專利名稱：弱磁擴速永磁電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種具有弱磁擴速功能的永磁電動機，特別是永磁同步電動機(包括永磁無刷直流電動機)。
隨著半導(dǎo)體和計算機技術(shù)的發(fā)展以及釹鐵硼永磁材料性能的改善，永磁電動機，特別是永磁同步電動機(直流無刷運行)已廣泛用于工廠、辦公和家庭自動化的場合，電機小型輕量化、寬廣的調(diào)速范圍和提高輸出功率是主要發(fā)展方向。目前國際上紛紛采用弱磁擴速技術(shù)來擴大永磁電機在高速狀態(tài)下的輸出功率，使其保持在較高速度范圍內(nèi)的恒功率運行。所謂弱磁擴速就是在電機端電壓達到極限值后，采用削弱磁場強度的方法使電機以恒功率的方式運行到更高的轉(zhuǎn)速。直流電動機的轉(zhuǎn)速與端電壓成正比，當(dāng)勵磁式直流電機，比如他勵直流電動機端電壓達到極限電壓時，為使電機能以恒功率方式運行到更高的轉(zhuǎn)速，可以以降低電動機的勵磁電流來獲得電壓的平衡，也就是說勵磁式直流電機是通過降低勵磁電流方式來獲得弱磁擴速的，而永磁電動機的勵磁是固定的，要想在高速狀態(tài)下削弱其磁場有一定難度，現(xiàn)有技術(shù)是通過調(diào)節(jié)直軸電流分量Id和交軸電流分量Iq來實現(xiàn)弱磁擴速。目前永磁電機的弱磁擴速技術(shù)有采用逆變器控制技術(shù)，優(yōu)化控制技術(shù)來獲得寬廣的高速恒功率調(diào)速范圍，這些方案中，有的同時會導(dǎo)致電機總的調(diào)速范圍減少，轉(zhuǎn)矩特性變軟，有的弱磁效果不佳，有的導(dǎo)致鐵耗大幅度增加，電機效率降低，特性變壞，有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，所以永磁電機的弱磁擴速技術(shù)至今仍是國際上尚需攻克的難題。
本發(fā)明旨在克服上述缺陷，提供一種不需另設(shè)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，只利用電機主體結(jié)構(gòu)即可完成弱磁擴速功能的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能好，可靠性高的弱磁擴速永磁電動機。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是本發(fā)明在機殼內(nèi)設(shè)置的定子包括鐵心(1)，定子槽(2)，定子繞組，轉(zhuǎn)子包括主軸(9)和固定于主軸上的磁極(8)，轉(zhuǎn)子磁極與定子鐵心之間設(shè)有徑氣隙(3)，其特征在于在轉(zhuǎn)子圓周向的相鄰磁極之間設(shè)有自動弱磁擴速裝置，該裝置包括徑向?qū)蛱?7)，可在徑向沿導(dǎo)向套移動并接有復(fù)位彈簧(5)的導(dǎo)磁滑塊(6)，在電機靜止?fàn)顟B(tài)下，導(dǎo)磁滑塊(6)被復(fù)位彈簧徑向定位于靠近中心主軸未進入極間間隙(4)的位置。
本發(fā)明的工作原理為；所述導(dǎo)向套及復(fù)位彈簧均為非導(dǎo)磁材料制作，當(dāng)電機處于靜止?fàn)顟B(tài)或低速運轉(zhuǎn)滑塊所受離心力小于復(fù)位彈簧作用力時，見圖3-1，導(dǎo)磁滑塊在復(fù)位彈簧作用下位于靠近中心主軸9未進入極間間隙的位置，此時的導(dǎo)磁滑塊無弱磁效應(yīng)，使電機維持低速重負載下高轉(zhuǎn)矩特性；隨著轉(zhuǎn)速增加，離心力加大，當(dāng)離心力大于復(fù)位彈簧作用力后，見圖3-2，導(dǎo)磁滑塊徑向運動至相鄰磁極8之間，使磁極側(cè)面部分短路，削弱了主磁通，實現(xiàn)高速輕負載寬廣的恒功率運行。
本發(fā)明的磁路可參見圖4實施例的弱磁擴速磁路示意圖，弱磁運行時存在四種磁通a-經(jīng)過氣隙(3)的永磁主磁通，b-經(jīng)過圓周向相鄰磁極極間間隙(4)的漏磁永磁通c-經(jīng)過圓周向相鄰磁極極間間隙(4)的弱磁磁通；d-經(jīng)過磁極(8)的弱磁磁通；高速運行時，導(dǎo)磁滑塊(6)在磁極間徑向移動起到調(diào)節(jié)磁極極間間隙的漏磁永磁通b和弱磁磁通c的作用，從而調(diào)節(jié)合成的氣隙磁通，達到自動弱磁擴速的功能。
本發(fā)明不需要對逆變器控制系統(tǒng)進行額外的調(diào)節(jié)，僅靠電機主體結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)弱磁擴速的功能，從而簡化了電機的控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點，而且本發(fā)明在磁極間所調(diào)整的漏磁永磁通和弱磁磁通均為從磁極側(cè)面以與徑向磁通呈90°的方向旁路部分磁通，來達削弱主磁通的效果，這樣就克服了現(xiàn)有技術(shù)以與徑向主磁通相反方向的磁場削弱主磁通而可能導(dǎo)致的磁鋼被去磁，出力降低、性能變壞的缺點，而且本發(fā)明在靜止或低速狀態(tài)下對主磁通無削弱作用，在高速狀態(tài)下，弱磁效果是隨轉(zhuǎn)速的提高自動調(diào)節(jié)加強，所以是在不影響低速運轉(zhuǎn)性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)弱磁擴速功能的，弱磁擴速效果好，可靠性高，為永磁電機在工廠、辦公、家庭自動化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。特別是在有嚴格電壓限制的蓄電池供電(如電動助力車、電動汽車)場合，更能發(fā)揮其高轉(zhuǎn)矩密度和寬廣的恒功率調(diào)速范圍的優(yōu)點。


圖1、本發(fā)明實施例1有極靴弱磁擴速永磁同步電機剖面結(jié)構(gòu)示意圖(圖中未示定子繞組)1-鐵心 2-定子槽3-徑氣隙4-極間間隙5-復(fù)位彈簧6-導(dǎo)磁滑塊 7-導(dǎo)向套8-磁極 9-主軸 10-極靴11-磁鋼圖2、在圖1極間間隙4所設(shè)弱磁擴速裝置放大結(jié)構(gòu)示意3、實施例1在靜止低速狀態(tài)和高速狀態(tài)下弱磁擴速裝置中導(dǎo)磁滑塊6的位置示意圖3-1靜止或低速時導(dǎo)磁滑塊6位置示意圖3-2高速狀態(tài)下導(dǎo)磁滑塊6的位置示意4、實施例1弱磁擴速磁路示意圖a---經(jīng)過氣隙3的永磁主磁通b---經(jīng)過圓周向相鄰磁極極間間隙4的永磁漏磁通c---經(jīng)過圓周向相鄰磁極極間間隙4的弱磁磁通d---經(jīng)過磁極8的弱磁磁通；圖5、實施例1的轉(zhuǎn)矩---轉(zhuǎn)速特性h---導(dǎo)磁滑塊的徑向位移距離圖6、本發(fā)明實施例2無極靴弱磁擴速永磁同步電機剖面結(jié)構(gòu)示意圖12-凹槽圖7、實施例2在靜止低速狀態(tài)和高速狀態(tài)下弱磁擴速裝置中導(dǎo)磁滑塊6的位置示意圖實施例1說明本例是有極靴弱磁擴速永磁同步電機，磁極8由用磁阻很大的鐵氧體或釹鐵硼永磁材料制成的磁鋼11和用磁阻很小的軟鋼材料制成的極靴10組成，導(dǎo)磁滑塊6為良導(dǎo)磁材料，復(fù)位彈簧5為非導(dǎo)磁材料，導(dǎo)向套7為銅材制成。
本例徑向?qū)蛱?固定于相鄰兩極靴之間，導(dǎo)向套內(nèi)與導(dǎo)磁滑塊6相連的復(fù)位彈簧5為壓簧，其一端固定在徑向?qū)蛱?外端的內(nèi)底面上，另一端作用于可沿導(dǎo)向套內(nèi)壁徑向滑動的導(dǎo)磁滑塊6，在電機靜止或低速運轉(zhuǎn)時，導(dǎo)磁滑塊6受壓簧作用定位于徑向?qū)蛱卓拷鬏S的里端內(nèi)底面上(見圖3--1)，即在兩磁極極靴的極間間隙之外，此時，導(dǎo)磁滑塊對相鄰的兩磁極極靴不短路，無弱磁效應(yīng)，使電機維持低速重負載下高轉(zhuǎn)矩特性，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速達到一定高速時，導(dǎo)磁滑塊6在離心力作用下徑向運動至相鄰兩磁極極靴的極間間隙里，使兩極靴側(cè)面部分短路，削弱了主磁通，從而打破了逆變器控制的永磁同步電機端電壓必須與轉(zhuǎn)速成正比的限制，實現(xiàn)高速輕負載寬廣的恒功率運行。
圖5為本例的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性圖，h是導(dǎo)磁滑塊6從導(dǎo)向套里端向外徑向位移的距離，由圖可見，隨著滑塊的外移，使本永磁同步電機在限制端電壓的情況下實現(xiàn)既發(fā)揮高轉(zhuǎn)矩密度(低速重負載高轉(zhuǎn)矩)的優(yōu)點，又具有寬廣的恒功率調(diào)速范圍和提高高速時輕負載運行時的效率的特點。
本發(fā)明作用于滑塊6的離心力與其轉(zhuǎn)速和半徑有關(guān)，在離心力作用下克服復(fù)位彈簧5壓力而作的徑向位移則與壓簧的彈性系數(shù)有關(guān)。弱磁效應(yīng)是與導(dǎo)磁滑塊6的側(cè)面積大小和導(dǎo)向套7的壁厚(即滑塊與極靴間的距離)有關(guān)，在轉(zhuǎn)子及弱磁擴速裝置結(jié)構(gòu)尺寸一定的情況下，調(diào)節(jié)壓力彈簧5的彈性系數(shù)，即可使本永磁同步電機實現(xiàn)既發(fā)揮高轉(zhuǎn)矩密度的優(yōu)點，又具有設(shè)計所要求的寬廣的恒功率調(diào)速范圍的特點。
實施例2圖6是無極靴永磁同步電機剖面結(jié)構(gòu)示意圖，本例的磁極8無極靴，磁極是由磁阻很大的釹鐵硼材料制成，所述設(shè)在極間間隙4內(nèi)的弱磁擴速裝置的徑向?qū)蛱?里端嵌入主軸9所設(shè)的凹槽12內(nèi)，這樣當(dāng)電機處于靜止或低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，位于徑向?qū)蛱桌锒说膶?dǎo)磁滑塊6即在主軸凹槽內(nèi)的位置(見圖7--1)，也就是說位于極間間隙4之外，對兩側(cè)磁極無旁路作用。待運轉(zhuǎn)到一定高速時，才在離心力作用下徑向運動到極間間隙里(見圖7--2)，起到弱磁擴速的作用。
具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的有極靴永磁電機的弱磁效應(yīng)要強于無極靴永磁電機的弱磁效應(yīng)，這是由于無極靴磁極的徑向磁阻較大的原因。
權(quán)利要求
1.弱磁擴速永磁電動機，其設(shè)在機殼內(nèi)的定子包括鐵心(1)，定子槽(2)，定子繞組，轉(zhuǎn)子包括主軸(9)和固定于主軸上的磁極(8)，轉(zhuǎn)子磁極與定子鐵心之間設(shè)有徑氣隙(3)，其特征在于在轉(zhuǎn)子圓周向的相鄰磁極之間設(shè)有自動弱磁擴速裝置，該裝置包括徑向?qū)蛱?7)、可在徑向沿導(dǎo)向套移動并接有復(fù)位彈簧(5)的導(dǎo)磁滑塊(6)，在電機靜止?fàn)顟B(tài)下，導(dǎo)磁滑塊(6)被復(fù)位彈簧徑向定位于靠近中心主軸未進入極間間隙(4)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁擴速永磁電動機，其特征在于所述的磁極(8)是由用磁阻很大的鐵氧體或釹鐵硼永磁材料制成的磁鋼(11)和用磁阻很小的軟鋼材料制成的極靴(10)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的弱磁擴速永磁電動機，其特征在于所述弱磁擴速裝置中的復(fù)位彈簧(5)為壓簧，其一端固定在徑向?qū)蛱?7)外端的內(nèi)底面上，另一端作用于所述的導(dǎo)磁滑塊(6)，在電機靜止或低速運轉(zhuǎn)時，導(dǎo)磁滑塊(6)受壓簧作用定位于徑向?qū)蛱卓拷鬏S的里端內(nèi)底面上。
全文摘要
弱磁擴速永磁電動機,現(xiàn)有同類產(chǎn)品存在弱磁擴速效果不佳,結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足,本裝置在轉(zhuǎn)子相鄰磁極之間設(shè)置自動弱磁擴速裝置,該裝置包括徑向?qū)蛱住⒖稍趶较蜓貙?dǎo)向套移動并接有復(fù)位彈簧的導(dǎo)磁滑塊,在電機靜止?fàn)顟B(tài)下,導(dǎo)磁滑塊被復(fù)位彈簧徑向定位于靠近中心主軸未進入磁極極間間隙的位置,電機高速運轉(zhuǎn)時,滑塊在離心力作用下移至磁極之間,短路部分磁極,起到弱磁擴速的作用,本裝置結(jié)構(gòu)簡單,弱磁擴速效果好,可靠性高。
文檔編號H02K1/27GK1252642SQ99117230
公開日2000年5月10日 申請日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月19日
發(fā)明者林德芳 申請人:南海匯泉科技工業(yè)園有限公司