CN109831084A - 内置式双v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
内置式双V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，本发明为解决现有产生径向偏振光和角向偏振光的装置结构复杂，成本高的问题。本发明方案：转子铁心气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体和两块高矫顽力永磁体，两块低矫顽力永磁体以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，内V尖端隔磁槽同时连接两块低矫顽力永磁体，两块高矫顽力永磁体以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，并位于两块低矫顽力永磁体的外部，且位于转子直轴同侧的低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体平行设置，两块高矫顽力永磁体的V型尖端不连通。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置式双V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，提供了一种内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机。
本发明所述内置式双V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12；转子铁心3固定在转轴12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8、内V尖端隔磁槽10、内V气隙侧隔磁槽7、外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11；转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体5和两块高矫顽力永磁体8，两块低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，V型尖端设置内V尖端隔磁槽10，所述内V尖端隔磁槽10同时连接两块低矫顽力永磁体5，每块低矫顽力永磁体5的气隙侧端部设置一个内V气隙侧隔磁槽7；
两块高矫顽力永磁体8以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，并位于两块低矫顽力永磁体5的外部，且位于转子直轴同侧的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8平行设置，两块高矫顽力永磁体8的V型尖端不连通，每块高矫顽力永磁体8的两端分别设置有外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11。
优选地，内V气隙侧隔磁槽7和外V气隙侧隔磁槽6中任一槽为矩形槽或梯形槽。
优选地，内V尖端隔磁槽10采用梯形槽实现。
优选地，还包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在内V尖端隔磁槽10内部，将该梯形槽均分成两部分。中心肋13的优选方案为铁片。
优选地，还包括低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽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8嵌入高矫顽力永磁体槽9中；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽9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8为平行充磁，其充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽9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8的极性相同，相邻两个磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的极性相反。
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。高矫顽力永磁体8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，V型夹角为30-180度。
优选地，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体8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，内V尖端隔磁槽10、内V气隙侧隔磁槽7、外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11内部填充非导磁或非导电材料。可以增加转子的机械强度。非导磁材料的优选方案为碳纤维。
本发明的有益效果：本发明所述内置式双V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及低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一端设置隔磁槽，在进行充去磁时，减小了高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。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双V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；
图3是本发明实施例3结构示意图；
图4是本发明实施例4结构示意图；
图5是本发明实施例5结构示意图；
图6是本发明实施例6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。将同一磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8均放置成内置V型，使低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8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8在转子中的位置进行合理排布，使高矫顽力永磁体8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8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。该双V型串并联混合磁路可调磁通电机调磁能力强，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。
多个隔磁槽可选方案为矩形或梯形，按照其类型提供以下实施例。
实施例1：参见图1，所述电机包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3、转轴12、低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体8、内V尖端隔磁槽10、内V气隙侧隔磁槽7、外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11；转子铁心3固定在转轴12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，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体5和两块高矫顽力永磁体8，两块低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，V型尖端设置内V尖端隔磁槽10，所述内V尖端隔磁槽10同时连接两块低矫顽力永磁体5，每块低矫顽力永磁体5的气隙侧端部设置一个内V气隙侧隔磁槽7；
两块高矫顽力永磁体8以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，并位于两块低矫顽力永磁体5的外部，且位于转子直轴同侧的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8平行设置，两块高矫顽力永磁体8的V型尖端不连通，每块高矫顽力永磁体8的两端分别设置有外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11。
低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的厚度、在转子内的相对位置应在考虑电机的功率密度、充去磁难度、运行范围等因素后合理确定。
本实施例中，内V尖端隔磁槽10为梯形槽，同时连接两个低矫顽力永磁体5，位于两个低矫顽力永磁体5形成的V型尖端处；内V气隙侧隔磁槽7、外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11均为矩形槽。在永磁体两端设置隔磁槽的目的是为了减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁。
低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8均成V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8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8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，还包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在内V尖端隔磁槽10内部，将该梯形槽均分成两部分。
本实施例设置中心肋13的目的是提高转子的机械强度。中心肋13的宽度可以在综合考虑电机的机械强度和电磁性能等要求后合理选择。
实施例3：参见图3，在实施例1的基础上进行改进，内V尖端隔磁槽10为梯形槽，同时连接两个低矫顽力永磁体5，位于两个低矫顽力永磁体5形成的V型尖端处；外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11均为矩形槽。内V气隙侧隔磁槽7替换为梯形槽。
本实施例在在转子气隙侧设置梯形的隔磁槽的目的是为了形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。
实施例4：参见图4，在实施例2的基础上进行改进，内V尖端隔磁槽10为梯形槽，且中间设置有中心肋13；外V气隙侧隔磁槽6和外V转轴侧隔磁槽11均为矩形槽。内V气隙侧隔磁槽7替换为梯形槽。
本实施例在在转子气隙侧设置梯形的隔磁槽的目的是为了形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。
实施例5：参见图5，在实施例3的基础上进行改进，内V尖端隔磁槽10为梯形槽，同时连接两个低矫顽力永磁体5，位于两个低矫顽力永磁体5形成的V型尖端处；外V转轴侧隔磁槽11为矩形槽。外V气隙侧隔磁槽6和内V气隙侧隔磁槽7都替换为梯形槽。
本实施例在转子气隙侧设置梯形的隔磁槽的目的是为了形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。
相比实施例3，随着磁桥的数量增加，其效果更优秀。
实施例6：参见图6，在实施例5的基础上进行改进，内V尖端隔磁槽10为梯形槽，且中间设置有中心肋13；外V转轴侧隔磁槽11为矩形槽。外V气隙侧隔磁槽6和内V气隙侧隔磁槽7都替换为梯形槽。
本实施例设置中心肋13的目的是提高转子的机械强度。中心肋13的宽度可以在综合考虑电机的机械强度和电磁性能等要求后合理选择。
本实施例在转子气隙侧设置梯形的隔磁槽的目的是为了形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。
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.内置式双V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(12)；转子铁心(3)固定在转轴(12)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(8)、内V尖端隔磁槽(10)、内V气隙侧隔磁槽(7)、外V气隙侧隔磁槽(6)和外V转轴侧隔磁槽(11)；转子铁心(3)气隙侧本体内置多块永磁体构成P对磁极，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体(5)和两块高矫顽力永磁体(8)，两块低矫顽力永磁体(5)以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，V型尖端设置内V尖端隔磁槽(10)，所述内V尖端隔磁槽(10)同时连接两块低矫顽力永磁体(5)，每块低矫顽力永磁体(5)的气隙侧端部设置一个内V气隙侧隔磁槽(7)；
两块高矫顽力永磁体(8)以该磁极转子直轴为对称线对称设置成V型，并位于两块低矫顽力永磁体(5)的外部，且位于转子直轴同侧的低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(8)平行设置，两块高矫顽力永磁体(8)的V型尖端不连通，每块高矫顽力永磁体(8)的两端分别设置有外V气隙侧隔磁槽(6)和外V转轴侧隔磁槽(11)。
2.根据权利要求1所述内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，内V气隙侧隔磁槽(7)和外V气隙侧隔磁槽(6)中任一槽为矩形槽或梯形槽。
3.根据权利要求2所述内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，内V尖端隔磁槽(10)采用梯形槽实现。
4.根据权利要求3所述内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，还包括中心肋(13)，中心肋(13)沿转子直轴方向设置在内V尖端隔磁槽(10)内部，将该梯形槽均分成两部分。
5.根据权利要求1所述内置式双V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(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(8)嵌入高矫顽力永磁体槽(9)中；低矫顽力永磁体槽(4)和高矫顽力永磁体槽(9)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。
6.根据权利要求5所述内置式双V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(8)为平行充磁，其充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽(9)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(8)的极性相同，相邻两个磁极下的低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(8)的极性相反。
7.根据权利要求1所述内置式双V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，高矫顽力永磁体(8)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所述内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，V型夹角为60～180度。
9.根据权利要求1所述内置式双V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(8)为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体拼成。
10.根据权利要求1所述内置式双V型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机，其特征在于，内V尖端隔磁槽(10)、内V气隙侧隔磁槽(7)、外V气隙侧隔磁槽(6)和外V转轴侧隔磁槽(11)内部填充非导磁或非导电材料。
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