CN209963930U - 一种电机变磁通装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种结构简单、操作方便的电机变磁通装置，它是通过改变定子导磁能力以改变电机有效磁通，控制电机磁链的磁通量，以满足电机的低速大扭矩和高速大功率、高效率的需求。其定子铁芯上具有嵌入铁芯外周上的滑槽内并与滑槽底面接触的镶块，镶块的两侧与滑槽的两侧面均有间隙，它还包括带动镶块在定子周向移动以改变镶块与滑槽两侧的间隙大小的调节装置。

Description

一种电机变磁通装置

技术领域

本实用新型涉及改变电机磁通的结构，尤其是改变永磁同步电机磁通的结构。

背景技术

随着电机应用的普及和扩大，对电机的性能要求也相应提高，尤其在新能源交通领域，需要电机在低速时具有大扭矩，高速时具有高功率，另外，任何情况下都需要高效率，而一般电机往往很难达到这一要求。以永磁同步电机为例，如果低速时具备大扭矩，则转子的磁场强度就要很高，但是，高的磁场强度在电机高速运行时，自感电动势会抑制电机转速的提高，使电机无法高转速运行，为此，不得不采用弱磁控制，即：用一部分定子电流与磁钢磁力抵消，以降低磁场强度，从而提高转速，但是过大的弱磁电流有使磁钢退磁的风险，且退磁电流大幅度增加了定子的铜耗，使电机的效率下降。

为了解决电机高速效率低的问题，人们开始研究可变磁通电机，即：在低速时，具有强磁场，在高速时磁场变弱，以满足高速运行的要求。目前的主要技术思路是一下三种：记忆电机、机械漏磁电机和自然漏磁电机。

记忆电机部分或全部采用便于重新充磁的磁体(相当于具有记忆功能)，根据电机运行的需要，通过定子线圈，对转子磁体进行充磁和退磁，使电机的性能满足低速和高速需求，但是这种电机的磁体磁密度相对于钕铁硼之类的强磁体小，电机功率密度小，另外，充磁和退磁控制算法极其复杂，控制困难，目前尚不具备产业化条件。

机械漏磁电机，是在转子内采用离心导磁块和弹簧结构，当电机达到一定转速后，离心力使导磁块贴近磁体，磁体的一部分磁力经过导磁块构成回路，产生漏磁，使转子输出的磁力减小，从而起到弱磁作用。但是，这种结构，导磁块设计在高速运行的转子中，运动灵活性、动平衡、震动等很难控制，加之电机内部环境是复杂多变和高强度的磁场，导磁块的运动存在着较大的不确定性，另外，这种电机的磁路设计也不同于一般的永磁同步电机，因此很难投入实际应用。

自然漏磁电机，通过磁极结构设计，在低速时漏磁小，高速时漏磁增多就能自然的达到在高速时，减少磁通量供给这种要求。但是，调节幅度有限，另外，这种磁结构必然导致q轴电感Lq(电机转子上的磁链可分解为d轴和q轴两个相互垂直的坐标)减小，磁阻转矩下降，功率密度降低。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种结构简单、操作方便的电机变磁通装置，它是通过改变定子导磁能力以改变电机有效磁通，控制电机磁链的磁通量，以满足电机的低速大扭矩和高速大功率、高效率的需求。

本实用新型所述的电机变磁通装置，定子铁芯上具有嵌入铁芯外周上的滑槽内并与滑槽底面接触的镶块，镶块的两侧与滑槽的两侧面均有间隙，它还包括带动镶块在定子周向移动以改变镶块与滑槽两侧的间隙大小的调节装置。

上述的电机变磁通装置，所述调节装置包括在定子铁芯外周设置的一个绕定子轴线转动的镶块调节圈，镶块外周与镶块调节圈固定相连。

上述的电机变磁通装置，镶块调节圈上固定齿圈，与镶块调节电机输出轴相连的镶块调节齿轮轴与齿圈啮合。

本实用新型的有益效果：将定子磁链的某个或几个部位截面，设计为可变，通过改变截面的形状、大小或者构造，改变定子的磁通。当定子磁通达到饱和时，转子超过定子饱和磁通部分的磁力无法通过定子铁芯，从而降低转子转动时在线圈内所能产生的饱和反电动势(该电动势是饱和磁通所能产生的最大反电动势)，在不改变转子磁力的情况下，实现电机的磁通可控变化。

在实现电机可变磁通的技术发展过程中，现有的技术路线都是在改变转子的磁通，由于转子处于高速运行状态，其内部的各种机械或磁通方面的变化是很难进行监测和控制的，所以改变转子磁通的方法难于实现，或者成本太高。而电机作为一个整体，转子与定子的磁链是关联在一起的，为此，我们通过改变定子导磁能力以改变电机有效磁通，控制电机磁链的磁通量，以满足电机的低速大扭矩和高速大功率、高效率的需求。把改变电机磁通的结构等放在定子上，避免了设计在转子内的诸多不确定性，使可变磁通电机的产业化应用成为可能。

本实用新型提出的电机变磁通方法不受电机形式限制，可以用于任何需要可变磁通的电机，也不受改变定子饱和磁通的具体措施的限制，也不受磁通调节块、凹槽或者镶块、滑槽等形状、数量的限制。

附图说明

图1是间隙大小可变的电机变磁通装置立体图；

图2是间隙δ与磁通T关系图；

图3是镶块位于滑槽中间时示意图；

图4是镶块位于滑槽一侧时示意图。

图中，定子铁芯1，线槽11，滑槽5，镶块6，镶块调节圈7，镶块调节齿轮轴8，齿圈 9，镶块调节电机10。

具体实施方式

实施例：间隙大小可变的电机变磁通装置

参见图1，在开有线槽11的定子铁芯1上具有嵌入铁芯外周上的滑槽5内并与滑槽底面接触的镶块6，镶块的两侧与滑槽的两侧面有间隙。

通过在定子周向移动镶块，通过改变镶块与滑槽两侧的间隙大小，改变定子铁芯的磁阻大小，从而改变定子磁通。

定子铁芯外周设置一个绕定子轴线转动的镶块调节圈7，镶块6外周与镶块调节圈7的内周固定相连。镶块调节圈7的外周具有与镶块调节齿轮轴8相啮合的两个齿圈9，镶块调节齿轮轴8与镶块调节电机10的输出轴相连。镶块调节电机10带动镶块调节齿轮轴8转动，通过齿圈9使得镶块调节圈7转动，镶块6在滑槽5内移动，从而改变镶块6与滑槽5两侧的间隙大小。

我们知道，相邻两个界面之间的间隙δ与通过该间隙的磁通T关系如图2，当间隙δ较小时，间隙δ增大，磁通T大幅度降低，间隙δ减小，磁通T大幅度增加。当间隙δ较大时，间隙δ增大，磁通T降低幅度较小，间隙δ减小，磁通T增加幅度较小。间隙δ大小的界限，根据不同的磁场环境，间隙不同。对于图2来说，当图2中的曲线的切线斜率小于45°时，为间隙较小范围，反之为间隙较大范围。

参见图3，当镶块6两侧与滑槽5两侧面的间隙δ(且δ较小)均相等时，此状态下，磁阻较小，磁通较大，电机处于高转速状态；当镶块6与滑动到左侧，镶块右侧与滑槽右侧面之间的间隙变为2δ时(镶块左侧间隙变小右侧间隙变大)，参见图4，由于间隙变小的左侧的磁阻降低幅度大于另一侧磁阻增大的幅度，因此，总磁阻变小，电机磁通变大，电机处于低速大扭转状态。

参见图3，当镶块两侧与滑槽两侧面的间隙δ(且δ较大)均相等时，此状态下，磁阻较大，磁通较小，电机处于低速大扭转状态；当镶块6与滑动到左侧，镶块右侧与滑槽右侧面之间的间隙变为2δ时(镶块左侧间隙变小右侧间隙变大)，参见图4，由于间隙变小的左侧的磁阻降低幅度小于另一侧磁阻增大的幅度，因此，总磁阻变大，电机磁通变小，电机处于高转速状态。

该结构可根据需要设计相应的间隙δ，得到变磁阻规律，从而实现所需的变磁通控制。

Claims (3)

1.电机变磁通装置，其特征是：定子铁芯上具有嵌入铁芯外周上的滑槽内并与滑槽底面接触的镶块，镶块的两侧与滑槽的两侧面均有间隙，它还包括带动镶块在定子周向移动以改变镶块与滑槽两侧的间隙大小的调节装置。

2.如权利要求1所述的电机变磁通装置，其特征是：所述调节装置包括在定子铁芯外周设置的一个绕定子轴线转动的镶块调节圈，镶块外周与镶块调节圈固定相连。

3.如权利要求2所述的电机变磁通装置，其特征是：镶块调节圈上固定齿圈，与镶块调节电机输出轴相连的镶块调节齿轮轴与齿圈啮合。

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