CN109904960A - 一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，所述转子包括转子铁芯、嵌入铁芯内且沿铁芯周向均匀布置的多对第一永磁体、多个第二永磁体；所述第一永磁体为固定永磁体；所述第二永磁体可沿铁芯径向来回运动；所述铁芯内设有多个驱动机构，所述驱动机构与第二永磁体相连，用以驱动第二永磁体沿铁芯径向来回运动。本发明可调节电机气隙磁密大小，降低了电机损耗和成本，提高了电机工作效率。

Description

一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子。

背景技术

永磁同步电机主要包括定子和转子两部分。定子上绕有三相绕组，转子上设有永磁体。定子绕组通电产生旋转磁场后与永磁体产生的固定磁场在气隙中相互作用，使得转子发生旋转，输出转矩。永磁同步电机转子通常连接输出轴，以输出动力。根据负载情况不同，输出轴所需输出的动力大小发生变化，因此需要通过改变永磁同步电机定子绕组中电流大小，以改变定子和转子之间相互作用力的大小，从而使转子输出大小不同的转矩。现有技术中，永磁同步电机的转子中设置固定永磁体，根据驱动设备需求，电机控制器控制定子三相绕组中电流的大小，改变旋转磁场强度，以输出大小不同的转矩。当电机输出转矩频繁变化时，绕组中电流也需要频繁变化，这将导致电磁噪声，增大电机转矩波动，增加电机损耗，降低电机效率，使得电机发热严重；电流的频繁变化也会使得电机控制算法复杂，增加电机控制难度；电流的频繁变化还会增加电机控制器工作损耗，降低电机控制器使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，以调节电机气隙磁密大小，降低电机损耗和成本，提高电机工作效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，所述转子包括转子铁芯、嵌入铁芯内且沿铁芯周向均匀布置的多对第一永磁体、多个第二永磁体；所述第一永磁体为固定永磁体；所述第二永磁体可沿铁芯径向来回运动；所述铁芯内设有多个驱动机构，所述驱动机构与第二永磁体相连，用以驱动第二永磁体沿铁芯径向来回运动。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明通过设置第一永磁体提供固定磁通，设置第二永磁体提供可变磁通，在电机定子电流不变的情况下，调整第二永磁体位置，改变电机输出转矩变化，能够实现电机损耗的降低，提高电机效率。

(2)本发明通过永磁体位置的变化代替电机定子绕组中电流的变化，降低电机控制算法的难度，实现电机控制算法的简化。

(3)本发明通过永磁体位置的变化代替电机定子绕组中电流的变化，降低因电流频繁变化而造成的电机控制器功耗，提高电机控制器的使用寿命。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明气隙磁密可调的大功率用永磁同步电机转子沿轴向方向结构示意图。

图2为图1所示图1所示A区域的放大图。

图3(a-b)为永磁体驱动机构7不同位置示意图。

图4为永磁体位置变化时电机气隙磁密波形图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1、图2、图3(a-b)、图4，本发明的一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，所述转子1包括转子铁芯2、嵌入铁芯内且沿铁芯周向均匀布置的多对第一永磁体3、多个第二永磁体4；所述第一永磁体3为固定永磁体；所述第二永磁体4可沿铁芯径向来回运动；所述铁芯2内设有多个驱动机构7，所述驱动机构7与第二永磁体4相连，用以驱动第二永磁体4沿铁芯2径向来回运动。

进一步的，所述铁芯2上设有多个矩形通槽6，所述矩形通槽2沿铁芯2周向均匀布置，且沿铁芯2轴向贯穿铁芯2；所述驱动机构7、第二永磁体4均设置在矩形通槽6内。

进一步的，所述铁芯2上设有多个安装槽5，安装槽5沿铁芯2周向均匀布置且呈V字波浪形，所述第一永磁体3设置在安装槽5内。

作为一种实施方式，所述第二永磁体4设置在第一永磁体3的外圈，所述第二永磁体4设置在相邻的两个第一永磁体3之间；所述第一永磁体3和第二永磁体4共同组成一个磁极结构，所述第一永磁体3提供固定磁通，以产生一定幅值的气隙磁密，满足大功率永磁电机所需的基本磁密需求；所述第二永磁体4提供可变磁通，用以调整永磁电机气隙磁密大小，满足不同转矩输出需求。

进一步的，所述驱动机构7为直线步进电机、液压缸、气缸、电动缸、丝杠机构等直线运行机构。

进一步的，所述转子铁芯2由导磁材料制成。转子铁芯2一般由硅钢片压制而成，硅钢片具有较大的磁导率，所述第一永磁体3和第二永磁体4由永磁材料制成，第一永磁体3和第二永磁体4的永磁材料可以相同，也可以不同。

本发明的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，转子铁芯2磁导率很高，当第一永磁体3和第二永磁体4插设至转子铁芯2中时，整个转子1可以视为能够产生磁场的磁体。当电机通入三相交流电，电机定子产生旋转磁场，该旋转磁场与转子1磁场相互作用，产生转矩，即永磁同步电机的电磁转矩。电机定子一般固定不动，则转子1能够在该电磁转矩的作用下发生旋转，输出动力。定子和转子1所产生的磁场的磁场强度较大时，永磁同步电机可以输出较大的电磁转矩；定子和转子1所产生的磁场的磁场强度较小时，永磁同步电机可以输出较小的电磁转矩。

结合图2当第二永磁体4朝向转子径向方向外侧运动，第二永磁体4靠近电机气隙，相当于永磁同步电机气隙减小，气隙磁阻变小，气隙磁密增强，在定子磁场不变的情况下，电机定子和转子1之间的相互作用增强，提高了永磁电机的输出转矩。第二永磁体4朝向转子径向方向内侧运动，第二永磁体4远离电机气隙，相当于永磁同步电机气隙增大，气隙磁阻变大，气隙磁密减弱，在定子磁场不变的情况下，电机定子和转子1之间的相互作用减弱，减小了永磁电机的输出转矩。

结合图4，所述第一永磁体3和所述第二永磁体4与相邻永磁体磁极结构形成一对磁极在电机气隙中形成呈正弦分布的气隙磁密，第二永磁体4位置的变化将会影响气隙磁密大小的变化，进而改变电机输出转矩的变化。当第二永磁体4处于转子1径向方向最内侧时，电机气隙磁密最小，气隙磁密分布如图中虚线所示，当第二永磁体4处于转子1径向方向最外侧时，电机气隙磁密最大，气隙磁密分布如图中实线所示。

Claims (6)

1.一种气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述转子包括转子铁芯(2)、嵌入铁芯内且沿铁芯周向均匀布置的多对第一永磁体(3)、多个第二永磁体(4)；所述第一永磁体(3)为固定永磁体；所述第二永磁体(4)可沿铁芯径向来回运动；所述铁芯(2)内设有多个驱动机构(7)，所述驱动机构(7)与第二永磁体(4)相连，用以驱动第二永磁体(4)沿铁芯(2)径向来回运动。

2.根据权利要求1所述的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述铁芯(2)上设有多个矩形通槽(6)，所述矩形通槽(2)沿铁芯(2)周向均匀布置，且沿铁芯(2)轴向贯穿铁芯(2)；所述驱动机构(7)、第二永磁体(4)均设置在矩形通槽(6)内。

3.根据权利要求1所述的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述铁芯(2)上设有多个安装槽(5)，安装槽(5)沿铁芯(2)周向均匀布置且呈V字波浪形，所述第一永磁体(3)设置在安装槽(5)内。

4.根据权利要求3所述的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述第二永磁体(4)设置在第一永磁体(4)的外圈，所述第二永磁体(4)设置在相邻的两个第一永磁体(3)之间。

5.根据权利要求1所述的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述驱动机构(7)为直线运行机构。

6.根据权利要求1所述的气隙磁密可调的永磁同步电机的转子，其特征在于，所述转子铁芯(2)由导磁材料制成。