上，并位于定子铁心(1)内部，电枢绕组(2)设置在定子铁心(1)上；
其特征在于，还包括低矫顽力永磁体槽(4)、低矫顽力永磁体(5)、高矫顽力永磁体槽(6)、高矫顽力永磁体(7)、隔磁槽(8)和交轴磁障(11)；沿转子铁心(3)的外圆表面均布多个交轴磁障(11)，所述交轴磁障(11)于每磁极下的交轴与转子铁心(3)外圆表面的交界处内陷而成，每相邻两个内陷区域之间形成转子极；
每磁极下包括一个低矫顽力永磁体(5)和两个高矫顽力永磁体(7)，低矫顽力永磁体(5)设置在转子极内靠近极顶的位置、且沿切向设置；两个高矫顽力永磁体(7)对称设置于低矫顽力永磁体(5)两侧，高矫顽力永磁体(7)位于与内陷区域对应的转子铁心(3)内部，不同磁极下相邻的两个高矫顽力永磁体(7)共同设置与同一内陷区域对应的转子铁心(3)内部，且以转子直轴所在中轴线呈V字型对称排布，V字型夹角为10～180度；
低矫顽力永磁体(5)设置在低矫顽力永磁体槽(4)内，高矫顽力永磁体(7)设置在高矫顽力永磁体槽(6)内，隔磁槽(8)与高矫顽力永磁体(7)并列设置在高矫顽力永磁体槽(6)内；低矫顽力永磁体槽(4)和高矫顽力永磁体槽(6)均沿轴向贯穿整个电机。
2.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，交轴磁障(11)径向截面的凹陷边界线为圆弧；或交轴磁障(11)径向截面的凹陷边界线为直线段+圆弧+直线段，边界线两端的直线段与低矫顽力永磁体槽(4)短边相对应；或交轴磁障(11)径向截面的凹陷边界线为极靴边缘+圆弧+极靴边缘，边界线两端对应转子的极靴位置。
3.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)的充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽(4)径向截面的长边，且相邻两个低矫顽力永磁体(5)的充磁方向相反；高矫顽力永磁体(7)的充磁方向为垂直于高矫顽力永磁体槽(6)径向截面的长边，且同一个磁极下两个高矫顽力永磁体(7)的充磁方向相反，在同一磁极下，低矫顽力永磁体(5)与高矫顽力永磁体(7)同为N极或S极。
4.根据权利要求3所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，隔磁槽(8)设置在高矫顽力永磁体槽(6)靠近交轴磁障(11)一端，和/或靠近转轴(10)一端。
5.根据权利要求4所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，同一高矫顽力永磁体槽(6)中的隔磁槽(8)与高矫顽力永磁体(7)的厚度相同或不同。
6.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)采用矫顽力小于250kA/m的永磁材料。
7.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，高矫顽力永磁体(7)采用矫顽力大于800kA/m的高磁能积永磁材料。
8.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)与高矫顽力永磁体(7)均为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体排列构成。
9.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，隔磁槽(8)内部填充环氧树脂、碳纤维的非导磁或非导电材料。
10.根据权利要求1所述具有反凸极特性的内置V型-一字型混合永磁可调磁通电机，其特征在于，还包括磁桥(9)，低矫顽力永磁体槽(5)两端设置有磁桥(9)，高矫顽力永磁体(7)或高矫顽力永磁体槽(6)端设置磁桥(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190510 |
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