專利名稱：弱磁擴速永磁電動機的制作方法
技術領域：
本發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)。
隨著半導體和計算機技術的發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、寬廣的調速范圍和提高輸出功率是主要發展方向。目前國際上紛紛采用弱磁擴速技術來擴大永磁電機在高速狀態下的輸出功率，使其保持在較高速度范圍內的恒功率運行。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速。直流電動機的轉速與端電壓成正比，當勵磁式直流電機，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，要想在高速狀態下削弱其磁場有一定難度，現有技術是通過調節直軸電流分量Id和交軸電流分量Iq來實現弱磁擴速。目前永磁電機的弱磁擴速技術有采用逆變器控制技術，優化控制技術來獲得寬廣的高速恒功率調速范圍，這些方案中，有的同時會導致電機總的調速范圍減少，轉矩特性變軟，有的弱磁效果不佳，有的導致鐵耗大幅度增加，電機效率降低，特性變壞，有的結構復雜，成本較高，所以永磁電機的弱磁擴速技術至今仍是國際上尚需攻克的難題。
本發明旨在克服上述缺陷，提供一種不需另設調節控制系統，只利用電機主體結構即可完成弱磁擴速功能的結構簡單，成本低，性能好，可靠性高的弱磁擴速永磁電動機。
實現上述目的的技術方案是本發明在機殼內設置的定子包括鐵心(1)，定子槽(2)，定子繞組，轉子包括主軸(9)和固定于主軸上的磁極(8)，轉子磁極與定子鐵心之間設有徑氣隙(3)，其特征在于在轉子圓周向的相鄰磁極之間設有自動弱磁擴速裝置，該裝置包括徑向導向套(7)，可在徑向沿導向套移動并接有復位彈簧(5)的導磁滑塊(6)，在電機靜止狀態下，導磁滑塊(6)被復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。
本發明的工作原理為；所述導向套及復位彈簧均為非導磁材料制作，當電機處于靜止狀態或低速運轉滑塊所受離心力小于復位彈簧作用力時，見圖3-1，導磁滑塊在復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，此時的導磁滑塊無弱磁效應，使電機維持低速重負載下高轉矩特性；隨著轉速增加，離心力加大，當離心力大于復位彈簧作用力后，見圖3-2，導磁滑塊徑向運動至相鄰磁極8之間，使磁極側面部分短路，削弱了主磁通，實現高速輕負載寬廣的恒功率運行。
本發明的磁路可參見圖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-經過氣隙(3)的永磁主磁通，b-經過圓周向相鄰磁極極間間隙(4)的漏磁永磁通c-經過圓周向相鄰磁極極間間隙(4)的弱磁磁通；d-經過磁極(8)的弱磁磁通；高速運行時，導磁滑塊(6)在磁極間徑向移動起到調節磁極極間間隙的漏磁永磁通b和弱磁磁通c的作用，從而調節合成的氣隙磁通，達到自動弱磁擴速的功能。
本發明不需要對逆變器控制系統進行額外的調節，僅靠電機主體結構即可實現弱磁擴速的功能，從而簡化了電機的控制系統，具有結構簡單，成本低的優點，而且本發明在磁極間所調整的漏磁永磁通和弱磁磁通均為從磁極側面以與徑向磁通呈90°的方向旁路部分磁通，來達削弱主磁通的效果，這樣就克服了現有技術以與徑向主磁通相反方向的磁場削弱主磁通而可能導致的磁鋼被去磁，出力降低、性能變壞的缺點，而且本發明在靜止或低速狀態下對主磁通無削弱作用，在高速狀態下，弱磁效果是隨轉速的提高自動調節加強，所以是在不影響低速運轉性能的基礎上實現弱磁擴速功能的，弱磁擴速效果好，可靠性高，為永磁電機在工廠、辦公、家庭自動化領域的推廣應用創造了條件。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，更能發揮其高轉矩密度和寬廣的恒功率調速范圍的優點。


圖1、本發明實施例1有極靴弱磁擴速永磁同步電機剖面結構示意圖(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-復位彈簧6-導磁滑塊 7-導向套8-磁極 9-主軸 10-極靴11-磁鋼圖2、在圖1極間間隙4所設弱磁擴速裝置放大結構示意3、實施例1在靜止低速狀態和高速狀態下弱磁擴速裝置中導磁滑塊6的位置示意圖3-1靜止或低速時導磁滑塊6位置示意圖3-2高速狀態下導磁滑塊6的位置示意4、實施例1弱磁擴速磁路示意圖a---經過氣隙3的永磁主磁通b---經過圓周向相鄰磁極極間間隙4的永磁漏磁通c---經過圓周向相鄰磁極極間間隙4的弱磁磁通d---經過磁極8的弱磁磁通；圖5、實施例1的轉矩---轉速特性h---導磁滑塊的徑向位移距離圖6、本發明實施例2無極靴弱磁擴速永磁同步電機剖面結構示意圖12-凹槽圖7、實施例2在靜止低速狀態和高速狀態下弱磁擴速裝置中導磁滑塊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，導磁滑塊6為良導磁材料，復位彈簧5為非導磁材料，導向套7為銅材制成。
本例徑向導向套7固定于相鄰兩極靴之間，導向套內與導磁滑塊6相連的復位彈簧5為壓簧，其一端固定在徑向導向套7外端的內底面上，另一端作用于可沿導向套內壁徑向滑動的導磁滑塊6，在電機靜止或低速運轉時，導磁滑塊6受壓簧作用定位于徑向導向套靠近主軸的里端內底面上(見圖3--1)，即在兩磁極極靴的極間間隙之外，此時，導磁滑塊對相鄰的兩磁極極靴不短路，無弱磁效應，使電機維持低速重負載下高轉矩特性，當電機轉速達到一定高速時，導磁滑塊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速成正比的限制，實現高速輕負載寬廣的恒功率運行。
圖5為本例的轉矩—轉速特性圖，h是導磁滑塊6從導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既發揮高轉矩密度(低速重負載高轉矩)的優點，又具有寬廣的恒功率調速范圍和提高高速時輕負載運行時的效率的特點。
本發明作用于滑塊6的離心力與其轉速和半徑有關，在離心力作用下克服復位彈簧5壓力而作的徑向位移則與壓簧的彈性系數有關。弱磁效應是與導磁滑塊6的側面積大小和導向套7的壁厚(即滑塊與極靴間的距離)有關，在轉子及弱磁擴速裝置結構尺寸一定的情況下，調節壓力彈簧5的彈性系數，即可使本永磁同步電機實現既發揮高轉矩密度的優點，又具有設計所要求的寬廣的恒功率調速范圍的特點。
實施例2圖6是無極靴永磁同步電機剖面結構示意圖，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，所述設在極間間隙4內的弱磁擴速裝置的徑向導向套7里端嵌入主軸9所設的凹槽12內，這樣當電機處于靜止或低速運轉狀態時，位于徑向導向套里端的導磁滑塊6即在主軸凹槽內的位置(見圖7--1)，也就是說位于極間間隙4之外，對兩側磁極無旁路作用。待運轉到一定高速時，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。
具有本發明結構的有極靴永磁電機的弱磁效應要強于無極靴永磁電機的弱磁效應，這是由于無極靴磁極的徑向磁阻較大的原因。
權利要求
1.弱磁擴速永磁電動機，其設在機殼內的定子包括鐵心(1)，定子槽(2)，定子繞組，轉子包括主軸(9)和固定于主軸上的磁極(8)，轉子磁極與定子鐵心之間設有徑氣隙(3)，其特征在于在轉子圓周向的相鄰磁極之間設有自動弱磁擴速裝置，該裝置包括徑向導向套(7)、可在徑向沿導向套移動并接有復位彈簧(5)的導磁滑塊(6)，在電機靜止狀態下，導磁滑塊(6)被復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.根據權利要求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.根據權利要求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位彈簧(5)為壓簧，其一端固定在徑向導向套(7)外端的內底面上，另一端作用于所述的導磁滑塊(6)，在電機靜止或低速運轉時，導磁滑塊(6)受壓簧作用定位于徑向導向套靠近主軸的里端內底面上。
全文摘要
弱磁擴速永磁電動機,現有同類產品存在弱磁擴速效果不佳,結構復雜等不足,本裝置在轉子相鄰磁極之間設置自動弱磁擴速裝置,該裝置包括徑向導向套、可在徑向沿導向套移動并接有復位彈簧的導磁滑塊,在電機靜止狀態下,導磁滑塊被復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,本裝置結構簡單,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 優先權日1999年11月19日
發明者林德芳 申請人:南海匯泉科技工業園有限公司