CN109951039A - 内置式反w型混合永磁可调磁通永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

内置式反W型混合永磁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：转子铁心气隙侧本体内置反W型永磁结构形成P对磁极，每个磁极包括两块低矫顽力永磁体和两块高矫顽力永磁体，四块永磁体构成以转子直轴为对称线的反W型结构，两块低矫顽力永磁体对称设置在内部，两块高矫顽力永磁体对称设置在外部；两块低矫顽力永磁体交界处设置W中心隔磁槽，两块高矫顽力永磁体的外端分别设置一个W端部隔磁槽，低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体的交界处设置W双底隔磁槽。

Description

内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种内置式反W型混合永磁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，提供了一种内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机。

本发明所述内置式反W型混合永磁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、W中心隔磁槽、W端部隔磁槽和W双底隔磁槽；

转子铁心3气隙侧本体内置反W型永磁结构形成P对磁极，每个磁极包括两块低矫顽力永磁体5和两块高矫顽力永磁体8，四块永磁体构成以转子直轴为对称线的反W型结构，两块低矫顽力永磁体5对称设置在内部，两块高矫顽力永磁体8对称设置在外部；两块低矫顽力永磁体5交界处设置W中心隔磁槽，两块高矫顽力永磁体8的外端分别设置一个W端部隔磁槽，低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的交界处设置W双底隔磁槽。

优选地，还包括交轴隔磁槽14，在相邻两个磁极交界处的转子交轴上设置交轴隔磁槽14，该交轴隔磁槽14嵌入转子铁心3气隙侧本体内。

优选地，W中心隔磁槽由第一梯形槽10实现，该槽同时连接两块低矫顽力永磁体5的W内顶形成端。

优选地，还包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在第一梯形槽10内部，将该槽均分成两部分。中心肋13的优选方案为铁片。

优选地，W双底隔磁槽由第二梯形槽15实现，第二梯形槽15同时连接低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8，第二梯形槽15用于在转子气隙侧形成磁桥；

或W双底隔磁槽由第一矩形槽6和第二矩形槽7实现，第一矩形槽6设置在高矫顽力永磁体8的双底形成端，第二矩形槽7设置在低矫顽力永磁体5的双底形成端，第一矩形槽6和第二矩形槽7之间不连通。

优选地，W端部隔磁槽由第三矩形槽11实现，两块高矫顽力永磁体8的外端部各设置一个第三矩形槽11。

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，同一磁极下两块低矫顽力永磁体5的夹角为60～180度，两块高矫顽力永磁体8的夹角为30-180度。

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；如铝镍钴永磁材料或铁氧体永磁材料等。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。如钕铁硼永磁材料等。

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，W中心隔磁槽、W端部隔磁槽和W双底隔磁槽内部填充碳纤维等非导磁或非导电材料。可以增加转子的机械强度。

本发明的有益效果：本发明所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机可以增加并联磁路型可调磁通电机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。每个磁极下的两块高矫顽力永磁体与两块低矫顽力永磁体为并联型磁通路径，由于高矫顽力永磁体与低矫顽力永磁体之间设置有隔磁槽，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，调磁电流小，更容易实现饱和充去磁，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，同一磁极下的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。在转子交轴方向放置隔磁槽，相邻两个磁极间高矫顽力永磁体短路产生的漏磁减少，使功率密度增加。

附图说明

图1是本发明所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机的实施例1结构示意图；

图2是实施例2结构示意图；

图3是实施例3结构示意图；

图4是实施例4结构示意图；

图5是实施例5结构示意图；

图6是实施例6结构示意图；

图7是实施例7结构示意图；

图8是实施例8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，且磁通路径为并联型。将同一磁极下的低矫顽力永磁体以转子直轴为对称线对称放置成V型，高矫顽力永磁体放置在低矫顽力永磁体两侧，并放置成反V型，同一磁极下的低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体放置成反W型，低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体的体积增加，可增大功率密度；将低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体在转子中的位置进行合理排布，并设置隔磁槽，提高电机的调磁能力、调速范围、功率密度。该内置式反W型混合永磁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，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、W中心隔磁槽、W端部隔磁槽和W双底隔磁槽；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气隙侧本体内置反W型永磁结构形成P对磁极，每个磁极包括两块低矫顽力永磁体5和两块高矫顽力永磁体8，四块永磁体构成以转子直轴为对称线的反W型结构，两块低矫顽力永磁体5对称设置在内部，两块高矫顽力永磁体8对称设置在外部；两块低矫顽力永磁体5交界处设置W中心隔磁槽，两块高矫顽力永磁体8的外端分别设置一个W端部隔磁槽，低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的交界处设置W双底隔磁槽。

W双底隔磁槽由第一矩形槽6和第二矩形槽7实现，第一矩形槽6和第二矩形槽7之间不连通。W端部隔磁槽由第三矩形槽11实现。W中心隔磁槽由第一梯形槽10实现，该槽同时连接两块低矫顽力永磁体5的W内顶形成端。两块低矫顽力永磁体5的夹角为90度，两块高矫顽力永磁体8的夹角为90度。

低矫顽力永磁体5呈V型排布，高矫顽力永磁体8呈反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通过低矫顽力永磁体5的漏磁较少，几乎不影响低矫顽力永磁体5的工作点，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的磁通与低矫顽力永磁体5的磁通相并联，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的饱和去磁。

实施例2：参见图2，在实施例1的基础上进行改进，进一步包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在第一梯形槽10内部，将该槽均分成两部分。

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，进一步包括轴隔磁槽14，在相邻两个磁极交界处的转子交轴上设置交轴隔磁槽14，该交轴隔磁槽14嵌入转子铁心1气隙侧本体内。

本实施例设置交轴隔磁槽14的目的是为了减少相邻两个磁极间不同极性的高矫顽力永磁体8短路产生的漏磁，提高气隙磁密，提高功率密度。

实施例4：参见图4，在实施例3的基础上进行改进，进一步包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在第一梯形槽10内部，将该槽均分成两部分。

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5：参见图5，W双底隔磁槽由第二梯形槽15实现，第二梯形槽15同时连接低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8，第二梯形槽15用于在转子气隙侧形成磁桥；W端部隔磁槽由第三矩形槽11实现。W中心隔磁槽由第一梯形槽10实现，该槽同时连接两块低矫顽力永磁体5的W内顶形成端。两块低矫顽力永磁体5的夹角为90度，两块高矫顽力永磁体8的夹角为90度。

本实施例在W双底处设置磁桥的目的，通过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，更容易实现饱和充去磁，电机的调速范围更宽。

实施例6：参见图6，在实施例5的基础上进行改进，进一步包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在第一梯形槽10内部，将该槽均分成两部分。

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7：参见图7，在实施例1的基础上进行改进，增大两块高矫顽力永磁体8的夹角为至180度。

本实施例进一步增大夹角，令两块高矫顽力永磁体8的排布成一字型，能进一步减少高矫顽力永磁体8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8短路产生的漏磁，提高了气隙磁密，电机的功率密度增加。

实施例8，参见图8，在实施例7的基础上进行改进，进一步包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在第一梯形槽10内部，将该槽均分成两部分。

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。

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 (11)

1.内置式反W型混合永磁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)、W中心隔磁槽、W端部隔磁槽和W双底隔磁槽；

转子铁心(3)气隙侧本体内置反W型永磁结构形成P对磁极，每个磁极包括两块低矫顽力永磁体(5)和两块高矫顽力永磁体(8)，四块永磁体构成以转子直轴为对称线的反W型结构，两块低矫顽力永磁体(5)对称设置在内部，两块高矫顽力永磁体(8)对称设置在外部；两块低矫顽力永磁体(5)交界处设置W中心隔磁槽，两块高矫顽力永磁体(8)的外端分别设置一个W端部隔磁槽，低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(8)的交界处设置W双底隔磁槽。

2.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机，其特征在于，还包括交轴隔磁槽(14)，在相邻两个磁极交界处的转子交轴上设置交轴隔磁槽(14)，该交轴隔磁槽(14)嵌入转子铁心(3)气隙侧本体内。

3.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机，其特征在于，W中心隔磁槽由第一梯形槽(10)实现，该槽同时连接两块低矫顽力永磁体(5)的W内顶形成端。

4.根据权利要求3所述内置式反W型混合永磁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第一梯形槽(10)内部，将该槽均分成两部分。

5.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机，其特征在于，W双底隔磁槽由第二梯形槽(15)实现，第二梯形槽(15)同时连接低矫顽力永磁体(5)和高矫顽力永磁体(8)，第二梯形槽(15)用于在转子气隙侧形成磁桥；

或W双底隔磁槽由第一矩形槽(6)和第二矩形槽(7)实现，第一矩形槽(6)设置在高矫顽力永磁体(8)的双底形成端，第二矩形槽(7)设置在低矫顽力永磁体(5)的双底形成端，第一矩形槽(6)和第二矩形槽(7)之间不连通。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机，其特征在于，W端部隔磁槽由第三矩形槽(11)实现，两块高矫顽力永磁体(8)的外端部各设置一个第三矩形槽(11)。

7.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁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。

8.根据权利要求7所述内置式反W型混合永磁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)低矫顽力永磁体(5)的极性相反。

9.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁可调磁通永磁同步电机，其特征在于，同一磁极下两块低矫顽力永磁体(5)的夹角为60～180度，两块高矫顽力永磁体(8)的夹角为30-180度。

10.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁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。

11.根据权利要求1所述内置式反W型混合永磁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。