一種矩角逼近型永磁電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電工、電機等技術(shù)領(lǐng)域，特指一種矩角逼近型永磁電機。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著全球環(huán)境和能源問題的不斷加劇，永磁電機由于其高功率密度和高效率已被應(yīng)用于多個領(lǐng)域。目前常用的轉(zhuǎn)子永磁電機主要有兩類:表面貼/嵌裝式和內(nèi)嵌式。內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子永磁電機，特別是V型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)--兩塊永磁體相對構(gòu)成V形置于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，由于其獨特的結(jié)構(gòu)，其具有高凸極率和低永磁體損耗，特別是適合高速和寬調(diào)速的家用電器和電動汽車等行業(yè)。
[0003]對內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子永磁電機而言，其轉(zhuǎn)矩一般分為永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩部分，永磁轉(zhuǎn)矩是由永磁體產(chǎn)生的，而磁阻轉(zhuǎn)矩是由于電機dq軸存在差異產(chǎn)生的。理論上而言，永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩在不同的電流角度達到各自的最大值，這兩電流角存在一定的角度差，因此，永磁電機合成轉(zhuǎn)矩是永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的矢量和，而不是代數(shù)和，只有一部分的永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩得到了有效的利用。文獻“Torque analysis of inter1rpermanent—magnet synchronous motors by considering cross-magnetizat1n:Variat1n in torque components with permanent-magnet configurat1ns，，中(公開發(fā)表于 2014 年 IEEE Transact1ns on Industrial Elecrronics 61 卷，7 期，3192-3201 頁)采用凍結(jié)磁導(dǎo)率法分析了 V型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和由于磁場飽和引起的橫向永磁轉(zhuǎn)矩和橫向磁阻轉(zhuǎn)矩，驗證了永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩在達到各自最大值時存在一定的電流角度差。此夕卜，文獻“Optimal design of a novel v-type inter1r permanent magnetmotor with assisted barriers for the improvement of torque characteristics，，(公開發(fā)表于2014年IEEE Transact1ns on Magnetics 50卷，11期，出版中)詳細分析了永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的形成原因，特別是在相鄰兩極之間增加了輔助的隔磁磁障來調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩達到最大值的電流角度，通過優(yōu)化隔磁磁障來實現(xiàn)永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩在相同或者相近的電流角同時達到各自的最大值，此時，永磁電機合成轉(zhuǎn)矩是是永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和，可以很好地提高永磁電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力，還可使永磁體得到更有效充分的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是給出一種既能具有提高電機轉(zhuǎn)矩輸出能力，又能有效地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出范圍的永磁電機。基于以上兩點要求，本發(fā)明提出一種矩角逼近型永磁電機。該新型永磁電機是指該電機既能提高電機轉(zhuǎn)矩的輸出能力，又能有效調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出范圍。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種矩角逼近型永磁電機，包括外定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子；所述外定子上放置分布式繞組；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子由多個凸極轉(zhuǎn)子及多個V型轉(zhuǎn)子交替排列組成的，所述凸極轉(zhuǎn)子嵌裝永磁材料，所述V型轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌裝兩個長方體釹鐵硼永磁材料構(gòu)成V型永磁結(jié)構(gòu)，所述凸極轉(zhuǎn)子嵌裝的永磁材料存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角，所述凸極轉(zhuǎn)子中存在用作隔磁磁障的空氣槽偏移角。
[0007]進一步，所述凸極轉(zhuǎn)子和所述V型轉(zhuǎn)子均為四個，且每一個所述凸極轉(zhuǎn)子和V型轉(zhuǎn)子所占機械角度均為45°。
[0008]進一步，所述凸極轉(zhuǎn)子嵌裝的永磁材料為圓弧形，所述永磁材料為釹鐵硼材料。
[0009]進一步，所述外定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子均為鐵芯，采用國內(nèi)常用的M19_29G材料沖片疊壓rfn 。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0011]I)本發(fā)明的電機內(nèi)轉(zhuǎn)子是由凸極轉(zhuǎn)子和V型轉(zhuǎn)子相間排布構(gòu)成的，電機轉(zhuǎn)子易于加工。
[0012]2)本發(fā)明的凸極轉(zhuǎn)子嵌裝環(huán)形永磁材料及V型轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌裝長方體永磁材料，永磁材料易于加工和安裝。
[0013]3)本發(fā)明調(diào)節(jié)凸極轉(zhuǎn)子嵌裝永磁體偏移角可有效地改變轉(zhuǎn)矩幅值，改變空氣槽偏移角度，可改變轉(zhuǎn)矩幅值隨定子電流角變化趨勢，提高永磁電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡圖；
[0015]圖2是Pruis 2010結(jié)構(gòu)簡圖；
[0016]圖3本發(fā)明電機轉(zhuǎn)矩幅值隨永磁體偏移角變化圖；
[0017]圖4本發(fā)明電機轉(zhuǎn)矩在不同空氣槽偏移角時隨定子電流角變化圖；
[0018]圖5本發(fā)明電機與Pruis2010轉(zhuǎn)矩對比圖。
[0019]圖中:1.外定子；2.內(nèi)轉(zhuǎn)子；3.分布式繞組；4.凸極轉(zhuǎn)子；5.V型轉(zhuǎn)子；6.永磁材料；7.長方體釹鐵硼永磁材料；8.永磁體偏移角；9.空氣槽偏移角。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]如附圖1所示，本發(fā)明為一種新型永磁電機，所提出的永磁電機采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該電機包括外定子I和內(nèi)轉(zhuǎn)子2 ;外定子I和內(nèi)轉(zhuǎn)子2的鐵芯均采用國內(nèi)常用的M19_29G材料沖片疊壓而成。外定子上放置分布式繞組3。內(nèi)轉(zhuǎn)子2由四個凸極轉(zhuǎn)子4及四個V型轉(zhuǎn)子5交替排列組成的，凸極轉(zhuǎn)子4嵌裝圓弧形釹鐵硼永磁材料6，V型轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌裝兩個長方體釹鐵硼永磁材料7構(gòu)成V型永磁結(jié)構(gòu)。凸極轉(zhuǎn)子4嵌裝的圓弧形釹鐵硼永磁材料6存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角8，凸極轉(zhuǎn)子4中存在用作隔磁磁障的空氣槽偏移角9。
[0022]附圖2所示為Pruis 2010電機模型，包括外定子I和內(nèi)轉(zhuǎn)子2，外定子上放置分布式繞組3，V型轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌裝兩個長方體釹鐵硼永磁材料7構(gòu)成V型永磁結(jié)構(gòu)。
[0023]相比于Pruis 2010電機，本發(fā)明的新型永磁電機的優(yōu)勢在于:一方面，可通過改變永磁體偏移角8來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩幅值，如附圖3所示，在不同的永磁體偏移角下(本發(fā)明的實施例給出了 -4 °?4 °的永磁體偏移角)，則該電機的輸出轉(zhuǎn)矩不斷變化，可知改變永磁體偏移角8可改變永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩的相對位置，從而有效地調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩幅值；另一方面，改變空氣槽偏移角9可有效地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩隨定子電流角度變化，如附圖4所示，可知在同一定子電流角下，不同的空氣槽偏移角9(本發(fā)明的實施例給出了 O?90°的空氣槽偏移角)，則該新型永磁電機轉(zhuǎn)矩幅值不同(本發(fā)明的實施例給出了 O?225Nm的電機轉(zhuǎn)矩幅值)，并且隨著空氣槽偏移角9變化，轉(zhuǎn)矩波形左右移動，選擇合適的空氣槽偏移角9，可拓寬該電機的恒功率運行區(qū)間。
[0024]由上得知，本發(fā)明凸極轉(zhuǎn)子4嵌裝的永磁材料存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角8，通過調(diào)節(jié)永磁體偏移角8可以有效地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩幅值；凸極轉(zhuǎn)子4中存在一個用作隔磁磁障的空氣槽偏移角9，通過調(diào)節(jié)空氣槽偏移角度9，可有效地調(diào)節(jié)電機輸出轉(zhuǎn)矩幅值及輸出轉(zhuǎn)矩波形變化。
[0025]為了充分體現(xiàn)該新型永磁電機的優(yōu)勢，本發(fā)明給出了其性能和Pruis 2010電機的比較。附圖5給出了在相同的運行條件及電機模型尺寸情況下兩種模型的轉(zhuǎn)矩對比，可以看出該電機轉(zhuǎn)矩平均值比Pruis 2010提高了 3.3%，更主要的是Pruis 2010轉(zhuǎn)矩脈動為16.4%，而該電機轉(zhuǎn)矩脈動僅為13%，因此該電機相比于Pruis 2010具有更好的性能，是其一種很好的替代。
[0026]本發(fā)明提出了一種矩角逼近型永磁電機，V型內(nèi)嵌式永磁結(jié)構(gòu)具有磁極凸起性，能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。理論上，永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩在不同的電流角度達到各自的最大值，這兩者有一定的角度差，因此，電機合成轉(zhuǎn)矩是永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的矢量和，而不是代數(shù)和，只有一部分的永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩得到了有效的利用。該新型永磁電機凸極嵌裝的釹鐵硼永磁材料6存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角8，可調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩幅值，并且凸極轉(zhuǎn)子中存在空氣槽偏移角9，實現(xiàn)增大輸出轉(zhuǎn)矩幅值。
[0027]應(yīng)理解上述施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種矩角逼近型永磁電機，其特征在于，包括外定子⑴和內(nèi)轉(zhuǎn)子⑵； 所述外定子(I)上放置分布式繞組(3); 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(2)由多個凸極轉(zhuǎn)子(4)及多個V型轉(zhuǎn)子(5)交替排列組成的，所述凸極轉(zhuǎn)子(4)嵌裝永磁材料￠)，所述V型轉(zhuǎn)子(5)內(nèi)嵌裝兩個長方體釹鐵硼永磁材料(7)構(gòu)成V型永磁結(jié)構(gòu)，所述凸極轉(zhuǎn)子(4)嵌裝的永磁材料(6)存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角(8)，所述凸極轉(zhuǎn)子(4)中存在用作隔磁磁障的空氣槽偏移角(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩角逼近型永磁電機，其特征在于，所述凸極轉(zhuǎn)子(4)和所述V型轉(zhuǎn)子(5)均為四個，且每一個所述凸極轉(zhuǎn)子(4)和V型轉(zhuǎn)子(5)所占機械角度均為 45。?
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩角逼近型永磁電機，其特征在于，所述凸極轉(zhuǎn)子(4)嵌裝的永磁材料(6)為圓弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種矩角逼近型永磁電機，其特征在于，所述永磁材料(6)為釹鐵硼材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩角逼近型永磁電機，其特征在于，所述外定子(I)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(2)均為鐵芯，采用國內(nèi)常用的M19_29G材料沖片疊壓而成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種矩角逼近型永磁電機，包括外定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子；所述外定子上放置分布式繞組；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子由多個凸極轉(zhuǎn)子及多個V型轉(zhuǎn)子交替排列組成的，所述凸極轉(zhuǎn)子嵌裝永磁材料，所述V型轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌裝兩個長方體釹鐵硼永磁材料構(gòu)成V型永磁結(jié)構(gòu)，所述凸極轉(zhuǎn)子嵌裝的永磁材料存在一定的偏移，形成一個永磁體偏移角，所述凸極轉(zhuǎn)子中存在用作隔磁磁障的空氣槽偏移角。本發(fā)明調(diào)節(jié)凸極轉(zhuǎn)子嵌裝永磁體偏移角可有效地改變轉(zhuǎn)矩幅值，改變空氣槽偏移角度，可改變轉(zhuǎn)矩幅值隨定子電流角變化趨勢，提高永磁電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力。
【IPC分類】H02K21-14, H02K1-27
【公開號】CN104767338
【申請?zhí)枴緾N201510090614
【發(fā)明人】劉國海, 陳前, 吉敬華, 徐高紅, 邵明明
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月1日