内置式V型-U型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机的制作方法

本发明涉及一种内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机转子结构，属于永磁电机领域。

背景技术：

传统稀土永磁同步电机具有高功率因数、高功率密度、高效率、高可靠性等优点，被广泛应用于电动汽车，轨道交通，家用电器，航空航天和国防工业等领域。传统高性能稀土永磁同步电机普遍采用钕铁硼等高矫顽力永磁体，电机气隙磁场很难调节，导致电机电动运行时，恒功率区较窄，调速范围较窄。为了获得较宽的调速范围，使永磁电机在基速以上高速运行时实现恒功率控制，需要对电机采用弱磁控制。目前普遍应用的稀土永磁电机在高速弱磁运行时存在永磁磁场调节困难、局部退磁或失磁、电机铜损大、效率低等问题。因此，在保证电机性能的前提下，研究在高速运行时，仍能高效可靠工作的永磁同步电机对永磁电机在电动汽车，轨道交通等领域的应用与发展有极大的推动作用，极具现实意义。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有永磁电机调磁过程中存在的问题，提供了一种内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机。

本发明所述内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3和转轴12；转子铁心3固定在转轴12上，电枢绕组2位于定子铁心1中，定子铁心1和转子铁心3之间存在径向气隙；

还包括低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体8、v型端部隔磁槽6、v型尖端隔磁槽7、u型底角隔磁槽10和u型端部隔磁槽11；

转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成p对磁极，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体5和三块高矫顽力永磁体8，三块高矫顽力永磁体8以该磁极转子直轴为对称线对称设置成u型结构，且开口面向径向气隙；两块低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线对称设置成v型结构，且开口面向径向气隙；v型结构设置于u型结构内部；

v型结构的两个端部各设置一个v型端部隔磁槽6，v型结构的尖端部设置v型尖端隔磁槽7，u型结构开口的两个端部各设置一个u型端部隔磁槽11，u型结构的两个底角处各设置一个u型底角隔磁槽10。

优选地，v型结构的夹角为30～170度。

优选地，还包括低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽9，低矫顽力永磁体5嵌入低矫顽力永磁体槽4中，高矫顽力永磁体8嵌入高矫顽力永磁体槽9中；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽9均为轴向贯穿转子铁心3的空槽，且靠近转子铁心3气隙侧。

优选地，低矫顽力永磁体5为平行充磁，其充磁方向垂直于低矫顽力永磁体槽4径向截面的长边，高矫顽力永磁体8为平行充磁，其充磁方向垂直于高矫顽力永磁体槽9径向截面的长边，且同一磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的极性相同，相邻两个磁极下的低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的极性相反。

优选地，还包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在v型尖端隔磁槽7内部，将该槽均分成两部分。

优选地，v型端部隔磁槽6和u型端部隔磁槽11中的任一个槽为矩形槽或梯形槽。

优选地，低矫顽力永磁体5采用矫顽力小于250ka/m的永磁材料。如铝镍钴永磁或铁氧体永磁等。

优选地，高矫顽力永磁体8采用矫顽力大于800ka/m的高磁能积永磁材料。如钕铁硼永磁等。

优选地，低矫顽力永磁体5与高矫顽力永磁体8为整块永磁体，或沿轴向由多块永磁体拼成。这种设置方式可以有效地降低永磁体涡流损耗，提高电机效率。所述轴向设置的多块永磁体的充磁方式不变。

优选地，v型端部隔磁槽6、v型尖端隔磁槽7、u型底角隔磁槽10和u型端部隔磁槽11内部填充非导磁或非导电材料。增加转子的机械强度。非导磁材料优选方案为碳纤维。

本发明的有益效果：本发明所述内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机可以增加高矫顽力永磁体及低矫顽力永磁体的用量，可增加可调磁通电机的功率密度。在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体的部分磁通与低矫顽力永磁体的部分磁通相串联，低矫顽力永磁体工作点稳定，充磁电流小，易实现饱和充磁。在进行去磁时，由于高矫顽力永磁体的部分磁通与低矫顽力永磁体的部分磁通相并联，去磁电流小，易于实现低矫顽力永磁体的去磁。由于在低矫顽力永磁体一端设置隔磁槽，在进行充去磁时，减小了高矫顽力永磁体对低矫顽力永磁体产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。由于在低矫顽力永磁体两端设置隔磁槽，同一磁极下的低矫顽力永磁体在转子内的漏磁减少，使电机的功率密度增加。由于在高矫顽力永磁体两端设置隔磁槽，高矫顽力永磁体在转子内的漏磁减少，使电机的功率密度增加。

附图说明

图1是本发明所述内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机的实施例1结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明电机为混合永磁型可调磁通电机。将低矫顽力永磁体5放置成内置v型，高矫顽力永磁体8放置成内置u型，使低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8的体积增加，可增大功率密度；将低矫顽力永磁体5和高矫顽力永磁体8在转子中的位置进行合理排布，使高矫顽力永磁体8的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相串联，高矫顽力永磁体8的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相并联，可解决串联型可调磁通电机的低矫顽力永磁体磁化状态调节困难的问题和并联型可调磁通电机的功率密度低的问题。该内置式v型-u型串并联混合磁路可调磁通永磁同步电机调磁能力强，调磁电流小，调速范围宽，功率密度高，适用于电动汽车等多种应用场合。

实施例1：参见图1，本发明电机包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3、转轴12、低矫顽力永磁体5、高矫顽力永磁体8、v型端部隔磁槽6、v型尖端隔磁槽7、u型底角隔磁槽10和u型端部隔磁槽11；转子铁心3固定在转轴12上，电枢绕组2位于定子铁心1中，定子铁心1和转子铁心3之间存在径向气隙；

转子铁心3气隙侧本体内置多块永磁体构成p对磁极，每个磁极下包括两块低矫顽力永磁体5和三块高矫顽力永磁体8，三块高矫顽力永磁体8以该磁极转子直轴为对称线对称设置成u型结构，且开口面向径向气隙；两块低矫顽力永磁体5以该磁极转子直轴为对称线对称设置成v型结构，且开口面向径向气隙；v型结构设置于u型结构内部；

v型结构的两个端部各设置一个v型端部隔磁槽6，v型结构的尖端部设置v型尖端隔磁槽7，u型结构开口的两个端部各设置一个u型端部隔磁槽11，u型结构的两个底角处各设置一个u型底角隔磁槽10。

低矫顽力永磁体5嵌入低矫顽力永磁体槽4中，高矫顽力永磁体8嵌入高矫顽力永磁体槽9中；低矫顽力永磁体槽4和高矫顽力永磁体槽9均为轴向贯穿转子铁心3的空槽，且靠近转子铁心3气隙侧。高矫顽力永磁体槽9为u型结构。

本实施例中u型结构的高矫顽力永磁体槽9包括一个底槽和两个立槽，三个槽中各设置一块高矫顽力永磁体8，立槽中的高矫顽力永磁体8和底槽中的高矫顽力永磁体8之间设置u型底角隔磁槽10，立槽中的高矫顽力永磁体8的端部设置u型端部隔磁槽11。

本实施例中v型端部隔磁槽6为矩形槽，u型端部隔磁槽11为矩形槽。v型端部隔磁槽6设置为矩形槽可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁。u型端部隔磁槽11设置为矩形槽可以减少高矫顽力永磁体8由自身短路产生的漏磁。

u型结构中两个立槽的夹角可调。

低矫顽力永磁体5成v型排布，高矫顽力永磁体8成u型排布，增加了永磁体的用量，提高了电机的功率密度。

在进行充磁时，由于高矫顽力永磁体8的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相串联，使低矫顽力永磁体5的工作点稳点，电枢绕组2所施加的充磁电流脉冲较小，易实现低矫顽力永磁体5的饱和充磁。在进行去磁时，由于高矫顽力永磁体8的部分磁通与低矫顽力永磁体5的部分磁通相并联，使电枢绕组2所施加的去磁电流脉冲较小，易于实现低矫顽力永磁体5的去磁。

实施例2：参见图2，在实施例1的基础上进行改进，还包括中心肋13，中心肋13沿转子直轴方向设置在v型尖端隔磁槽7内部，将该槽均分成两部分。

本实施例这样设置的目的是提高了转子的机械强度。中心肋13的宽度可以在综合考虑电机的机械强度和电磁性能等要求后合理选择。

实施例3：参见图3，在实施例2的基础上进行改进，v型端部隔磁槽6替换为梯形槽，这样设置的目的是在转子气隙侧形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。

实施例4：参见图4，在实施例3的基础上进行改进，u型端部隔磁槽11替换为梯形槽，这样设置的目的是在转子气隙侧形成磁桥，限制通过该磁桥的磁通量，不仅可以减少低矫顽力永磁体5由自身短路产生的漏磁，而且减小了高矫顽力永磁体8对低矫顽力永磁体5产生的影响，同时增加了施加在低矫顽力永磁体5上的电枢充去磁磁势的直轴分量，更容易实现充去磁，电机的调速范围更宽。

相比于实施例3，进一步提升技术效果，增加效果为：不仅可以减少高矫顽力永磁体8由自身短路产生的漏磁，而且减小了相邻的两个磁极间高矫顽力永磁体8之间的漏磁，提高了气隙磁密，电机的功率密度增加。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。