CN114465383A - 一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，包括永磁体、换向绕组和转子铁心，其中永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，换向绕组包括第一换向绕组和第二换向绕组；转子有8个V型的磁极，每个磁极有4块永磁体；可换向的第一永磁体和第二永磁体及其周围的圆形铁心能够分别绕各自圆心旋转；在可换向的永磁体处以交叉的方式布置第一换向绕组和第二换向绕组。本发明的优点在于转子磁极数可以变化，以适应高转矩低转速的起动工作状况和小转矩高转速恒定输出的工作状况。

Description

一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子
技术领域
本发明属于永磁同步电机领域，具体涉及一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子。
背景技术
电机作为新能源汽车的动力来源，在电动汽车领域有着举足轻重的地位，电动汽车的整车性能取决于其驱动电机的性能。永磁同步电机具有效率高、结构简单、体积小、噪声小、质量轻等优点，因此在电动汽车领域应用广泛。但是由于永磁同步电机磁极数量固定，很难适应汽车行驶过程中车速和负载变化较大的复杂工况，因此提出一种可以调节磁极数量的转子具有重要理论意义和应用价值。
目前已有一些可以调节磁极数量的转子的方案被提出。例如：申请号：CN202020609195.0，一种极数可调的转子冲片和永磁同步电机，公开了一种极数可调的定子冲片，通过改变放置永磁体的径向槽的数量，能够改变转子冲片的磁极，以实现转子冲片极数的调整。但是该方法只能在电机装机的时候改变磁极数量，无法在电机运行中改变磁极数量。
本发明提出了一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其永磁体可以转动以改变永磁体的方向，从而改变有效磁极的数量，以适应高转矩低转速的起动工作状况和小转矩高转速恒定输出的工作状况。转子有8个V型的磁极，每个磁极有4块永磁体，其中位于V型根部的两块第一永磁体使用钕铁硼材料，其余部分的第二永磁体使用铁氧体材料；可换向的第一永磁体和第二永磁体及其周围的圆形铁心能够分别绕各自圆心旋转；可换向的永磁体换向后磁极数量改变，以适应不同转矩和转速的工作状况，并且改善了转子内部的磁路。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的上述技术。
发明内容
本发明针对永磁同步电机难以适应起动时大转矩的工况和高转速小转矩的工况，提出了一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子。
本发明采用如下技术方案：
一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
包括永磁体、换向绕组和转子铁心，其中永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，换向绕组包括第一换向绕组和第二换向绕组；
所述转子有8个V型的磁极，每个磁极有4块永磁体，其中位于V型根部的两块第一永磁体使用钕铁硼材料，其余部分的第二永磁体使用铁氧体材料，所有永磁体的充磁方向垂直于永磁体的长边；
指定一个磁极为参考磁极，参考磁极上所有永磁体的S极靠近转子圆心，参考磁极上的永磁体是不可换向的永磁体，与参考磁极相邻的两个磁极上靠近参考磁极的4个永磁体是不可换向的永磁体，靠近转子圆心的一侧是永磁体的N极，其余永磁体均可换向；
可换向的第一永磁体和第二永磁体及其周围的圆形铁心能够分别绕各自圆心旋转；
分别在第一永磁体和第二永磁体充磁方向的中线上且在圆形铁心外开换向孔，换向孔用作布置第一换向绕组和第二换向绕组，其中V型根部内侧换向孔的圆心是该磁极上的第一永磁体充磁方向的中线与该磁极对称轴的交点，V型顶部外侧换向孔的圆心是相邻磁极可换向的第二永磁体的延伸线的交点，以交叉的方式布置第一换向绕组和第二换向绕组，其中经过V型根部内侧换向孔和V型顶部外侧换向孔的绕组为第一换向绕组，另一绕组为第二换向绕组。
如上所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
所述的第一换向绕组和第二换向绕组均可以正向或反向通电，可换向的永磁体在换向绕组产生的励磁磁场的牵引下带动的圆形铁心转动，以实现永磁体旋转180°。
如上所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
转子极数为8极时，把参考磁极靠近转子圆心的一侧为S极作为基准，相邻磁极的永磁体靠近转子圆心的一侧磁性相反；
转子极数为4极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为S极，与参考磁极间隔90°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，与参考磁极相邻的两个磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极，与参考磁极间隔135°的磁极上的永磁体靠近参考磁极的一侧为S极；
转子极数为2极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，除参考磁极和与其相隔180°的磁极外，其余磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极。
如上所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
磁极数量变换分为8极/4极变换和4极/2极变换，通过将不同极数下磁极方向不同的永磁体旋转180°，完成8极/4极变换或4极/2极变换。
本发明的有益效果如下：
1.通过改变有效磁极数量，以分别适应高速和低速不同的工况；
2.通过改变有效磁极数量，以分别适应输出转矩大和输出转矩小的工况；
3. 第二永磁体使用铁氧体材料，降低电机磁极成本；
4.磁极数量改变的同时无效磁极永磁体具有引导磁路的作用，可以改善转子内部磁路；
5.第二永磁体使用铁氧体材料，减小了永磁体高温退磁的风险。
附图说明
图1是本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子结构示意图。其中：1 转子铁心、2 第一永磁体、3 第二永磁体、4 第一换向绕组、5 第二换向绕组。
图2是本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子去除绕组后的结构示意图。
图3为本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子磁极数量为8时的磁路示意图。
图4为本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子磁极数量为4时的磁路示意图。
图5为本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子磁极数量为2时的磁路示意图。
图6为本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子有效磁极消失示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子结构示意图。所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子包括：转子铁心1、永磁体和换向绕组，其中永磁体分为第一永磁体2、第二永磁体3，换向绕组包括第一换向绕组4和第二换向绕组5。
所述转子有8个V型的磁极，每个磁极有4块永磁体，其中位于V型根部的两块第一永磁体2使用钕铁硼材料，其余部分的第二永磁体3使用铁氧体材料，所有永磁体的充磁方向垂直于长边。
指定一个磁极为参考磁极（图1最上方的磁极），参考磁极上所有永磁体的S极靠近转子圆心，参考磁极上的永磁体是不可换向的永磁体，与参考磁极相邻的两个磁极上靠近参考磁极的4个永磁体是不可换向的永磁体，靠近转子圆心的一侧是永磁体的N极，其余永磁体均可换向。
能够换向的第一永磁体和第二永磁体及其周围的圆形铁心能够分别绕各自圆心旋转。
图2是本发明一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子去除绕组后结构示意图，分别在第一永磁体和第二永磁体充磁方向的中线上且在圆形铁心外开换向孔，换向孔用作布置第一换向绕组和第二换向绕组，其中V型根部内侧换向孔的圆心是该磁极上的第一永磁体充磁方向的中线与该磁极对称轴的交点，V型顶部外侧换向孔的圆心是相邻磁极可换向的第二永磁体的延伸线的交点，以交叉的方式布置第一换向绕组4、第二换向绕组5，其中经过V型根部内侧换向孔和V型顶部外侧换向孔的绕组为第一换向绕组4，另一绕组为第二换向绕组5。
所述的第一换向绕组4、第二换向绕组5均可以正向或反向通电，可换向的永磁体在换向绕组产生的励磁磁场的牵引下带动的圆形铁心转动，以实现永磁体旋转180°。
转子极数为8极时，把参考磁极靠近转子圆心的一侧为S极作为基准，相邻磁极的永磁体靠近转子圆心的一侧磁性相反；
转子极数为4极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为S极，与参考磁极间隔90°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，与参考磁极相邻的两个磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极，与参考磁极间隔135°的磁极上的永磁体靠近参考磁极的一侧为S极；
转子极数为2极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，除参考磁极和与其相隔180°的磁极外，其余磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极。
磁极数量变换分为8极/4极变换和4极/2极变换，通过将不同极数下磁极方向不同的永磁体旋转180°，完成8极/4极变换或4极/2极变换。
图3、图4、图5所示分别为有效磁极数量为8极、4极、2极时的磁路。
可换向的永磁体旋转180°后能够改变转子内部磁路。
图6所示为有效磁极消失示意图，当一个磁极上某一侧的第一永磁体2和第二永磁体3旋转180°时，该磁极对外不显磁性。
下面对本发明提出的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子进行工作原理的说明。
本发明所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，当转子转速达到一定值后，分别给需要换向的永磁体对应的第一换向绕组4和第二换向绕组5通电，在需要换向的永磁体处第一换向绕组4和第二换向绕组5先后产生励磁磁场，通电顺序与通电方向根据永磁体当前的方向确定，需要换向的永磁体在换向绕组产生的励磁磁场的牵引下带动圆形铁心旋转180°实现永磁体换向，永磁体旋转180°后对外产生的磁场改变，并且对转子内部的磁路具有导向作用，可以改善转子内部磁路。本发明可以通过改变转子磁极数量，使电机适应更宽的调速范围和更大的转矩变化，并且可以通过改变永磁体方向改善转子内部的磁路。

Claims (4)

1.一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
包括永磁体、换向绕组和转子铁心，其中永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，换向绕组包括第一换向绕组和第二换向绕组；
所述转子有8个V型的磁极，每个磁极有4块永磁体，其中位于V型根部的两块第一永磁体使用钕铁硼材料，其余部分的第二永磁体使用铁氧体材料，所有永磁体的充磁方向垂直于永磁体长边；
指定一个磁极为参考磁极，参考磁极上所有永磁体的S极靠近转子圆心，参考磁极上的永磁体是不可换向的永磁体，与参考磁极相邻的两个磁极上靠近参考磁极的4个永磁体是不可换向的永磁体，靠近转子圆心的一侧是永磁体的N极，其余永磁体均可换向；
可换向的第一永磁体和第二永磁体及其周围的圆形铁心能够分别绕各自圆心旋转；
分别在第一永磁体和第二永磁体充磁方向的中线上且在圆形铁心外开换向孔，换向孔用作布置第一换向绕组和第二换向绕组，其中V型根部内侧换向孔的圆心是该磁极上的第一永磁体充磁方向的中线与该磁极对称轴的交点，V型顶部外侧换向孔的圆心是相邻磁极可换向的第二永磁体的延伸线的交点，以交叉的方式布置第一换向绕组和第二换向绕组，其中经过V型根部内侧换向孔和V型顶部外侧换向孔的绕组为第一换向绕组，另一绕组为第二换向绕组。
2.如权利要求1所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
所述的第一换向绕组和第二换向绕组均可以正向或反向通电，可换向的永磁体在换向绕组产生的励磁磁场的牵引下带动圆形铁心转动，以实现永磁体旋转180°的效果。
3.如权利要求1所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
转子极数为8极时，以参考磁极上的永磁体方向作为基准，相邻磁极的永磁体靠近转子圆心的一侧磁性相反；
转子极数为4极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为S极，与参考磁极间隔90°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，与参考磁极相邻的两个磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极，与参考磁极间隔135°的磁极上的永磁体靠近参考磁极的一侧为S极；
转子极数为2极时，与参考磁极间隔180°的磁极上的永磁体靠近转子圆心的一侧为N极，除参考磁极和与其相隔180°的磁极外，其余磁极上的所有永磁体靠近参考磁极的一侧为N极。
4.如权利要求1所述的一种通过旋转永磁体调节磁极数量的转子，其特征在于：
磁极数量变换分为8极/4极变换和4极/2极变换，通过将不同极数下磁极方向不同的永磁体旋转180°，完成8极/4极变换或4极/2极变换。
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