專利名稱：內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)弱磁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁裝置技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，永磁同步電動(dòng)機(jī)以其突出的優(yōu)勢(shì)而倍受人們的青睞。永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是高效節(jié)能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活。但是，永磁同步電動(dòng)機(jī)也有主極磁通不能直接調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定范圍時(shí)，需要采用恒功率的運(yùn)行方式，這要求減小勵(lì)磁磁通，以弱磁方式運(yùn)行。通常解決的辦法是增大直軸電樞電流，利用電機(jī)固有的電樞反應(yīng)來削弱主極磁通，可是這樣會(huì)使銅耗增加，效率降低。另外，在電動(dòng)車等應(yīng)用場(chǎng)合，由于電源容量有一定的限制，在基速以上采用弱磁運(yùn)行以擴(kuò)展速度范圍的方案本身就難以實(shí)現(xiàn)。因此，必須尋求新的解決方法。 如何擴(kuò)展永磁同步電動(dòng)機(jī)高速恒功率運(yùn)行范圍，同時(shí)又不降低低速轉(zhuǎn)矩，這是永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的關(guān)鍵。截至目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員在這方面所做的工作主要體現(xiàn)為以下四點(diǎn)一是利用永磁同步電動(dòng)機(jī)中特有的交叉耦合效應(yīng)的去磁作用，提高電動(dòng)機(jī)在高速區(qū)內(nèi)的功率容量，但交叉耦合效應(yīng)可以是增磁的也可以是去磁的，視轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)而定；二是利用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的靈活性，在轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)置性能不同的磁介質(zhì)，增大直軸電抗和電樞反應(yīng)，但這種措施有效范圍較??；三是采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其制造成本增大，擴(kuò)速范圍仍然有限；四是從控制系統(tǒng)入手，采用電流矢量控制算法實(shí)現(xiàn)基速之上的恒功率運(yùn)行，并進(jìn)行電流解耦控制和電壓指令補(bǔ)償，這種方案擴(kuò)速范圍較大，但要受到逆變器容量的限制。
總而言之，現(xiàn)有技術(shù)受到永磁電機(jī)主磁極磁場(chǎng)不能調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)思想的束縛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，直接從轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)入手，提出一種適用于內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)弱磁方法。 內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子鐵心沖片、永久磁鋼、磁通隔離層、籠型起動(dòng)繞組和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸等所構(gòu)成；永磁同步電動(dòng)機(jī)常見的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)有切向磁路(圖1)和徑向磁路(圖2);轉(zhuǎn)子磁路是完全對(duì)稱的，切向磁路結(jié)構(gòu)每極磁通由兩塊磁鋼提供，可產(chǎn)生較大的氣隙磁密，并具有較大的磁阻轉(zhuǎn)矩；徑向磁路結(jié)構(gòu)極間漏磁較少，可采用導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子零件較少，工藝較簡(jiǎn)單。本發(fā)明可適用于這兩種常見的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的基本原理為對(duì)于磁鋼內(nèi)置式的永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以對(duì)傳統(tǒng)的切向或徑向磁路進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，即在交軸方向的磁通隔離層中設(shè)置導(dǎo)磁性能較好且形狀適當(dāng)?shù)目梢苿?dòng)鐵塊(稱為磁通短路塊)，該鐵塊系于一固定的彈簧上，彈簧則掛在轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)壁上。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時(shí)，磁通短路塊位于低速位置，通過磁通隔離層的極間漏磁較少；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時(shí)，磁通短路塊受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，逐步偏離低速位置，朝轉(zhuǎn)子邊緣移動(dòng)，這樣就擴(kuò)展了極間漏磁路徑，通過磁通隔離層的漏磁通將增大，而主磁通將減小，從而在電機(jī)本體就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)弱磁擴(kuò)速的目的，并簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，降低電樞電流，提高系統(tǒng)效率。


圖1是切向磁路結(jié)構(gòu)示意 圖2是徑向磁路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào) 1、轉(zhuǎn)子鐵心2、彈簧3、磁通短路塊4、滑槽5、磁鋼
6、轉(zhuǎn)軸7、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條8、隔磁襯套9、隔磁塊
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1和圖2對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施方式
一 對(duì)于圖1所示的四極切向磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵心l由O. 5mm厚的硅鋼片疊壓而成，其外圓周內(nèi)側(cè)沖有均勻分布的半開口槽或閉口槽。四個(gè)主極磁鋼5對(duì)稱內(nèi)置于轉(zhuǎn)子鐵心1中，磁鋼5的磁化方向沿切向，兩個(gè)相鄰磁鋼一起提供每極磁通。在轉(zhuǎn)子鐵心l的外圓周內(nèi)側(cè)沿直軸方向設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條7，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條7位于轉(zhuǎn)子槽中，并和端環(huán)一起構(gòu)成籠型起動(dòng)繞組。在轉(zhuǎn)子鐵心l的外圓周內(nèi)側(cè)沿交軸方向設(shè)置四個(gè)滑槽4，滑槽4中放置彈簧2和磁通短路塊3，磁通短路塊3系于固定的彈簧2上，彈簧2則掛在轉(zhuǎn)子鐵心1的內(nèi)壁上。磁通短路塊3選用導(dǎo)磁性能好且大小適當(dāng)?shù)目梢苿?dòng)矩形鐵塊，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止或轉(zhuǎn)速很低時(shí)磁通短路塊3位于滑槽4的底部(低速位置，圖中虛線所示)，并與相應(yīng)磁鋼的側(cè)面相接觸。每個(gè)滑槽4的底部外側(cè)均對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)隔磁塊9，其大小和形狀可以選擇，一般為小矩形。設(shè)置隔磁塊9的目的是為了保證轉(zhuǎn)子低速時(shí)磁通隔離層的隔磁作用。另外，轉(zhuǎn)軸6的外緣包有隔磁襯套8。
具體實(shí)施方式
二 對(duì)于圖2所示的四極徑向磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵心l由O. 5mm厚的硅鋼片疊壓而成，其外圓周內(nèi)側(cè)沖有均勻分布的半開口槽或閉口槽。四個(gè)主極磁鋼5對(duì)稱內(nèi)置于轉(zhuǎn)子鐵心1中，磁鋼5的磁化方向沿徑向，每個(gè)磁鋼單獨(dú)提供每極磁通。在轉(zhuǎn)子鐵心1的外圓周內(nèi)側(cè)沿直軸方向設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條7，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條7位于轉(zhuǎn)子槽中，并和端環(huán)一起構(gòu)成籠型起動(dòng)繞組。在轉(zhuǎn)子鐵心1的外圓周內(nèi)側(cè)沿交軸方向設(shè)置四個(gè)滑槽4，滑槽4中放置彈簧2和磁通短路塊3，磁通短路塊3系于固定的彈簧2上，彈簧2則掛在轉(zhuǎn)子鐵心1的內(nèi)壁上。磁通短路塊3選用導(dǎo)磁性能好且大小適當(dāng)?shù)目梢苿?dòng)矩形鐵塊，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止或轉(zhuǎn)速很低時(shí)短路塊3位于滑槽4的下部(低速位置，圖中虛線所示)，并與相鄰磁鋼的兩側(cè)面相接觸。轉(zhuǎn)軸6的外緣可不設(shè)置隔磁襯套。
權(quán)利要求
一種內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)弱磁方法，其特征在于切向的、徑向的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，其中有若干個(gè)主極磁鋼和磁通隔離層，磁通隔離層內(nèi)設(shè)有彈簧和磁通短路塊，所述的磁通短路塊是可以移動(dòng)的，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時(shí)，磁通短路塊朝轉(zhuǎn)子邊緣移動(dòng)，通過磁通隔離層的漏磁將增加，而主極磁通將減小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)弱磁方法，其特征在于所述的磁通短路塊系于固定的彈簧上，彈簧則掛在轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)壁上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)弱磁方法，其特征在于所述的磁通隔離層既可用于切向磁路結(jié)構(gòu)，又可用于徑向磁路結(jié)構(gòu)；對(duì)于切向磁路結(jié)構(gòu)，需要在磁通隔離層下端外側(cè)加裝對(duì)稱的隔磁塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)弱磁方法，其特征在于；彈簧和磁通短路塊放置在沿交軸方向設(shè)置的滑槽中移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)弱磁方法，是鑒于市場(chǎng)上傳統(tǒng)的的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁固定、直軸電樞反應(yīng)電抗小，因而弱磁擴(kuò)速困難；在永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中，在交軸方向的磁通隔離層中設(shè)置磁通短路塊，借助彈簧的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時(shí)，短路塊位于低速位置，通過隔離層的極間漏磁較少；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時(shí)，短路塊受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，逐步偏離低速位置，朝轉(zhuǎn)子邊緣移動(dòng)，從而擴(kuò)展了極間漏磁路徑，通過隔離層的漏磁通將增大，而主磁通將減小，這樣就在電機(jī)本體實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)弱磁擴(kuò)速的目的，并可達(dá)到較大的調(diào)速范圍。本發(fā)明可適用一 極數(shù)不定的切向或徑向磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101783536SQ200910197559
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者謝衛(wèi), 趙冰潔 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)