專利名稱：一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)傳動及控制技術(shù)，尤其是涉及一種通過改變電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提 高電機(jī)動態(tài)響應(yīng)性能的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)制成后從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。采用矢量控制技 術(shù)調(diào)節(jié)永磁磁場，弱磁范圍有限、調(diào)速范圍不寬，同時增加定子繞組的損耗。永磁電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁 場極為困難。傳統(tǒng)的永磁同步牽引電機(jī)若想寬調(diào)速，大都采用矢量控制技術(shù)，通過控制直軸 電流矢量id產(chǎn)生的起去磁作用的電樞反應(yīng)磁動勢來削弱永磁磁場，維持高速運(yùn)行時電機(jī)端 電壓的平衡，達(dá)到弱磁調(diào)速的目的。這就希望直軸電感大一些，但由于直軸上存在磁阻較大 的永磁體，直軸電感較低，弱磁范圍有限，調(diào)速范圍不寬。弱磁調(diào)速時，因定子總電流是受限 的，那么由交軸電流、產(chǎn)生的可以利用的轉(zhuǎn)矩就將下降；同時由于直軸電流id要一直存在， 定子銅耗大。而對于變頻器，若出現(xiàn)逆變失敗，失去弱磁控制能力，高速旋轉(zhuǎn)的永磁磁場會 在電機(jī)繞組中感應(yīng)出過高電壓，有可能造成變頻器功率器件損壞。專利申請?zhí)枮?00410093661. X、200410093696. 3 及 200510013524. 5 的發(fā)明專利
公開了內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)可控磁通永磁同步電動機(jī)。如圖1所示的
公開日為2005年 5月18日，公開號為CN1617422的中國授權(quán)專利，多級數(shù)內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)可控磁通 永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸7，定子鐵芯9，鋁鎳鈷永磁體5，釹鐵硼永磁體3，轉(zhuǎn)子鐵芯6，第一 非導(dǎo)磁材料10，其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)由兩種永磁材料組成一種為沿軸切向放置的剩磁密度很 高但矯頑力很低的鋁鎳鈷材料，另一種為沿軸徑向放置的剩磁密度和矯頑力都很高的釹鐵 硼材料。其中，永磁轉(zhuǎn)子中的鋁鎳鈷永磁體5和釹鐵硼永磁體3按U形放置。通過三相定 子繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)子直軸方向施加一個短時間、幅值可控的直軸電流矢量，改變鋁鎳鈷永磁 體的磁化方向，調(diào)整永磁主磁通的幅值，使電機(jī)在很寬的運(yùn)行范圍具有較高的性能指標(biāo)。如 圖2所示的
公開日為2005年5月18日，公開號為CN1617423的中國授權(quán)專利，內(nèi)置混合式 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)可控磁通永磁同步電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子中的鋁鎳鈷永磁體5和釹鐵硼永磁體3按W 形放置，即鋁鎳鈷永磁體7沿軸切向放置，釹鐵硼永磁體8沿軸徑向放置。如圖3所示的公 開日為2005年12月14日，公開號為CN1707911的中國授權(quán)專利，內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié) 構(gòu)可控磁通永磁同步電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子中的鋁鎳鈷永磁體5和釹鐵硼永磁體3按V形放置，除 了加入第一非導(dǎo)磁材料10，還加入了第二非導(dǎo)磁材料11和第三非導(dǎo)磁材料12，能夠起進(jìn)一 步到隔磁和減小漏磁的目的。現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是永磁體外表面與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓之間沒有極靴可以放置鑄鋁 籠或銅條籠，在電機(jī)負(fù)載或外部供電發(fā)生變化的時候，由于沒有鑄鋁籠或銅條籠的阻尼或 起動作用，電機(jī)動、穩(wěn)態(tài)性能較差，不適用于要求有異步起動能力或動態(tài)性能要求較高的場合。實(shí)用新型內(nèi)容[0007]本實(shí)用新型提供一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，該實(shí)用新型可以很好地克服現(xiàn)有技術(shù)存 在的電機(jī)動穩(wěn)態(tài)性能較差的缺點(diǎn)，通過增強(qiáng)阻尼和啟動的作用來提高永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的動態(tài) 響應(yīng)能力。本實(shí)用新型提供一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置的具體實(shí)施方式
，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置包括 釹鐵硼永磁體、非導(dǎo)磁材料、鋁鎳鈷永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子永磁體由鋁鎳鈷永磁體 和釹鐵硼永磁體組成，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子為內(nèi)置混合式磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體由鋁鎳 鈷永磁體和釹鐵硼永磁體按U形放置，鋁鎳鈷永磁體按軸切向放置，釹鐵硼永磁體按軸徑 向放置，鋁鎳鈷永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中放置有鼠籠條。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓組成，鋁鎳鈷永磁體 嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯硅鋼片外側(cè)的矩形槽中，釹鐵硼永磁體嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯硅鋼片內(nèi)側(cè)的矩形槽 中。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，釹鐵硼永磁體呈矩形且位于轉(zhuǎn)子鐵芯與轉(zhuǎn)軸 之間，釹鐵硼永磁體的磁化方向與轉(zhuǎn)軸(7)的中心到釹鐵硼永磁體(3)的垂直線平行。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子鐵芯外包有定子繞組，定子繞組與一脈 沖信號控制端相連。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，鋁鎳鈷永磁體與釹鐵硼永磁體交接處的保留 空間是非導(dǎo)磁材料。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，極靴中放置的鼠籠條為鑄鋁籠。作為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式，極靴中放置的鼠籠條為銅條籠。通過應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施方式所描述的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，能夠?qū)﹄姍C(jī)起到很好 的阻尼或起動作用，提高了電機(jī)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。同時，定子總電流大大降低，也降低了 定子繞組的損耗，提高了電機(jī)的運(yùn)行效率。
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)1的內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子可控磁通永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)2的內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子可控磁通永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)3的內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子可控磁通永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置一種具體實(shí)施方式
的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置一種具體實(shí)施方式
的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖4中1-極靴、2-鼠籠條、3-釹鐵硼永磁體、4-非導(dǎo)磁材料、5-鋁鎳鈷永磁 體、6-轉(zhuǎn)子鐵芯、7-轉(zhuǎn)軸、8-轉(zhuǎn)子鐵芯外圓、9-定子鐵芯、10-第一非導(dǎo)磁材料、11-第二非 導(dǎo)磁材料、12-第三非導(dǎo)磁材料。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提 下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。作為本實(shí)用新型一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置的一種具體實(shí)施方式
，如圖4和圖5所示 的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置為可控氣隙磁通永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括極靴1、鼠籠條2、鋁鎳鈷永 磁體5、釹鐵硼永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯6及轉(zhuǎn)軸7，永磁轉(zhuǎn)子為內(nèi)置混合式磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯6 中的永磁體由鋁鎳鈷永磁體5及釹鐵硼永磁體3按U形放置，即鋁鎳鈷永磁體5按軸切向放 置，釹鐵硼永磁體3按軸徑向放置。在電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓之間有鐵磁物質(zhì)制 成的極靴1，極靴中放置鼠籠條2，鼠籠條2為鑄鋁籠或銅條籠。由于負(fù)載變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度 低于定子磁場同步速度，鑄鋁籠或銅條籠中感應(yīng)出異步起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子動態(tài)響應(yīng)能力增加； 同理，轉(zhuǎn)子速度高于定子磁場同步速度時，鑄鋁籠或銅條籠感應(yīng)出異步阻尼轉(zhuǎn)矩。釹鐵硼永 磁體3位于轉(zhuǎn)子鐵芯6與轉(zhuǎn)軸7之間，為矩形，且釹鐵硼永磁體的磁化方向與轉(zhuǎn)軸(7)的中 心到釹鐵硼永磁體(3)的垂直線平行。轉(zhuǎn)子鐵芯6由硅鋼片沖剪、疊壓而成，鋁鎳鈷永磁體5嵌入轉(zhuǎn)子沖片(硅鋼片)外 側(cè)的矩形槽中，釹鐵硼永磁體3嵌入轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)側(cè)的矩形槽中，無特殊的工藝要求。轉(zhuǎn)子鐵 芯6作為一個完全相互貫通的整體結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度相對較高，制作方便。特別應(yīng)該注意的 是，合理選擇釹鐵硼永磁體3長度和寬度，使其盡可能多地貢獻(xiàn)磁通量，電機(jī)氣隙主磁通主 要由其產(chǎn)生。切向放置的永磁體采用剩磁密度較高但矯頑力很低的鋁鎳鈷永磁體，它可以 正反兩個方向反復(fù)磁化。合理選擇鋁鎳鈷永磁體5長度和寬度，可有效地調(diào)整電機(jī)可控磁 通量的大小，以調(diào)整電機(jī)的弱磁范圍。鋁鎳鈷永磁體的寬度選擇一般是，保證其與釹鐵硼永 磁體3被id脈沖同向強(qiáng)磁化后，不被釹鐵硼永磁體3再反向去磁而重新磁化即可。釹鐵硼 永磁體3與鋁鎳鈷永磁體5交接處，所保留的空間，可以是空氣，也可以是起增強(qiáng)電機(jī)機(jī)械 強(qiáng)度的非導(dǎo)磁材料，起隔磁作用。在定子繞組施加一幅值可控的id脈沖，即可非常方便地改變氣隙磁通的大小。其 中，電機(jī)氣隙磁通，是指電機(jī)永磁體產(chǎn)生的磁通在氣隙中的分布，電機(jī)氣隙位于轉(zhuǎn)子鐵芯外 圓，如圖4中序號8所指。電機(jī)運(yùn)行時，在短時間內(nèi)，如一個電流變化周波的時間內(nèi)，通過三相定子繞組施加 一幅值和方向可控的id脈沖，在此電流脈沖所產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁動勢作用后，鋁鎳鈷 永磁體5的磁化強(qiáng)弱及磁化方向就會改變，同時鋁鎳鈷永磁體退磁回復(fù)直線的工作點(diǎn)也發(fā) 生了變化。當(dāng)鋁鎳鈷永磁體與釹鐵硼永磁體的磁化方向一致時，因鋁鎳鈷永磁體矯頑力太 低而對氣隙主磁通貢獻(xiàn)不大，但它會起到將釹鐵硼永磁體產(chǎn)生的磁通推向定子，而使電機(jī) 氣隙主磁通有所增強(qiáng)的作用；鋁鎳鈷永磁體在此方向被強(qiáng)磁化后，電機(jī)氣隙主磁通最強(qiáng)。當(dāng) 鋁鎳鈷永磁體與釹鐵硼永磁體的磁化方向相反時，隨著反方向磁化強(qiáng)度的不同，鋁鎳鈷永 磁體將釹鐵硼永磁體產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子內(nèi)旁路的數(shù)量也隨之不同，從而起到將電機(jī)氣隙主 磁通小部分或者大部分減弱的獨(dú)特作用；鋁鎳鈷永磁體反方向被強(qiáng)磁化后，永磁氣隙主磁 通最弱。鋁鎳鈷永磁體不像傳統(tǒng)永磁電機(jī)弱磁方式那樣需要持續(xù)加起去磁作用的id矢量， 是真正寬速運(yùn)行的永磁同步電機(jī)。 在低速運(yùn)行區(qū)，鋁鎳鈷永磁體應(yīng)在與釹鐵硼永磁體磁化方向相同的方向上被強(qiáng)磁 化，電機(jī)氣隙主磁通最高，電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速工作區(qū)。系統(tǒng)采用id = 0矢量控制策略，電 機(jī)定子電流小，電機(jī)處于比較理想的控制運(yùn)行狀態(tài)，力能指標(biāo)高。在高速運(yùn)行區(qū)，需要施加幅值可控的id脈沖弱磁，進(jìn)行必要的永磁氣隙主磁通弱磁調(diào)整。弱磁調(diào)整后，當(dāng)在某一速 度范圍內(nèi)不需大幅調(diào)整而平穩(wěn)運(yùn)行時，磁通不需再反復(fù)調(diào)整。當(dāng)速度需要大幅調(diào)整運(yùn)行時， 只需在某些必要的特定的速度下，通過施加所要求的幅值和方向可控的id脈沖，就可以輕 易地改變鋁鎳鈷永磁體的磁化狀況及其退磁回復(fù)直線上的工作點(diǎn)，從而改變永磁氣隙主磁 通強(qiáng)弱，且隨后保持調(diào)整后的磁化狀況不變。除調(diào)整磁通時有id脈沖外，其它時間定子電 流僅有負(fù)載電流-交軸電流i,，銅耗低，電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時，由于交軸電流產(chǎn)生的磁動勢 的方向與切向放置的鋁鎳鈷永磁體的磁化方向垂直，相當(dāng)于不穿過切向放置的鋁鎳鈷永磁 體，對鋁鎳鈷永磁體影響極?。浑m然交軸電流產(chǎn)生的磁動勢穿過釹鐵硼，但是釹鐵硼永磁體 的矯頑磁動勢很強(qiáng)，因此運(yùn)行中兩種永磁體都不會被負(fù)載電流退磁。通過在三相定子繞組施加一幅值和方向可控的id脈沖，可連續(xù)改變轉(zhuǎn)子永磁體建 立的氣隙磁通，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)達(dá)到較高的力能指標(biāo)，在恒功區(qū)達(dá)到較寬的調(diào)速范圍。同時由于 不需要或只需很小的直軸電流，定子總電流大大降低，同時也降低了定子繞組的損耗，提高 了電機(jī)的效率。另外在轉(zhuǎn)子永磁體中，鋁鎳鈷永磁體5可以由其他具有高剩磁密度、低矯頑力特 點(diǎn)的永磁材料來代替。在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，釹鐵硼永磁體3除按附圖4的方式放置外，還有其他 結(jié)構(gòu)形式，如圖6所示。電機(jī)運(yùn)行在低速恒轉(zhuǎn)矩區(qū)時，調(diào)節(jié)施加定子繞組的脈沖，氣隙磁通達(dá)到最大，電機(jī) 可輸出較高的力能指標(biāo)；電機(jī)運(yùn)行在高速恒功區(qū)時，調(diào)節(jié)施加定子繞組的脈沖，氣隙磁通 不斷削弱，可達(dá)到較寬的調(diào)速范圍。同時由于轉(zhuǎn)子永磁體外表面與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓8之間有 鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可放置鑄鋁籠或銅條籠，電機(jī)具有異步起動能力，而且電機(jī)在 外部情況發(fā)生變化導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，極靴1中的鑄鋁籠或銅條籠感應(yīng)出異步起動轉(zhuǎn)矩 (阻尼轉(zhuǎn)矩)，電機(jī)可很快達(dá)到同步速度，電機(jī)的動、穩(wěn)態(tài)性能大大提高。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，包括釹鐵硼永磁體(3)、非導(dǎo)磁材料0)、鋁鎳鈷永磁體 (5)、轉(zhuǎn)子鐵芯(6)和轉(zhuǎn)軸(7)，轉(zhuǎn)子永磁體由鋁鎳鈷永磁體( 和釹鐵硼永磁體C3)組成， 永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子為內(nèi)置混合式磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯(6)中的永磁體由鋁鎳鈷永磁體( 和釹 鐵硼永磁體C3)按U形放置，其特征在于鋁鎳鈷永磁體( 按軸切向放置，釹鐵硼永磁 體C3)按軸徑向放置，鋁鎳鈷永磁體( 與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓(8)之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴 (1)，極靴(1)中放置有鼠籠條O)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯(6)由 硅鋼片疊壓組成，鋁鎳鈷永磁體( 嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯(6)硅鋼片外側(cè)的矩形槽中，釹鐵硼永磁 體(3)嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯(6)硅鋼片內(nèi)側(cè)的矩形槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述釹鐵硼永磁體(3) 呈矩形且位于轉(zhuǎn)子鐵芯(6)和轉(zhuǎn)軸(7)之間，釹鐵硼永磁體(3)的磁化方向與轉(zhuǎn)軸(7)的 中心到釹鐵硼永磁體(3)的垂直線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵 芯(6)外包有定子繞組，所述定子繞組與一脈沖信號控制端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述鋁鎳鈷永磁體(5) 與釹鐵硼永磁體C3)交接處的保留空間是非導(dǎo)磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述極靴(1)中放置 的鼠籠條O)為鑄鋁籠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，其特征在于所述極靴(1)中放置 的鼠籠條O)為銅條籠。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝置，包括釹鐵硼永磁體、非導(dǎo)磁材料、鋁鎳鈷永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子為內(nèi)置混合式磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體由鋁鎳鈷永磁體和釹鐵硼永磁體按U形放置，鋁鎳鈷永磁體按軸切向放置，釹鐵硼永磁體按軸徑向放置，鋁鎳鈷永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中放置有鼠籠條，通過在定子繞組施加幅值可控的id脈沖，即可非常方便地改變氣隙磁通的大小。通過應(yīng)用本實(shí)用新型所描述的裝置能夠?qū)﹄姍C(jī)起到很好的阻尼或起動作用，提高了電機(jī)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，同時定子總電流大大降低，也降低了定子繞組的損耗，提高了電機(jī)的運(yùn)行效率。
文檔編號H02K1/27GK201846151SQ20102013697
公開日2011年5月25日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者元約平, 楊金霞, 胡勇峰, 辛本雨, 高景毅 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司