一種具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，用于提高永磁電機(jī)擴(kuò)速性能。其技術(shù)方案是，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌入多個(gè)永磁體，所述永磁體為長(zhǎng)方體、沿與轉(zhuǎn)子同軸的圓周排列，每４個(gè)永磁體為一組，所述４個(gè)永磁體的橫截面構(gòu)成“Ｗ”形永磁體；構(gòu)成同一“Ｗ”形永磁體的合成充磁方向沿徑向一致，相鄰兩個(gè)“Ｗ”形永磁體的合成充磁方向相反；“Ｗ”形永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極。本發(fā)明專利技術(shù)使內(nèi)嵌永磁體的排列方式和轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)更加合理，不僅擴(kuò)大了永磁同步牽引電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，提高了永磁電機(jī)的弱磁擴(kuò)速性能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)制造，節(jié)省原材料，同時(shí)，效率也比較高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種高性能的永磁體牽引電機(jī)，屬電機(jī)
技術(shù)介紹
恒功率速度范圍(CPSR)是永磁體牽引電機(jī)的重要參數(shù)，定義如下 ^D⑨保證功率恒定的最大速度Lir"5K =-廿、士-基速 CPSR值越大，說(shuō)明弱磁擴(kuò)速的能力越強(qiáng)。從理論上來(lái)說(shuō)，電機(jī)的速度可以無(wú)限大 (參看圖3)，而實(shí)際上卻并非如此。盡管電機(jī)工程設(shè)計(jì)人員努力改進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是在 永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)上，先后開(kāi)發(fā)了多種永磁轉(zhuǎn)子，如徑向充磁(即永磁體的磁化方向與 轉(zhuǎn)子半徑方向一致)的永磁同步電機(jī)有表面式，傳統(tǒng)內(nèi)置式，永磁體分段內(nèi)置式；切向充磁 (即永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子圓周切線方向一致)的永磁同步電機(jī)有直插內(nèi)置式；和混合充 磁(既有徑向分量又有切向分量，合成方向與徑向和切向均不平行)的V字型內(nèi)置式(包括 單層或多層永磁體)等，使電機(jī)輸出的恒功率區(qū)不斷增大(通過(guò)增大電機(jī)的凸極率實(shí)現(xiàn))， 但目前工業(yè)上使用的永磁體牽引電機(jī)仍然難以滿足使用要求，如V字型永磁體轉(zhuǎn)子的速度 雖可達(dá)135000轉(zhuǎn)/分鐘，但輸出力矩小，其轉(zhuǎn)速仍需進(jìn)一步擴(kuò)展。現(xiàn)有的具有較大恒功率 速度范圍的電機(jī)是由澳大利亞學(xué)者WENSONG設(shè)計(jì)的軸向疊片內(nèi)置式永磁電機(jī)，但由于制作 難度大，只適合在實(shí)驗(yàn)室中使用，工業(yè)中未能產(chǎn)業(yè)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造的具有較 寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)。 本專利技術(shù)的目的是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌入多個(gè)永磁體，所述永磁體為長(zhǎng)方體、沿與轉(zhuǎn)子同軸的圓周排列，每4個(gè)永磁體為一組，所述4個(gè)永磁體的橫截面構(gòu)成"W"形永磁體；構(gòu)成同一"W"形永磁體的合成充磁方向沿徑向一致，相鄰兩個(gè)"W"形永磁體的合成充磁方向相反；"W"形永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極。上述具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，在"W"形永磁體的外側(cè)、靠近轉(zhuǎn)子表面處還設(shè)置一個(gè)徑向充磁的一字形永磁體，所述一字形永磁體與"W"形永磁體的合成充磁方向一致、并與"W"形永磁體共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極，其橫截面呈"W "形。 上述具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，d軸方向上的兩個(gè)永磁體的間隙小于q軸方向上的兩個(gè)永磁體的間隙。 本專利技術(shù)對(duì)牽引轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使內(nèi)嵌永磁體的排列方式和轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)更 加合理，從圖7中可看出在轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，其它內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)矩輸出， 而W型還有較大的轉(zhuǎn)矩輸出，其最大轉(zhuǎn)速可達(dá)20000轉(zhuǎn)/分鐘以上，而且在同一個(gè)速度時(shí)，W型的輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于V字型的輸出轉(zhuǎn)矩，所以不僅擴(kuò)大了永磁同步牽引電機(jī)的恒功率調(diào)速 范圍，提高了永磁電機(jī)的弱磁擴(kuò)速性能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)制造，節(jié)省原材料，同時(shí)效 率也較高。附圖說(shuō)明 圖1是本實(shí)用新的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是牽引電機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)矩與速度的關(guān)系； 圖4是本實(shí)用新與傳統(tǒng)電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖； 圖5是本實(shí)用新與傳統(tǒng)電機(jī)d軸電感曲線； 圖6是本實(shí)用新與傳統(tǒng)電機(jī)q軸電感曲線； 圖7是本實(shí)用新與傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一速度曲線； 圖8是本實(shí)用新與傳統(tǒng)電機(jī)的功率一速度曲線。 圖中各標(biāo)號(hào)為1、定子；2、轉(zhuǎn)子；3、永磁體；3_1、一字形永磁體；Ld、 d軸電感；Lq、 q軸電感；ld、d軸電流；lq、q軸電流。具體實(shí)施例方式參看圖1、圖2，本電機(jī)可以稱為W型，轉(zhuǎn)子中的永磁體排成"W"形，上面還橫置一個(gè) 一字形永磁體，目的是擴(kuò)展恒功率速度范圍，使d軸電感Ld的值減小，電機(jī)的凸極率增加， 從而增大了恒功率速度范圍。 參看圖2， d軸方向上的兩個(gè)永磁體有很小的間隙，q軸方向上的兩個(gè)永磁體的間 隙稍寬一點(diǎn)。此電機(jī)共有8個(gè)極，即4對(duì)極。所以1/4是對(duì)稱的，它采用了"微偏極"理論 相鄰的兩個(gè)Q軸的永磁體間隙稍微不對(duì)稱，這樣可以減小電機(jī)輸出的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在額定電 流時(shí)可使脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低8. 5 % 。同時(shí)需說(shuō)明是，對(duì)q軸方向上的兩個(gè)永磁體的間隙相同的對(duì) 稱W型，與不對(duì)稱的W型有相同的恒功率速度范圍，可以通過(guò)調(diào)整永磁體的張角和寬度等使 脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低。 通過(guò)對(duì)徑向充磁或合成后為徑向充磁的五種(表面式，傳統(tǒng)內(nèi)置式，分段內(nèi)置式， V型內(nèi)置式，W型內(nèi)置式)永磁同步電機(jī)的性能分析可知，與其他四種的主要區(qū)別是 (l)W型內(nèi)置式的空載反電動(dòng)勢(shì)的電壓諧波畸變率最低，即諧波含量最小，而表面 式和V型內(nèi)置式的諧波含量相對(duì)較大。 (2)相應(yīng)的額定電流下脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩-電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的變化最小，(紋波轉(zhuǎn)矩定義為在 一個(gè)周期內(nèi)最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之差與平均轉(zhuǎn)矩之比)，見(jiàn)圖4，它是衡量電機(jī)輸出穩(wěn)定性 的指標(biāo)，一般要求越小越好) (3) d軸電感和q軸電感值最大，見(jiàn)圖5 、圖6 。 (4)調(diào)速范圍最寬，弱磁擴(kuò)速能力最好，見(jiàn)圖7、圖8。 總而言之，本專利技術(shù)具有更寬的調(diào)速范圍和弱磁能力、以及較好的性能指標(biāo)，完全可 滿足牽引電機(jī)的性能要求，是牽引電機(jī)和混合動(dòng)力汽車中極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型電機(jī)， 具有廣泛的應(yīng)用前景。權(quán)利要求一種具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，它由定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)構(gòu)成，其特征是，所述轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)嵌入多個(gè)永磁體(3)，所述永磁體為長(zhǎng)方體、沿與轉(zhuǎn)子(2)同軸的圓周排列，每4個(gè)永磁體為一組，所述4個(gè)永磁體的橫截面構(gòu)成“W”形永磁體；構(gòu)成同一“W”形永磁體的合成充磁方向沿徑向一致，相鄰兩個(gè)“W”形永磁體的合成充磁方向相反；“W”形永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，其特征是，在"W"形永磁 體的外側(cè)、靠近轉(zhuǎn)子表面處還設(shè)置一個(gè)徑向充磁的一字形永磁體(3-1)，所述一字形永磁體 與"W"形永磁體的合成充磁方向一致、并與"W"形永磁體共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極，其橫截 面呈"W"形。3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，其特征是，d軸方向 上的兩個(gè)永磁體的間隙小于q軸方向上的兩個(gè)永磁體的間隙，且相鄰兩個(gè)q軸永磁體間隙 不同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，d軸方向上的兩個(gè) 永磁體的間隙等于q軸方向上的兩個(gè)永磁體的間隙。全文摘要一種具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，用于提高永磁電機(jī)擴(kuò)速性能。其技術(shù)方案是，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌入多個(gè)永磁體，所述永磁體為長(zhǎng)方體、沿與轉(zhuǎn)子同軸的圓周排列，每4個(gè)永磁體為一組，所述4個(gè)永磁體的橫截面構(gòu)成“W”形永磁體；構(gòu)成同一“W”形永磁體的合成充磁方向沿徑向一致，相鄰兩個(gè)“W”形永磁體的合成充磁方向相反；“W”形永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極。本專利技術(shù)使內(nèi)嵌永磁體的排列方式和轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)更加合理，不僅擴(kuò)大了永磁同步牽引電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，提高了永磁電機(jī)的弱磁擴(kuò)速性能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)制造，節(jié)省原材料，同時(shí)，效率也比較高。文檔編號(hào)H02K1/27GK101752922SQ201010110719公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日專利技術(shù)者王艾萌 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有較寬擴(kuò)速范圍的永磁體牽引電機(jī)，它由定子（１）和轉(zhuǎn)子（２）構(gòu)成，其特征是，所述轉(zhuǎn)子（２）內(nèi)嵌入多個(gè)永磁體（３），所述永磁體為長(zhǎng)方體、沿與轉(zhuǎn)子（２）同軸的圓周排列，每４個(gè)永磁體為一組，所述４個(gè)永磁體的橫截面構(gòu)成“Ｗ”形永磁體；構(gòu)成同一“Ｗ”形永磁體的合成充磁方向沿徑向一致，相鄰兩個(gè)“Ｗ”形永磁體的合成充磁方向相反；“Ｗ”形永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王艾萌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)保定，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：13[中國(guó)|河北]
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