[发明专利]适合于弱磁控制的高速永磁同步电机转子

说明书

技术领域

本发明涉及高速永磁同步电机转子，属于电机领域。

背景技术

永磁同步电动机的励磁磁动势是由永磁体产生的而无法调节，当u＝u_lim时，要想继续升高转速只有靠调节i_d和i_q来实现，增加电动机直轴去磁电流分量和减小交轴电流分量，以维持电压平衡关系，得到“弱磁”效果。前者“弱磁”能力与电动机直轴电感直接相关，后者与交轴电感相关。由于电动机相电流也有一定极限，增加之后去磁电流分量而同时保证电枢电流不超过电流极限值，交轴电流就应|相应减小。因此，一般是通过增加直轴去磁电流来实现弱磁扩速，到弱磁扩速的目的。而现有的永磁同步电动机弱磁范围狭小，导致功率密度低和可靠性低。

发明内容

本发明为了解决现有永磁同步电动机弱磁范围狭小，导致功率密度低和可靠性低的问题，而提出了适合于弱磁控制的高速永磁同步电机转子。

本发明由转子铁心、矩形截面永磁体和转轴组成；转子铁心设置在转轴上，沿转子铁心的轴向方向开有2P×2n个矩形截面的孔，其中P为电机的极对数，n为自然数；每个平行充磁的矩形截面永磁体对应嵌于转子铁心所开设的每一个矩形截面的孔内；转子的每个磁极是由2n块矩形截面永磁体排列成的V字形磁极，所述转子的每个磁极均匀分布在转子铁心的圆周上，所述V字形磁极的两排永磁体之间所形成的夹角的顶点朝向转子铁心的中心方向，所述夹角角度在90°～180°；每相邻两块矩形截面永磁体之间的磁桥宽度在0.5mm～L/2mm，其中L为每块矩形截面永磁体的宽度。

本发明通过把整块永磁体分割成若干块永磁体，永磁体之间具有可导磁的磁桥，磁桥具有两个作用，一是提高转子的结构强度，二是调整从磁桥通过的磁通的大小，进而调整电机的弱磁控制范围，n越大，电机的弱磁调速范围越宽。通过控制电枢绕组中电流的相位，可以提高电机基速以下的输出转矩、基速以上的恒功率运行速度范围。既可以提高转子的结构强度，使转子能够高速运行，又可以提高L_d；通过把每极永磁体排成扇面，既可以增加ψ_f，又可以保证交轴磁路宽度，提高L_q；同时，当电机运行在基速以下时，控制电枢绕组中电流的相位，使磁桥中磁通的方向与其相邻永磁体中磁通的方向相同，这样也可以增加ψ_f。通过采取这些措施，本发明可以拓宽电机的弱磁范围，提高电机的效率、功率密度和可靠性，在电动车辆驱动系统、电主轴系统以及变速发电等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1本发明转子的主视图；图2是永磁电动机弱磁原理示意图；图3是永磁电动机弱磁原理向量图；图4是电压极限椭圆和电流极限圆示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由转子铁心1、矩形截面永磁体2和转轴3组成；转子铁心1设置在转轴3上，沿转子铁心1的轴向方向开有2P×2n个矩形截面的孔4，其中P为电机的极对数，n为自然数；每个平行充磁的矩形截面永磁体2对应嵌于转子铁心1所开设的每一个矩形截面的孔4内；转子的每个磁极是由2n块矩形截面永磁体2排列成的V字形磁极，所述转子的每个磁极均匀分布在转子铁心1的圆周上，所述V字形磁极的两排永磁体之间所形成的夹角的顶点朝向转子铁心1的中心方向，所述夹角角度在90°～180°；构成V字形磁极的两排永磁体产生的磁力线并联；每相邻两块矩形截面永磁体2之间的磁桥宽度在0.5mm～L/2mm，其中L为每块矩形截面永磁体2的宽度。矩形截面永磁体2采用高磁能积的稀土永磁体，矩形截面永磁体2的宽度L为2mm～30mm。当电机运行在基速以下时，控制电枢绕组中电流的相位，使磁桥中磁通的方向与其相邻永磁体中磁通的方向相同。电机的弱磁控制范围与每极永磁体块数2n相关，2n越大，电机的弱磁调速范围越宽。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于转子为4极结构，在转子铁心1上沿轴向开有24个矩形截面的孔4，转子每极由6块平行充磁的矩形截面永磁体2构成，6块矩形截面永磁体2插在转子铁心上6个矩形截面的孔内构成一个V字形磁极；构成V字形磁极的两排永磁体产生的磁力线并联；两排永磁体之间所形成的角度为150°。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本发明的原理：

永磁同步电动机弱磁控制的思想来自对他励直流电动机的调磁控制。

当他励直流电动机端电压达到极限电压时，为使电动机能恒功率运行于更高的转速，应降低电动机的励磁电流，以保证电压的平衡。