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CN109004806B - 一种机械调磁式永磁同步电机组件 - Google Patents

一种机械调磁式永磁同步电机组件 Download PDF

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CN109004806B CN201810831596.8A CN201810831596A CN109004806B CN 109004806 B CN109004806 B CN 109004806B CN 201810831596 A CN201810831596 A CN 201810831596A CN 109004806 B CN109004806 B CN 109004806B
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Abstract

本发明公开一种机械调磁式永磁同步电机组件，包括环形转子铁芯、外气隙、磁化方向沿径向向外的永磁体、磁化方向沿径向向内的永磁体、外定子铁芯、集中式电枢绕组、内气隙和内定子铁芯；所述磁化方向沿径向向外的永磁体和磁化方向沿径向向内的永磁体相互交替且不连接地镶在环形转子铁芯内表面上；外定子铁芯位于环形转子铁芯的内部，内定子铁芯位于外定子铁芯的内部；所述内定子铁芯可以沿轴向转动；所述集中式电枢绕组周向缠绕在外定子铁芯的齿上。本发明采用外转子铁芯结构，在相同作用力下外转子结构的力臂较长，进而使得该结构的转矩较大；调磁系统为内定子铁芯结构，调磁系统结构简单，鲁棒性好，可以广泛用于调磁系统中。

Description

一种机械调磁式永磁同步电机组件
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，特别是涉及一种机械调磁式永磁同步电机组件。
背景技术
永磁电机与直流电机相比，省去了换向机构和电刷，简化了结构，增加了运行的可靠性。与感应电机相比，永磁电机省去了励磁电流，提高了效率。与开关阻尼电机相比，永磁电机减小了机械振动，降低了噪声。因此永磁电机在电动汽车驱动系统中得到了广泛的应用。新能源动力汽车上的永磁电机在低速时需要保持大转矩输出，在高速时又需要恒功率输出并且要满足较高车速的需要，因此弱磁扩速显得尤其重要。
传统永磁电机进行弱磁扩速是加入较大的直轴去磁电流以达到减小气隙磁场的目的，但是这种弱磁方法一方面不能满足电机大转速运行范围，另一方面会使绕组铜损增加，降低电机的效率。
文献CN104935111A为一种机械调磁式旋转电机，该电机通过机械电磁阀调磁装置来控制可移动导磁轭的位置，从而实现调磁的目的，然而由于可移动导磁轭结构复杂，使得该电机的加工困难，成本较高，机械电磁阀调磁装置放置在电机中，减小了电机的空间利用率。文献CN104659996A一种漏磁式机械变磁通永磁同步电机，该电机通过不同转速下产生不同的离心力，从而利用离心力来压缩弹簧进而调节调磁块的位置，来达到弱磁的目的，但是该电机对弹簧要求较高，在经常调速的系统中，弹簧经过多次压缩和扩张很容易老化，进而使得精度降低。
发明内容
为解决新能源动力汽车在高速时弱磁困难，并且转速达不到所需大转速运行范围的问题，本发明提供一种机械调磁式永磁同步电机组件。本发明电机组件由于采用双定子结构，使得调磁系统简单，鲁棒性好，并且调磁范围广，可以广泛用于各种调磁场合。其涉及有磁化方向为径向的永久磁铁，转子铁芯，转轴，在靠近转轴处拥有双定子，内定子可以旋转，外定子固定，在外定子上绕有三相绕组。本发明通过在基速下和基速上控制内定子的旋转角度，从而实现永磁磁通路径磁阻的大小，进而间接控制了电机气隙的有效磁通，使得电机具有很大的调磁能力，实现了机械调磁的目的，从而可以满足电机在大转速下的运行要求，避免了传统的永磁电机在进行弱磁调速时需要加入很大的直轴去磁电流，因而使电机的损耗大大减小，功率因数得到提高。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种机械调磁式永磁同步电机组件，其特征在于，包括环形转子铁芯、外气隙、磁化方向沿径向向外的永磁体、磁化方向沿径向向内的永磁体、外定子铁芯、集中式电枢绕组、内气隙和内定子铁芯；所述磁化方向沿径向向外的永磁体和磁化方向沿径向向内的永磁体相互交替且不连接地镶在环形转子铁芯内表面上；外定子铁芯位于环形转子铁芯的内部，内定子铁芯位于外定子铁芯的内部；所述内定子铁芯可以沿轴向转动；
所述集中式电枢绕组周向缠绕在外定子铁芯的齿上；外定子铁芯与磁化方向沿径向向外的永磁体、磁化方向沿径向向内的永磁体之间的缝隙构成外气隙；外定子铁芯的内表面与内定子铁芯的外端面的缝隙构成内气隙；
所述外定子铁芯为两端的外端面上周向设置有相互间隔的“T”型齿的结构，中部为可缠绕集中式电枢绕组的结构。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明通过对内定子铁芯旋转角度的控制，从而实现对永磁磁通路径磁阻大小的控制，进而间接的控制了电机气隙的有效磁通。在低速时，内定子铁芯的凸极与外定子的凸极一一对应，进而使永磁体的永磁磁通全部发挥作用，从而达到了在低速电机需要大转矩的要求；在高速时，通过旋转内定子铁芯，使得它的凸极不再与外定子铁芯的凸极对应，从而使内气隙的磁阻增大，进而使气隙磁通减小，也就实现了永磁磁通的调节，使得电机具有了较大弱磁能力，从而使得电机具有了较好的弱磁扩速能力，提高了电机的效率。
本发明采用外转子铁芯结构，在相同作用力下外转子结构的力臂较长，进而使得该结构的转矩较大；充分利用了双定子结构，通过内定子铁芯的转动，控制永磁体磁通路径的磁阻，从而调整永磁电机气隙磁通，使得电机具有很大的弱磁调速能力，同时避免了传统永磁电机用通入较大的直轴去磁电流来达到所需弱磁扩速的范围，使得永磁电机的损耗减小，功率因数得到提高。本发明的调磁系统为内定子铁芯结构，调磁系统结构简单，鲁棒性好，可以广泛用于调磁系统中。
附图说明
图1所示为本发明的外定子铁芯、内定子铁芯两者的凸极对应时的结构示意图；
图2所示为本发明的外定子铁芯、内定子铁芯两者的凸极不对应时的结构示意图；
图3所示为本发明的外定子铁芯结构示意图；
图4所示为本发明的内定子铁芯结构示意图；
图5所示为本发明的外定子铁芯、内定子铁芯两者的凸极对应时磁通密度分布图；
图6所示为本发明的外定子铁芯、内定子铁芯两者的凸极不对应时磁通密度分布图；
图中：1-转子铁芯；2-外气隙；3-磁化方向沿径向向外的永磁体；4-磁化方向沿径向向内的永磁体；5-外定子铁芯；6-集中式电枢绕组；7-内气隙；8-内定子铁芯。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明实提供一种机械调磁式永磁同步电机组件，包括环形转子铁芯1、外气隙2、磁化方向沿径向向外的永磁体3、磁化方向沿径向向内的永磁体4、外定子铁芯5、集中式电枢绕组6、内气隙7和内定子铁芯8；所述磁化方向沿径向向外的永磁体3和磁化方向沿径向向内的永磁体4相互交替且不连接地镶在环形转子铁芯1内表面上。外定子铁芯5位于环形转子铁芯1的内部，内定子铁芯8位于外定子铁芯5的内部；所述内定子铁芯8可以沿轴向转动。
所述集中式电枢绕组6周向缠绕在外定子铁芯5的齿上；外定子铁芯5与磁化方向沿径向向外的永磁体3、磁化方向沿径向向内的永磁体4之间的缝隙构成外气隙2。外定子铁芯5的内表面与内定子铁芯8的外端面的缝隙构成内气隙7。
所述外定子铁芯5为两端的外端面上周向设置有相互间隔的“T”型齿的结构，中部为可缠绕集中式电枢绕组6的结构。
所述内定子铁芯8为内部为通孔，外端面周向均匀设置有条形齿的结构。
所述内定子铁芯8和外定子铁芯5材料都为电工钢，牌号M19_29G。
所述内定子铁芯8和外定子铁芯5都为凸极结构，并且内定子铁芯8和外定子铁芯5凸极数相等。
所述内定子铁芯8和外定子铁芯5之间留有的内气隙7为0.1mm。
本发明机械调磁式永磁同步电机组件配合电机端盖、转子轴等常规配件即可组装成机械调磁式永磁同步电机。所述的电机采用外转子结构，即转子位于外定子铁芯的外面，该结构使得在相同作用力下转矩较大；同时该电机采用双定子结构，在外定子铁芯上缠绕电枢绕组，固定不动，内定子铁芯用于调节气隙磁场，当不需要弱磁时，内外定子铁芯凸极相对应，这时气隙磁通达到最大，当进行弱磁时，使内定子铁芯旋转一定角度，从而使得磁通通过路径的磁阻增大，使得气隙磁通减小，从而达到弱磁的目的。
本发明核心创新点在于电机的转子铁芯与定子铁芯结构部分，首先转子铁芯位于内外定子铁芯外面，为外转子结构，使得该电机旋转力臂较长，转矩较高；其次该电机采用了双定子铁芯结构，内定子铁芯用于调节气隙磁场，内外定子铁芯之间具有很小的气隙，这种双定子铁芯结构使得气隙磁场调节方便，能达到很好的调磁效果，并且调磁系统为内定子铁芯，使得其结构简单，鲁棒性好。
图5和图6是借助有限元分析软件MAXWELL对本发明方法在永磁电机空载运行的低速和高速磁通密度分布图。
图5显示，外定子铁芯5的凸极与内定子铁芯8的凸极对应时，永磁电机空载磁通密度分布的图形。图6显示，外定子铁芯5的凸极与内定子铁芯8的凸极不对应时，永磁电机空载磁通密度分布的图形。从图5和图6对比中可以看出，图5的内气隙空载磁通密度分布明显高于图6的内气隙磁通密度分布。
本发明的工作原理和工作流程是：
当电机在低速运行时，外定子铁芯5的凸极与内定子铁芯8的凸极对应如图1，当电机在高速运行时，外定子铁芯5的凸极与内定子铁芯8的凸极不再对应如图2，这样使得电机高速运行时永磁体磁通所经过路径的磁阻增大，从而达到了减小气隙磁场的目的。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种机械调磁式永磁同步电机组件，其特征在于，包括环形转子铁芯、外气隙、磁化方向沿径向向外的永磁体、磁化方向沿径向向内的永磁体、外定子铁芯、集中式电枢绕组、内气隙和内定子铁芯；所述磁化方向沿径向向外的永磁体和磁化方向沿径向向内的永磁体相互交替且不连接地镶在环形转子铁芯内表面上；外定子铁芯位于环形转子铁芯的内部，内定子铁芯位于外定子铁芯的内部；所述内定子铁芯可以沿轴向转动；
所述集中式电枢绕组周向缠绕在外定子铁芯的齿上；外定子铁芯与磁化方向沿径向向外的永磁体、磁化方向沿径向向内的永磁体之间的缝隙构成外气隙；外定子铁芯的内表面与内定子铁芯的外端面的缝隙构成内气隙；
所述外定子铁芯为两端的外端面上周向设置有相互间隔的“T”型齿的结构，中部为可缠绕集中式电枢绕组的结构；
所述内定子铁芯为内部为通孔、外端面周向均匀设置有条形齿的结构；
所述内定子铁芯和外定子铁芯都为凸极结构，并且内定子铁芯和外定子铁芯凸极数相等。
2.根据权利要求1所述的一种机械调磁式永磁同步电机组件，其特征在于，所述内定子铁芯和外定子铁芯材料都为电工钢，牌号M19_29G。
3.根据权利要求1所述的一种机械调磁式永磁同步电机组件，其特征在于，所述内定子铁芯和外定子铁芯之间留有的内气隙为0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种机械调磁式永磁同步电机组件，其特征在于，所述的机械调磁式永磁同步电机组件配合电机端盖、转子轴构成一个机械调磁式永磁同步电机。
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