[发明专利]具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能的永磁体牵引电机，属电机技术领域。

背景技术

恒功率速度范围(CPSR)是永磁体牵引电机的重要参数，定义如下：

CPSR值越大，说明弱磁扩速的能力越强。从理论上来说，电机的速度可以无限大(参 看图3)，而实际上却并非如此。尽管电机工程设计人员努力改进电机结构，特别是在永磁 转子结构的改进上，先后开发了多种永磁转子，如径向充磁(即永磁体的磁化方向与转子 半径方向一致)的永磁同步电机有表面式，传统内置式，永磁体分段内置式；切向充磁(即 永磁体磁化方向与转子圆周切线方向一致)的永磁同步电机有直插内置式；和混合充磁(既 有径向分量又有切向分量，合成方向与径向和切向均不平行)的V字型内置式(包括单层 或多层永磁体)等，使电机输出的恒功率区不断增大(通过增大电机的凸极率实现)，但 目前工业上使用的永磁体牵引电机仍然难以满足使用要求，如V字型永磁体转子的速度虽 可达135000转/分钟，但输出力矩小，其转速仍需进一步扩展。现有的具有较大恒功率速 度范围的电机是由澳大利亚学者WENSONG设计的轴向叠片内置式永磁电机，但由于制作难 度大，只适合在实验室中使用，工业中未能产业化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、易于制造的具有较宽扩 速范围的永磁体牵引电机。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，由定子和转子构成，所述转子内嵌入多个 永磁体，所述永磁体为长方体、沿与转子同轴的圆周排列，每4个永磁体为一组，所述4 个永磁体的横截面构成“W”形永磁体；构成同一“W”形永磁体的合成充磁方向沿径向一 致，相邻两个“W”形永磁体的合成充磁方向相反；“W”形永磁体构成转子的一个磁极。

上述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，在“W”形永磁体的外侧、靠近转子表面 处还设置一个径向充磁的一字形永磁体，所述一字形永磁体与“W”形永磁体的合成充磁 方向一致、并与“W”形永磁体共同构成转子的一个磁极，其横截面呈形。

上述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，d轴方向上的两个永磁体的间隙小于q轴 方向上的两个永磁体的间隙。

本发明对牵引转子结构进行了改进，使内嵌永磁体的排列方式和转子磁路结构更加合 理，从图7中可看出在转速为6000转/分钟时，其它内置式结构的电机没有转矩输出，而 W型还有较大的转矩输出，其最大转速可达20000转/分钟以上，而且在同一个速度时，W 型的输出转矩远大于V字型的输出转矩，所以不仅扩大了永磁同步牵引电机的恒功率调速 范围，提高了永磁电机的弱磁扩速性能，而且结构简单，易于生产制造，节省原材料，同 时效率也较高。

附图说明

图1是本实用新的结构示意图；

图2是转子的结构示意图；

图3是牵引电机输出功率和转矩与速度的关系；

图4是本实用新与传统电机脉动转矩对比图；

图5是本实用新与传统电机d轴电感曲线；

图6是本实用新与传统电机q轴电感曲线；

图7是本实用新与传统电机的转矩—速度曲线；

图8是本实用新与传统电机的功率—速度曲线。

图中各标号为：1、定子；2、转子；3、永磁体；3-1、一字形永磁体；Ld、d轴电感； Lq、q轴电感；Id、d轴电流；Iq、q轴电流。

具体实施方式

参看图1、图2，本电机可以称为W型，转子中的永磁体排成“W”形，上面还横置一 个一字形永磁体，目的是扩展恒功率速度范围，使d轴电感Ld的值减小，电机的凸极率增 加，从而增大了恒功率速度范围。

参看图2，d轴方向上的两个永磁体有很小的间隙，q轴方向上的两个永磁体的间隙稍 宽一点。此电机共有8个极，即4对极。所以1/4是对称的，它采用了“微偏极”理论： 相邻的两个Q轴的永磁体间隙稍微不对称，这样可以减小电机输出的脉动转矩，在额定电流 时可使脉动转矩降低8.5％。同时需说明是，对q轴方向上的两个永磁体的间隙相同的对称 W型，与不对称的W型有相同的恒功率速度范围，可以通过调整永磁体的张角和宽度等使 脉动转矩降低。