CN109831083A - 内置式一字型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
内置式一字型‑U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，属于永磁电机领域，本发明为解决现有永磁电机调磁过程中存在的问题。本发明方案：转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括1块低矫顽力永磁体5和三块高矫顽力永磁体7，三块高矫顽力永磁体7以该磁极转子直轴为对称线对称设置成U型结构，且开口面向径向气隙，U型结构的开口处设置1块低矫顽力永磁体5，所述低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线切向排布为一字型结构；低矫顽力永磁体5的两端设置第一隔磁槽6，U型结构开口的两个端部分别设置一个第三隔磁槽10，U型结构的两个底角处各设置一个第二隔磁槽9。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机转子结构，属于永磁电机领域。
背景技术
传统稀土永磁同步电机具有高功率因数、高功率密度、高效率、高可靠性等优点，被广泛应用于电动汽车，轨道交通，家用电器，航空航天和国防工业等领域。传统高性能稀土永磁同步电机普遍采用钕铁硼等高矫顽力永磁体，电机气隙磁场很难调节，导致电机电动运行时，恒功率区较窄，调速范围较窄。为了获得较宽的调速范围，使永磁电机在基速以上高速运行时实现恒功率控制，需要对电机采用弱磁控制。目前普遍应用的稀土永磁电机在高速弱磁运行时存在永磁磁场调节困难、局部退磁或失磁、电机铜损大、效率低等问题。因此，在保证电机性能的前提下，研究在高速运行时，仍能高效可靠工作的永磁同步电机对永磁电机在电动汽车，轨道交通等领域的应用与发展有极大的推动作用，极具现实意义。
发明内容
本发明目的是为了解决现有永磁电机调磁过程中存在的问题，提供了一种内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机。
本发明所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3和转轴11；转子铁心3固定在转轴11上，电枢绕组2位于定子铁心1中，定子铁心1和转子铁心3之间存在径向气隙；
还包括低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体7、第一隔磁槽6、第二隔磁槽9和第三隔磁槽10；
转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括1块低矫顽力永磁体5和三块高矫顽力永磁体7，三块高矫顽力永磁体7以该磁极转子直轴为对称线对称设置成U型结构，且开口面向径向气隙，U型结构的开口处设置1块低矫顽力永磁体5，所述低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线切向排布为一字型结构；
低矫顽力永磁体5的两端设置第一隔磁槽6，U型结构开口的两个端部分别设置一个第三隔磁槽10，U型结构的两个底角处各设置一个第二隔磁槽9。
优选地，还包括低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽8，低矫顽力永磁体5嵌入低矫顽力永磁体槽4中，高矫顽力永磁体7嵌入高矫顽力永磁体槽8中；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽8均为轴向贯穿转子铁心3的空槽，且靠近转子铁心3气隙侧。
优选地，低矫顽力永磁体5为平行充磁，其充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边，高矫顽力永磁体7为平行充磁，其充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽8径向截面的长边，且同一磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体7的极性相同，相邻磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体7的极性相反。
优选地，第一隔磁槽6为矩形槽，第三隔磁槽10为矩形槽或梯形槽。
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。如铝镍钴永磁或铁氧体永磁等。
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。如钕铁硼永磁等。
优选地，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体7为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体拼成。这种设置方式可以有效地降低永磁体涡流损耗，提高电机效率。所述轴向设置的多块永磁体的充磁方式不变。
优选地，第一隔磁槽6、第二隔磁槽9和第三隔磁槽10内部填充非导磁或非导电材料。可以增加转子的机械强度。
优选地，非导磁材料选用碳纤维。
本发明的有益效果：本发明的有益效果：本发明所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机可以增加高矫顽力永磁体的用量，可增加可调磁通电机的功率密度。在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体的部分磁通与低矫顽力永磁体的部分磁通相串联，低矫顽力永磁体工作点稳定，充磁电流小，易实现饱和充磁。在进行去磁时，由于高矫顽力永磁体的部分磁通与低矫顽力永磁体的部分磁通相并联，去磁电流小，易于实现低矫顽力永磁体的去磁。由于在低矫顽力永磁体两端设置隔磁槽，同一磁极下的低矫顽力永磁体在转子内的漏磁减少，使电机的功率密度增加。由于在高矫顽力永磁体两端设置隔磁槽，高矫顽力永磁体在转子内的漏磁减少，使电机的功率密度增加。
附图说明
图1是本发明所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机的实施例1结构示意图；
图2是本发明实施例2结构示意图。
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。
本发明电机为混合永磁型可调磁通电机。将低矫顽力永磁体5放置成一字型，高矫顽力永磁体7放置成U型，使高矫顽力永磁体7的体积增加，可增大功率密度；将低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体7在转子中的位置进行合理排布，使高矫顽力永磁体7的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相串联，高矫顽力永磁体7的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相并联，可解决串联型可调磁通电机的低矫顽力永磁体磁化状态调节困难的问题和并联型可调磁通电机的功率密度低的问题。该内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机调磁能力强，调磁电流小，调速范围宽，功率密度高，适用于电动汽车等多种应用场合。
实施例1：参见图1，本发明电机包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3、转轴11、低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体7、第一隔磁槽6、第二隔磁槽9和第三隔磁槽10；；转子铁心3固定在转轴11上，电枢绕组2位于定子铁心1中，定子铁心1和转子铁心3之间存在径向气隙；
转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括1块低矫顽力永磁体5和三块高矫顽力永磁体7，三块高矫顽力永磁体7以该磁极转子直轴为对称线对称设置成U型结构，且开口面向径向气隙，U型结构的开口处设置1块低矫顽力永磁体5，所述低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线切向排布为一字型结构；低矫顽力永磁体5靠近气隙侧，三块高矫顽力永磁体7设置在低矫顽力永磁体5的下方(此处的下方指沿径向并移向圆心方向)。
低矫顽力永磁体5的两端设置第一隔磁槽6，U型结构开口的两个端部分别设置一个第三隔磁槽10，U型结构的两个底角处各设置一个第二隔磁槽9。
低矫顽力永磁体5嵌入低矫顽力永磁体槽4中，高矫顽力永磁体7嵌入高矫顽力永磁体槽8中；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽8均为轴向贯穿转子铁心3的空槽，且靠近转子铁心3气隙侧。高矫顽力永磁体槽8为U型结构。
本实施例中U型结构的高矫顽力永磁体槽8包括一个底槽和两个立槽，三个槽中各设置一块高矫顽力永磁体7，立槽中的高矫顽力永磁体7和底槽中的高矫顽力永磁体7之间设置第二隔磁槽9，立槽中的高矫顽力永磁体7的端部设置第三隔磁槽10。
本实施例中第一隔磁槽6为矩形槽，第三隔磁槽10为矩形槽。第一隔磁槽6设置为矩形槽可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁。第三隔磁槽10设置为矩形槽可以减少高矫顽力永磁体7由自身短路产生的漏磁。
U型结构中两个立槽的夹角可调。高矫顽力永磁体7成U型排布，增加了永磁体的用量，提高了电机的功率密度。
在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体7的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相串联，使低矫顽力永磁体5的工作点稳点，电枢绕组2所施加的充磁电流脉冲较小，易实现低矫顽力永磁体5的饱和充磁。在进行去磁时，由于高矫顽力永磁体7的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相并联，使电枢绕组2所施加的去磁电流脉冲较小，易于实现低矫顽力永磁体5的去磁。
实施例2：参见图2，在实施例1的基础上进行改进，第三隔磁槽10的径向截面为梯形。
本实施例这样设置的目的是在转子气隙侧形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少高矫顽力永磁体7由自身短路产生的漏磁，而且减小了相邻的两个磁极间高矫顽力永磁体7之间的漏磁，提高了气隙磁密，电机的功率密度增加。
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 (9)
1.内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，包括定子铁心(1)、电枢绕组(2)、转子铁心(3)和转轴(11)；转子铁心(3)固定在转轴(11)上，电枢绕组(2)位于定子铁心(1)中，定子铁心(1)和转子铁心(3)之间存在径向气隙；
其特征在于，还包括低矫顽力永磁体(5)、高矫顽力永磁体(7)、第一隔磁槽(6)、第二隔磁槽(9)和第三隔磁槽(10)；
转子铁心(3)气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括1块低矫顽力永磁体(5)和三块高矫顽力永磁体(7)，三块高矫顽力永磁体(7)以该磁极转子直轴为对称线对称设置成U型结构，且开口面向径向气隙，U型结构的开口处设置1块低矫顽力永磁体(5)，所述低矫顽力永磁体(5)以该磁极转子直轴为对称线切向排布为一字型结构；
低矫顽力永磁体(5)的两端设置第一隔磁槽(6)，U型结构开口的两个端部分别设置一个第三隔磁槽(10)，U型结构的两个底角处各设置一个第二隔磁槽(9)。
2.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，还包括低矫顽力永磁体槽(4)和高矫顽力永磁体槽(8)，低矫顽力永磁体(5)嵌入低矫顽力永磁体槽(4)中，高矫顽力永磁体(7)嵌入高矫顽力永磁体槽(8)中；低矫顽力永磁体槽(4)和高矫顽力永磁体槽(8)均为轴向贯穿转子铁心(3)的空槽，且靠近转子铁心(3)气隙侧。
3.根据权利要求2所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)为平行充磁，其充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽(4)径向截面的长边，高矫顽力永磁体(7)为平行充磁，其充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽(8)径向截面的长边，且同一磁极下的低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(7)的极性相同，相邻磁极下的低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(7)的极性相反。
4.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，第一隔磁槽(6)为矩形槽，第三隔磁槽(10)为矩形槽或梯形槽。
5.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，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。
6.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，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。
7.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，低矫顽力永磁体(5)与高矫顽力永磁体(7)为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体拼成。
8.根据权利要求1所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，第一隔磁槽(6)、第二隔磁槽(9)和第三隔磁槽(10)内部填充非导磁或非导电材料。
9.根据权利要求8所述内置式一字型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，非导磁材料选用碳纤维。
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