專利名稱：寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
永磁同步電機由于采用永磁材料提供勵磁，而導(dǎo)致其勵磁不易調(diào)節(jié)。永磁同步 電機具有反電勢基本上和轉(zhuǎn)速成正比的特性，當(dāng)電機端電壓隨轉(zhuǎn)速升高到逆變器能夠輸 出的最大電壓之后，由于逆變器容量的限制，電機繞組不能再灌入電流，因而無法在高 速下維持恒功率運行。永磁同步電機的這一缺陷嚴(yán)重限制了它的進一步應(yīng)用。因此，如 何擴展永磁同步電機的恒功率運行范圍，已經(jīng)成為永磁同步電機的一個重要課題。永磁同步電機的電壓方程式如下u = W^(Lqiqf+(LJd+Wff，式中u為電壓，ω為電角速度，Lq為交軸電感，iq為電流交軸分量，Ld為直軸 電感，id為電流直軸分量，Vf為永磁磁鏈，當(dāng)永磁同步電機弱磁運行時，在端電壓達(dá)到極限值、電流達(dá)到極限值的情況 下，它可以運行到任意高速的的條件是Vf=Ldilim，式中ilim為為電流極限值。實際上，由于永磁同步電機直軸磁路上存在磁導(dǎo)率較大的永磁體，使得電機的 直軸電感不可能做得很大。因此Vf=LdilimW關(guān)系一般難以達(dá)到。對于實際的永磁同步 電機，一般有Vf>>Ldilim，由此可以看出，提高永磁同步電機的最高轉(zhuǎn)速可采取的主要方法有第一，減 小磁鏈Vf;第二，增大ilim;第三，增大Ld;第四，提高電機極限電壓ulim;第五，采用 前四種方法的組合。而提高電機的極限電壓和極限電流勢必會增加系統(tǒng)中逆變器的容量，從而提高 系統(tǒng)的制造成本。因此采用某種方式來減小永磁磁鏈Vf并增大直軸電感Ld，使之滿足 或接近式Vf = Ldilim所示的關(guān)系，是比較理想的永磁同步電機“弱磁”擴速措施。為此，很多學(xué)者對電機結(jié)構(gòu)進行了多種改造，這些改造大致分為如下兩類 一減小永磁磁鏈過去永磁體產(chǎn)生的勵磁磁動勢一直被認(rèn)為無法調(diào)節(jié)，后來德國學(xué)者 VladoOstovic把鋁鎳鈷做為電機的勵磁材料，它可以直接調(diào)節(jié)電機勵磁磁場；哈爾濱工 業(yè)大學(xué)利用了離心運動原理，實驗證明也可以直接調(diào)節(jié)電機勵磁磁場。二增加定子直軸電感在這方面，英國曼徹斯特理工大學(xué)的B.J.Chalmers將 電機的轉(zhuǎn)子在軸線方向上設(shè)計成磁路上獨立的兩段_永磁段和磁阻段，將磁阻段轉(zhuǎn)子磁 阻比較小的軸線與永磁段轉(zhuǎn)子的直軸軸線重合；美國俄亥俄州立大學(xué)的徐隆亞在轉(zhuǎn)子外 表面加了一層軟磁材料；斯洛文尼亞馬里博爾大學(xué)的Boian Stumberger教授采用永磁體分 段的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的AymanMEL-Refaie把電機做成了分?jǐn)?shù)
3槽集中繞組形式，這些結(jié)構(gòu)無一例外的增加了電機的直軸電感，增加了有限電流調(diào)節(jié)定 子匝鏈的能力。以上所述的電機結(jié)構(gòu)，或者能減小勵磁磁鏈，或者能增加直軸電感，最終都實 現(xiàn)了增強電機弱磁調(diào)速能力的目的。但通過減小永磁勵磁磁鏈來弱磁擴速的方法在理論 上可行，實際難以實施；而在增加定子直軸電感方面，主要依靠增加電機直軸電樞反應(yīng) 電感，它使去磁磁場強烈作用在永磁體上，永磁體存在失磁的危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有永磁同步電機為達(dá)到弱磁調(diào)速的目的，進行弱磁 時去磁電流會導(dǎo)致永磁體失磁的問題，提供一種寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機。本發(fā)明包括定子和轉(zhuǎn)子，定子的內(nèi)圓表面與轉(zhuǎn)子的外圓表面之間為氣隙，所述 定子由定子鐵心、非導(dǎo)磁隔離層和導(dǎo)磁套組成，定子鐵心的內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向均勻分布多個定子槽，所述定子槽軸向貫通定 子鐵心，每個定子槽內(nèi)設(shè)置一個導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁套的形狀與定子槽的形狀相匹配，所述導(dǎo) 磁套的厚度均勻，所述定子槽與導(dǎo)磁套之間設(shè)有非導(dǎo)磁隔離層；所述轉(zhuǎn)子包括永磁體，該永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)壁上。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明通過在定子上設(shè)置定子槽，并在定子槽內(nèi)設(shè)置導(dǎo)磁套 的方式，使去磁磁通能夠直接在導(dǎo)磁套中閉合，抵消了永磁體磁通與定子上的繞組形成 的匝鏈。非導(dǎo)磁隔離層能夠削弱永磁體對導(dǎo)磁套的作用，并為定子去磁磁通提供通路。 本發(fā)明采用的結(jié)構(gòu)是通過增加槽漏感來增加直軸電感的，去磁磁場大部分閉合在定子 內(nèi)，它幾乎不會影響氣隙磁密，因而永磁體不會有失磁的危險。本發(fā)明在定子定子槽內(nèi)設(shè)置導(dǎo)磁套，拓寬了電機的弱磁調(diào)速范圍，解決了現(xiàn)有 永磁同步電機恒功率運行弱磁調(diào)速范圍狹窄的問題，在電動車驅(qū)動系統(tǒng)、電主軸系統(tǒng)以 及變速發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施方式五所述的定子局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施方式六所述的定子局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施方式七所述的定子局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實施方式三所述的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，此時P = 2。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式包括定子1 和轉(zhuǎn)子2，定子1的內(nèi)圓表面與轉(zhuǎn)子2的外圓表面之間為氣隙，其特征在于所述定子1 由定子鐵心1-1、非導(dǎo)磁隔離層1-2和導(dǎo)磁套1-3組成，定子鐵心1-1的內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向均勻分布多個定子槽，所述定子槽軸向貫 通定子鐵心1-1，每個定子槽內(nèi)設(shè)置一個導(dǎo)磁套1-3，導(dǎo)磁套1-3的形狀與定子槽的形狀 相匹配，所述導(dǎo)磁套1-3的厚度均勻，所述定子槽與導(dǎo)磁套1-3之間設(shè)有非導(dǎo)磁隔離層1-2 ；所述轉(zhuǎn)子2包括永磁體3，該永磁體3設(shè)置在轉(zhuǎn)子2外側(cè)壁上。本實施方式中定子槽、導(dǎo)磁套1-3和非導(dǎo)磁隔離層1-2的形狀相互匹配設(shè)置。所 述電機的弱磁控制范圍與導(dǎo)磁套1-3的厚度相關(guān)，導(dǎo)磁套1-3厚度越大，電機弱磁調(diào)速范 圍越大。所述定子槽可采用梨形槽。
具體實施方式
二下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一 的進一步說明，所述永磁體3為2P塊，P為所述電機的極對數(shù)，2P塊永磁體3沿圓周方向 均勻分布并表貼在轉(zhuǎn)子2的圓柱形外側(cè)壁上。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一相同。本實施方式中轉(zhuǎn)子2采用了永磁體3表貼式的結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一 的進一步說明，所述永磁體3為2P塊，P為所述電機的極對數(shù)，2P塊永磁體3沿圓周方 向均勻分布于轉(zhuǎn)子2體內(nèi)，并在轉(zhuǎn)子2的圓周方向形成正多邊形，所述正多邊形的邊數(shù) 為2P，并且該正多邊形的中心線與轉(zhuǎn)子2的中心線重合，所述永磁體3軸向貫通轉(zhuǎn)子2， 每塊永磁體3的圓周方向的兩側(cè)各設(shè)置一個隔磁孔2-1，所述隔磁孔2-1中填充非導(dǎo)磁材 料。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一相同。本實施方式與實施方式二不同之處在于轉(zhuǎn)子2采用了永磁體3內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，隔磁 孔2-1中填充的隔磁材料構(gòu)成了隔磁橋，與實施方式二所采用的轉(zhuǎn)子2結(jié)構(gòu)相比，本實施 方式的弱磁能力更強。在實際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子采用永磁體內(nèi)置式結(jié)構(gòu)時，還可以根據(jù)需要，將永磁體3 在轉(zhuǎn)子2內(nèi)排列成V形或W形等。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式二或三的進一步說明，所述非導(dǎo)磁 隔離層1-2厚度為0.5 δ - δ，δ為所述電機氣隙長度。其它組成及連接關(guān)系與實施方式 二或三相同。非導(dǎo)磁隔離層1-2的設(shè)置是為了減弱永磁體對導(dǎo)磁套1-3的飽和影響，非導(dǎo)磁隔 離層1-2厚度小時，隔離效果差，非導(dǎo)磁隔離層1-2厚度大時，其有效槽面積小，隔離效 果增加的不明顯，將非導(dǎo)磁隔離層1-2厚度選定在0.5 δ-δ之間，不但隔離效果好，而 且占用槽面積小。
具體實施方式
五下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施 方式四的進一步說明，所述非導(dǎo)磁隔離層1-2將定子槽的內(nèi)壁與導(dǎo)磁套1-3的外壁完全隔 離。其它組成及連接關(guān)系與實施方式四相同。電機在弱磁調(diào)速時，電樞去磁磁通大部分被束縛在導(dǎo)磁套1-3中，小部分通過 氣隙和永磁體3，這是因為導(dǎo)磁套1-3的磁路磁阻小于氣隙和永磁體3的磁路磁阻，導(dǎo)磁 套1-3起到了分流作用。
具體實施方式
六下面結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式為對實施方式四 的進一步說明，所述導(dǎo)磁套1-3的遠(yuǎn)轉(zhuǎn)子端與定子槽的槽底固定連接或連接為一體，非 導(dǎo)磁隔離層1-2將導(dǎo)磁套1-3的近轉(zhuǎn)子端外壁與定子槽的內(nèi)壁隔離。其它組成及連接關(guān) 系與實施方式四相同。本實施方式中定子鐵心1-1與導(dǎo)磁套1-3在定子槽的槽底處沒有被非導(dǎo)磁隔離層
51-2隔開，這種非導(dǎo)磁隔離層1-2將導(dǎo)磁套1-3與定子槽內(nèi)壁局部隔離的方式，可以減小 定子軛的厚度，縮小所述電機的外徑，提高電機功率密度。根據(jù)使用中的需要，進一步減小非導(dǎo)磁隔離層1-2的徑向長度，有利于減小定 子軛寬，縮小電機體積，進一步提高電機功率密度。
具體實施方式
七下面結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式為對實施方式五 或六的進一步說明，所述導(dǎo)磁套1-3上與定子槽槽口相對應(yīng)的位置具有開口 1-31。其它 組成及連接關(guān)系與實施方式五或六相同。本實施方式中導(dǎo)磁套1-3在靠近定子槽的槽口側(cè)設(shè)置開口，有利于電機繞組下 線的操作。
具體實施方式
八本實施方式為對實施方式七的進一步說明，所述非導(dǎo)磁隔離 層1-2由空氣形成。其它組成及連接關(guān)系與實施方式七相同。
具體實施方式
九本實施方式為對實施方式七的進一步說明，所述非導(dǎo)磁隔離 層1-2的材質(zhì)為非導(dǎo)磁金屬。其它組成及連接關(guān)系與實施方式七相同。
具體實施方式
十本實施方式為對實施方式七的進一步說明，所述非導(dǎo)磁隔離 層1-2的材質(zhì)為鋁。其它組成及連接關(guān)系與實施方式七相同。鋁是熱的良導(dǎo)體，與實施方式八采用空氣形成非導(dǎo)磁隔離層1-2的方式相比， 散熱性能更好。本發(fā)明電機可采用分?jǐn)?shù)槽繞組，分?jǐn)?shù)槽繞組有利于減小電機齒槽的定位力，提 高控制精度和加工精度。本發(fā)明不局限于上述實施方式，還可以是上述各實施方式中所述技術(shù)特征的合
理組合。
權(quán)利要求
1.一種寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，它包括定子⑴和轉(zhuǎn)子(2)，定子⑴的內(nèi)圓 表面與轉(zhuǎn)子(2)的外圓表面之間為氣隙，其特征在于所述定子(1)由定子鐵心(1-1)、 非導(dǎo)磁隔離層(1-2)和導(dǎo)磁套(1-3)組成，定子鐵心(1-1)的內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向均勻分布多個定子槽，所述定子槽軸向貫通 定子鐵心(1-1)，每個定子槽內(nèi)設(shè)置一個導(dǎo)磁套(1-3)，導(dǎo)磁套(1-3)的形狀與定子槽的 形狀相匹配，所述導(dǎo)磁套(1-3)的厚度均勻，所述定子槽與導(dǎo)磁套(1-3)之間設(shè)有非導(dǎo)磁 隔離層(1-2)；所述轉(zhuǎn)子(2)包括永磁體(3)，該永磁體(3)設(shè)置在轉(zhuǎn)子(2)外側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述永磁體 (3)為2P塊，P為所述電機的極對數(shù)，2P塊永磁體(3)沿圓周方向均勻分布并表貼在轉(zhuǎn) 子(2)的圓柱形外側(cè)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述永磁體 (3)為2P塊，P為所述電機的極對數(shù)，2P塊永磁體(3)沿圓周方向均勻分布于轉(zhuǎn)子(2) 體內(nèi)，并在轉(zhuǎn)子(2)的圓周方向形成正多邊形，所述正多邊形的邊數(shù)為2P，并且該正多 邊形的中心線與轉(zhuǎn)子(2)的中心線重合，所述永磁體(3)軸向貫通轉(zhuǎn)子(2)，每塊永磁體 (3)的圓周方向的兩側(cè)各設(shè)置一個隔磁孔(2-1)，所述隔磁孔(2-1)中填充隔磁材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述非導(dǎo) 磁隔離層(1-2)厚度為0.5 δ δ - δ，δ為所述電機氣隙長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述非導(dǎo)磁 隔離層(1-2)將定子槽的內(nèi)壁與導(dǎo)磁套(1-3)的外壁完全隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述導(dǎo)磁套 (1-3)的遠(yuǎn)轉(zhuǎn)子端與定子槽的槽底固定連接或連接為一體，非導(dǎo)磁隔離層(1-2)將導(dǎo)磁套 (1-3)的近轉(zhuǎn)子端外壁與定子槽的內(nèi)壁隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述導(dǎo)磁 套(1-3)與定子槽槽口相對應(yīng)的位置具有開(1-31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述非導(dǎo)磁 隔離層(1-2)由空氣形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述非導(dǎo)磁 隔離層(1-2)的材質(zhì)為非導(dǎo)磁金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，其特征在于所述非導(dǎo)磁 隔離層(1-2)的材質(zhì)為鋁。
全文摘要
寬弱磁調(diào)速范圍永磁同步電機，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有永磁同步電機為達(dá)到弱磁調(diào)速的目的，進行弱磁時去磁電流會導(dǎo)致永磁體失磁的問題。它包括定子和轉(zhuǎn)子，定子的內(nèi)圓表面與轉(zhuǎn)子的外圓表面之間為氣隙，所述定子由定子鐵心、非導(dǎo)磁隔離層和導(dǎo)磁套組成，定子鐵心的內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向均勻分布多個定子槽，所述定子槽軸向貫通定子鐵心，每個定子槽內(nèi)設(shè)置一個導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁套的形狀與定子槽的形狀相匹配，所述導(dǎo)磁套的厚度均勻，所述定子槽與導(dǎo)磁套之間設(shè)有非導(dǎo)磁隔離層；所述轉(zhuǎn)子包括永磁體，該永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)壁上。本發(fā)明用于實現(xiàn)永磁同步電機的弱磁調(diào)速。
文檔編號H02K1/27GK102013778SQ20101058496
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者于吉坤, 寇寶泉, 曹繼偉, 李立毅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)