CN209860685U - V字型复合永磁电机 - Google Patents

Abstract

一种V字型复合永磁电机，涉及电机技术领域，所解决的是提高弱磁扩速能力的技术问题。该电机包括定子、转子，所述转子上设有多个永磁单元，各个永磁单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个永磁单元均被转子的直轴分为对称的两半；所述永磁单元包括V字型的永磁槽，及嵌置在V字型永磁槽内的两个复合磁体，并且永磁槽内的两个复合磁体布设成V字型，所述复合磁体由第一永磁体、第二永磁体层叠而成，并且第一永磁体位于第二永磁体的外侧，并且第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。本实用新型提供的电机，能满足电动汽车、混合动力汽车驱动要求。

Description

V字型复合永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术，特别是涉及一种V字型复合永磁电机的技术。

背景技术

电动汽车驱动系统都采用内置式永磁同步电机（IPMSM）作为动力源，内置式永磁同步电机采用永磁体励磁，其磁场恒定，不能调节，因此存在着弱磁扩速能力困难的缺陷。电机参数和尺寸一定时，转速随电压增加而上升，在基速以上的恒功率运行区域，随着转速升高，由于供电电压的限制（电动汽车用电机由电池供电），难以恒功率提速；此外，在电机的直轴（d轴）上，永磁体的磁导率接近空气，直轴电感Ld小，增加弱磁升速的困难。

现有的内置式永磁同步电机必须通过弱磁，通过调节定子电流（即增加定子直轴去磁电流分量-Id）来获得磁阻转矩，以电机气隙磁场的减弱来等价于直接减弱励磁磁场来达到弱磁，弱磁扩速范围窄，定子损耗大，系统（电机和控制器）效率低，同时增加直轴电枢电流-Id将导致磁钢不可逆退磁风险，加厚磁钢又将增加转子离心力和成本。因此现有的内置式永磁同步电机存在着功率和转矩密度低，高速恒功率范围窄、转矩波动大、过载能力和系统效率低、磁钢退磁风险大和可靠性差等缺陷，这些缺陷制约着驱动电机的研发及其产业化进步。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种弱磁扩速能力好的V字型复合永磁电机。

为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种V字型复合永磁电机，包括定子、转子，所述转子上设有多个永磁单元，各个永磁单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个永磁单元均被转子的直轴分为对称的两半；其特征在于：

所述永磁单元包括V字型的永磁槽，及嵌置在V字型永磁槽内的两个复合磁体，并且永磁槽内的两个复合磁体布设成V字型，所述复合磁体由第一永磁体、第二永磁体层叠而成，并且第一永磁体位于第二永磁体的外侧，并且第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。

进一步的，第一永磁体的长度与第二永磁体的长度相同。

进一步的，第一永磁体的厚度小于第二永磁体的厚度。

进一步的，第二永磁体的厚度是第一永磁体的厚度的1.6～2.0倍。

进一步的，转子上还设有多个磁障单元，各个磁障单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个磁障单元均被转子的交轴分成对称的两半，每个磁障单元包括两个内层磁障槽，两个内层磁障槽是弧顶朝内且半径相异的弧线形槽，并且两个内层磁障槽沿转子的径向从内至外同心布设。

进一步的，每个磁障单元还包括一个表面磁障槽，表面磁障槽是开设在转子周面的向内凹陷的凹槽。

本实用新型提供的V字型复合永磁电机，利用钕铁硼和铝镍钴永磁材料的矫顽力特性差异，组成磁路上串联的复合磁体永磁转子，既能获得较高的气隙磁通，提高效率和功率、转矩密度，又能通过定子直轴电流矢量脉冲产生的直轴电枢反应磁动势，来调控永磁槽内复合磁体中，矫顽力低的铝镍钴去磁和磁化程度，使一部分主磁通通过铝镍钴局部旁路，变成漏磁通，达到弱磁扩速，低速恒转矩运行，高速恒功率运行，并获得比现有永磁同步电机更宽广的恒功率速度范围，使电机综合品质大幅度提高，实现高功率密度、宽调速、快响应、频繁启动和平稳运行，满足电动汽车、混合动力汽车驱动要求。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的V字型复合永磁电机的径向截面示意图；

图2是本实用新型第二实施例的V字型复合永磁电机的局部径向截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围，本实用新型中的顿号均表示和的关系，本实用新型中的英文字母区分大小写。

如图1所示，本实用新型第一实施例所提供的一种V字型复合永磁电机，包括定子21、转子22，所述转子22上设有多个永磁单元，各个永磁单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个永磁单元均被转子的直轴（磁极中心线，d轴）分为对称的两半；其特征在于：

所述永磁单元包括V字型的永磁槽，及嵌置在V字型永磁槽内的两个一字型复合磁体，并且永磁槽内的两个复合磁体布设成V字型，所述复合磁体由第一永磁体231、第二永磁体232层叠而成，并且第一永磁体231位于第二永磁体232的外侧（朝向转子外圆一侧为外侧），并且第一永磁体231的矫顽力大于第二永磁体232的矫顽力，并且在转子的径向截面中，第一永磁体231的长度与第二永磁体232的长度相同，第一永磁体231的厚度小于第二永磁体232的厚度（设复合磁体的厚度为h10，则h10=h11+h12），并且在每个复合磁体的两端都形成有隔磁槽24，并且复合磁体两端的隔磁槽24与永磁槽连成一体。

本实用新型第一实施例的复合磁体中，第一永磁体231与第二永磁体232的厚度比例优选方案为：第二永磁体的厚度是第一永磁体的厚度的1.6～2.0倍。

本实用新型第一实施例中，复合磁体两端的隔磁槽起到减少漏磁作用，复合磁体与极靴（转子铁心）构成磁极，第一永磁体采用的是钕铁硼磁体，第二永磁体采用的是铝镍钴磁体，第一永磁体与第二永磁体在磁路上串联，钕铁硼磁体与铝镍钴磁体的剩磁较接近，但矫顽力差别很大，钕铁硼磁体难以去磁和磁化，铝镍钴磁体容易去磁和磁化；优化第一永磁体、第二永磁体的厚度比例，既能获得较高的气隙磁通，提高效率和功率、转矩密度，又能通过转子的直轴电流矢量id脉冲产生的直轴电枢反应磁动势来调控永磁槽内复合磁体中，矫顽力低的第二永磁体的磁化和去磁程度，从而调控气隙主磁通（增强或减弱）；第二永磁体去磁时，使一部分主磁通通过第二永磁体局部旁路（短路），变成漏磁通，气隙主磁通减弱，达到弱磁扩速，低速恒转矩运行，高速恒功率运行，并获得比现有永磁同步电机更宽广的恒功率速度范围；磁路上串联、形成整体的条状矩形复合磁体整体充磁后嵌置在永磁槽内，结构紧凑，抗高速离心力，能有效降低电机噪音和转矩波动，使电机综合品质显著提高，实现高功率密度、宽调速、快响应、频繁启动和平稳运行，满足电动汽车、混合动力汽车驱动要求；可获得比现有V型永磁结构的内置式永磁同步电机更宽广的恒功率速度范围；

比如：额定功率50KW，额定转速3000（r/min），额定转矩/最大转矩159/350（Nm）的电机，本实用新型第一实施例相比现有V型永磁结构的内置式永磁同步电机，效率从94.2%提高到96.78%，额定转矩（159Nm）下的电流从158A减小到150A，扩速范围从0-7000r/min提高到0-9500r/min，可见本实用新型第一实施例的结构能使电机扩速能力提高1.35倍。

如图2所示，本实用新型第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中的转子42上还设有多个磁障单元，各个磁障单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个磁障单元均被转子的交轴（极间中心线，q轴）分成对称的两半，每个磁障单元包括两个内层磁障槽451、452，及一个表面磁障槽453，两个内层磁障槽451、452是弧顶朝内且半径相异的弧线形槽，并且两个内层磁障槽451、452沿转子的径向从内至外同心布设，表面磁障槽453是开设在转子周面的向内凹陷的凹槽。

本实用新型第二实施例相对第一实施例增设了磁障单元，除了具备第一实施例的特点外，还通过磁障单元的作用，形成直轴电感大于交轴电感，从而通过增磁获得磁阻转矩，形成双重弱磁扩速结构，能相对第二实施例进一步的降低损耗，提高系统效率、功率密度和转矩密度，提高弱磁扩速能力，扩大恒功率范围运行。

Claims (6)

1.一种V字型复合永磁电机，包括定子、转子，所述转子上设有多个永磁单元，各个永磁单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个永磁单元均被转子的直轴分为对称的两半；其特征在于：

所述永磁单元包括V字型的永磁槽，及嵌置在V字型永磁槽内的两个复合磁体，并且永磁槽内的两个复合磁体布设成V字型，所述复合磁体由第一永磁体、第二永磁体层叠而成，并且第一永磁体位于第二永磁体的外侧，并且第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。

2.根据权利要求1所述的V字型复合永磁电机，其特征在于：第一永磁体的长度与第二永磁体的长度相同。

3.根据权利要求1所述的V字型复合永磁电机，其特征在于：第一永磁体的厚度小于第二永磁体的厚度。

4.根据权利要求3所述的V字型复合永磁电机，其特征在于：第二永磁体的厚度是第一永磁体的厚度的1.6～2.0倍。

5.根据权利要求1所述的V字型复合永磁电机，其特征在于：转子上还设有多个磁障单元，各个磁障单元围绕转子的轴心对称间隔布设，并且每个磁障单元均被转子的交轴分成对称的两半，每个磁障单元包括两个内层磁障槽，两个内层磁障槽是弧顶朝内且半径相异的弧线形槽，并且两个内层磁障槽沿转子的径向从内至外同心布设。

6.根据权利要求5所述的V字型复合永磁电机，其特征在于：每个磁障单元还包括一个表面磁障槽，表面磁障槽是开设在转子周面的向内凹陷的凹槽。