CN109756091A - 一种弱磁升速永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱磁升速永磁电机，由定子绕组、定子铁心和永磁转子组成，转子磁轭上相邻两个永磁体之间设置有调磁结构，所述的调磁结构由径向布置的调磁腔和可沿径向移动的调磁块组成，调磁腔内还设有与调磁块连接的弹性元件，弹性元件一端与调磁块连接，另外一端固定不动，调磁腔顶部开口处设有调磁块限位；本发明利用旋转离心力原理，通过作为永磁磁路一部分的调磁块向外圆移动，调磁块与原转子轭部径向尺寸上错开，从而增加转子磁阻，电机永磁磁通将随转速升高自动减少，达到机械弱磁效果；可实现对永磁磁场的直接调节，保证了弱磁升速期间的高效率和高功率因数，降低了过电压风险，且可以与定子绕组电弱磁相结合进一步扩大弱磁调速范围。

Description

一种弱磁升速永磁电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种需要弱磁升速的牵引永磁电机。

背景技术

目前永磁电机已在汽车电驱动系统广泛应用，也正逐步在电力机车、轨道交通领域作为牵引电机应用。

这些领域都要求电驱动系统具有弱磁扩速功能，即额定转速及以下要求恒转矩负载特性（此时电机永磁磁通不变，定子电流全部为转矩电流，电机端电压随转速正比例变化，在额定转速时端电压达到最大值且等于额定电压）；在额定转速以上要求恒功率负载特性（此时由于永磁磁通无法调节，只有通过定子施加去磁电流，减少主磁通，实现电机端电压随转速升高而保持额定电压不变，电机将保持额定电流、额定功率运行，而转矩将随转速升高而线性下降）。

以上需要弱磁升速永磁电机的运行模式，在额定转速以上弱磁运行时，定子电流将有很大一部分用来弱磁，降低了运行效率；一般最高转速将达到额定转速的3倍甚至更高，在最高转速时永磁磁通产生的反电势将远高于额定电压，一旦弱磁电流出现偏差，整个驱动系统将面临极大过压风险。

发明内容

针对现有技术中通过定子绕组施加去磁电流的弱磁技术的不足，本发明提供一种弱磁升速永磁电机。

本发明所采用的技术方案是：一种弱磁升速永磁电机，其定子部分为常规交流电机定子,由定子绕组、定子铁心和永磁转子组成，所述永磁转子的转子磁轭上相邻两个永磁体之间，即两磁极间磁通最大处设置有调磁结构，所述的调磁结构由径向布置的调磁腔和设于调磁腔内可沿径向移动的调磁块组成，调磁腔内还设有与调磁块连接的弹性元件，弹性元件一端与调磁块连接，另外一端固定不动，调磁腔顶部开口处设有调磁块限位。

进一步，所述的弹性元件为拉伸式弹性元件，位于调磁块底端部。

进一步，所述的弹性元件为压缩式弹性元件，位于调磁块和调磁块限位之间。

所述的一种弱磁升速永磁电机，其调磁块采用导磁的铁磁材料。

进一步，所述的永磁转子在定子绕组和定子铁心内部，即机械弱磁升速永磁电机为内转子结构。

进一步，所述的定子绕组和定子铁心在永磁转子内部，即机械弱磁升速永磁电机为外转子结构。

本发明产生的有益效果是：利用旋转离心力原理，通过在转子永磁磁路中设置调磁结构，当转子转速升高时，作为永磁磁路一部分的调磁块受旋转离心力作用向外圆移动，调磁块与原转子轭部径向尺寸上错开，从而增加转子磁阻，电机永磁磁通将随转速升高自动减少，达到机械弱磁效果，实现在端电压、功率因数基本不变前提下的永磁电机弱磁升速；在实现机械弱磁升速基础上，依然可以结合在定子绕组施加去磁电流，实现机械和电的联合弱磁，进一步提升弱磁升速空间和性能。

附图说明

图1为本发明内转子结构电机的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为本发明内转子结构电机的运行机理图；

图4为本发明外转子结构电机的结构示意图。

各附图标记为：1—定子绕组，2—定子铁心，3—永磁体，4—转子磁轭，5—调磁腔，6—调磁块限位，7—弹性元件，8—调磁块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

图1所示是本发明的一个基本实施例。该电机采用内转子径向表贴式永磁磁极型式，其定子部分为常规交流电机定子，由定子绕组1、定子铁心2和永磁转子组成，在永磁转子上设置调磁结构，调磁结构应设置在转子磁轭4上相邻两个永磁体3之间，即两磁极间磁通最大处，主要由调磁腔5、调磁块限位6、弹性元件7、调磁块8组成；所述调磁块8与弹性元件7一端固定，弹性元件7另外一端固定不动，调磁块8可在调磁腔5内沿径向移动；所述调磁块8应采用导磁的铁磁材料；所述弹性元件7可以是拉伸式弹性元件，如图2所示的拉簧，也可以是压缩弹性元件如压缩弹簧，此时弹性元件7应布置在调磁块8与调磁块限位6之间, 调磁块限位6用于防止调磁块8跑出调磁腔5；所述调磁块8向外圆移动时越来越靠近永磁体3，会增加永磁体3漏磁，将进一步减少永磁主磁通，具体实施时应准确计算。

本发明的永磁电机工作时机械弱磁升速机理为：调磁块8受到永磁磁通提供的磁力Ft，弹性元件7提供的弹力Fx和旋转离心力Fm共同作用，在转速调节过程中其调磁机理见图3，转速从0上升到额定转速nN过程中，永磁磁通不发生变化所以Ft=0，旋转离心力仅使弹性元件7变形即Fm=Fx，调磁块8沿径向向外圆移动；当达到额定转速时，调磁块8到达恒磁通极限位置，该点对应永磁电机的恒磁通运行的最高转速；转速从额定转速继续上升，由于调磁块8受Fm作用继续向外圆移动，其位置将越过恒磁通极限位置，永磁磁通将持续减小并逐步产生Ft，Fx因弹性元件7进一步变形而持续增大，此时Fm=Ft+Fx；当转速继续升高到使得调磁块8刚好抵到调磁块限位6，此时Ft和Fx均达到最大值，而此时永磁体3的磁通达到最小值；如果转速继续增加，Fm将继续增大，而Ft=consant、Fx=consant不再变化，将出现Fm>Ft+Fx，多余离心力将由调磁块限位6承担，永磁磁通将保持最小值不再变化。

降速过程机理与升速过程相同。

实施例2

如图4所示，该电机采用外转子径向表贴式永磁磁极型式，其调磁结构与实施例1的内转子结构类似，不同之处在于所述调磁块8向外圆移动时越来越远离永磁体3，不会增加永磁体3漏磁。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种弱磁升速永磁电机，由定子绕组（1）、定子铁心（2）和永磁转子组成，其特征在于：所述永磁转子的转子磁轭（4）上相邻两个永磁体（3）之间设置有调磁结构，所述的调磁结构由径向布置的调磁腔（5）和设于调磁腔（5）内可沿径向移动的调磁块（8）组成，调磁腔（5）内还设有与调磁块（8）连接的弹性元件（7），弹性元件（7）一端与调磁块（8）连接，另外一端固定不动，调磁腔（5）顶部开口处设有调磁块限位（6）。

2.根据权利要求1所述的一种弱磁升速永磁电机，其特征在于，所述的弹性元件（7）为拉伸式弹性元件，位于调磁块（8）底端部。

3.根据权利要求1所述的一种弱磁升速永磁电机，其特征在于，所述的弹性元件（7）为压缩式弹性元件，位于调磁块（8）和调磁块限位（6）之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种弱磁升速永磁电机，其特征在于，所述的调磁块（8）采用铁磁材料。

5.根据权利要求4所述的一种弱磁升速永磁电机，其特征在于，所述的永磁转子在定子绕组（1）和定子铁心（2）内部。

6.根据权利要求4所述的一种弱磁升速永磁电机，其特征在于，所述的定子绕组（1）和定子铁心（2）在永磁转子内部。