转子、可调节磁通式永磁同步电机及其工作方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体的，涉及一种可调节磁通式永磁同步电机的转子，还涉及一种可调节磁通式永磁同步电机，还涉及该可调节磁通式永磁同步电机的工作方法。

背景技术

永磁同步电动机自身结构简单，损耗低，功率因数高，与电励磁电机相比，因为没有电刷、换向器等装置，不需要无功励磁电流，因此定子电流、电阻损耗都较小，效率更高，励磁转矩更大，能控性能更好。

永磁同步电机由于转子是永磁体励磁，随着转速的升高，电动机电压会逐渐达到逆变器所能输出的电压极限，这时要想继续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位以增加直轴去磁电流来等效弱磁，从而提高转速。电机的弱磁能力大小主要与直轴电抗和反电势大小有关，但永磁体串联在直轴磁路中，所以直轴磁路一般磁阻较大，弱磁能力较小，电机反电势较大时，也会降低电机的最高转速。因此，通过调节定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速的方式，往往需要更大电流，增加能耗。

因此，需要考虑更优的永磁同步电机结构设置。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可调节磁通的可调节磁通式永磁同步电机。

本发明的第二目的是提供一种可调节磁通的可调节磁通式永磁同步电机的转子。

本发明的第三目的是提供一种可调节磁通，提高低速带载能力，以及提高高速转速范围的可调节磁通式永磁同步电机的工作方法。

为了实现上述第一目的，本发明提供的可调节磁通式永磁同步电机包括定子和转子，转子可转动式安装在定子的容纳腔内，定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组绕制在定子铁芯上，转子包括转子铁芯和转轴，转子铁芯安装在转轴上；转子铁芯的外周设置有多个齿部，每一个齿部上设置有磁体安装槽，磁体安装槽内安装有永磁体，相邻两个永磁体的磁极方向相反设置；每一个齿部的外周绕制有一组转子绕组；电机还包括转子绕组供电组件，转子绕组供电组件向转子绕组供电。

由上述方案可见，本发明的可调节磁通式永磁同步电机通过在转子的永磁体周围增加绕组，可通过绕组产生与永磁体的磁极方向相同或相反的磁场，从而可起到调节磁通的作用，既能够提高低速带载能力，又能够大幅度扩大运行速度范围。

进一步的方案中，转子绕组供电组件包括感应线圈组件、供电线圈组件和供电控制电路，转子绕组与感应线圈组件电连接，供电线圈组件和供电控制电路电连接，供电线圈组件向感应线圈组件供电。

由此可见，转子绕组供电组件通过感应线圈组件、供电线圈组件进行供电，可无需电刷，提高电机的可靠性，维护更加方便。

进一步的方案中，感应线圈组件包括第一线圈固定板和至少两个感应线圈，第一线圈固定板与转轴同轴安装且同轴转动，所有感应线圈沿转轴的周向布置在第一线圈固定板上。

由此可见，感应线圈组件设置第一线圈固定板和至少两个感应线圈，且第一线圈固定板与转轴同轴安装且同轴转动，可保障转子转动时感应线圈的稳定性。

进一步的方案中，感应线圈的数量与转子绕组的数量相同，一个感应线圈对应向一个转子绕组供电。

由此可见，感应线圈的数量与转子绕组的数量相同，可便于一一对应控制转子绕组的电流方向。

进一步的方案中，感应线圈的数量为转子绕组的数量的一半；相邻两个转子绕组串联，串联的两个转子绕组所产生磁极方向相反。

由此可见，感应线圈的数量为转子绕组的数量的一半时，可将相邻两个转子绕组串联，并使串联的两个转子绕组所产生磁极方向相反，可便于通过一个感应线圈控制控制两个个绕组，从而减少感应线圈的设置，节省空间。

进一步的方案中，供电线圈组件包括第二线圈固定板和至少两个供电线圈，第二线圈固定板与转轴同轴安装，所有供电线圈沿转轴的周向布置在第二线圈固定板上。

由此可见，供电线圈组件设置第二线圈固定板和至少两个供电线圈，第二线圈固定板与转轴同轴安装，所有供电线圈沿转轴的周向布置在第二线圈固定板上，可便于向转动中的感应线圈组件进行供电。

进一步的方案中，供电线圈的数量与感应线圈组件中的感应线圈的数量相等。

由此可见，供电线圈的数量与感应线圈组件中的感应线圈的数量相等，可便于同时向感应线圈供电。

进一步的方案中，供电线圈组件安装于电机的前端盖或后端盖上。

由此可见，供电线圈组件安装于电机的前端盖或后端盖，可根据需要进行安装。

进一步的方案中，永磁体径向式或切向式安装在转子铁芯上。

由此可见，永磁体可径向式或切向式安装在转子铁芯上，可根据应用场景设置。

为了实现上述第二目的，本发明提供的可调节磁通式永磁同步电机的转子包括转子铁芯和转轴，转子铁芯安装在转轴上；转子铁芯的外周设置有多个齿部，每一个齿部上设置有磁体安装槽，磁体安装槽内安装有永磁体，相邻两个永磁体的磁极方向相反设置；每一个齿部的外周绕制有一组转子绕组。

为了实现上述第三目的，本发明提供的可调节磁通式永磁同步电机的工作方法包括：获取转子的转速；当转子的转速的处于预设的低速范围时，控制转子绕组产生与对应的永磁体的磁极方向相同的磁场；当转子的转速的处于预设的高速范围时，控制转子绕组产生与对应的永磁体的磁极方向相反的磁场。

由上述方案可见，本发明的可调节磁通式永磁同步电机通过在转子的永磁体周围增加绕组，可通过绕组产生与永磁体的磁极方向相同或相反的磁场，从而可起到调节磁通的作用，在低速时，感应线圈电流产生与永磁体相同方向的磁场，增加电磁转矩，在高速时，感应线圈电流产生与永磁体相反方向的磁场，弱化永磁体产生的磁场，从而降低反电势，获得更高转速范围，从而实现既能够提高低速带载能力，又能够大幅度扩大运行速度范围的作用。

附图说明

图1是本发明可调节磁通式永磁同步电机第一实施例的结构剖视图。

图2是本发明可调节磁通式永磁同步电机第一实施例中转子、转子绕组供电组件与后端盖的安装结构图。

图3是本发明可调节磁通式永磁同步电机第一实施例中转子与感应线圈组件的安装结构图。

图4是本发明可调节磁通式永磁同步电机第一实施例中感应线圈组件的结构图。

图5是本发明可调节磁通式永磁同步电机第一实施例中供电线圈组件的结构图。

图6是本发明可调节磁通式永磁同步电机第二实施例中转子与感应线圈组件的安装结构图。

图7是本发明可调节磁通式永磁同步电机第三实施例的结构剖视图。

图8是本发明可调节磁通式永磁同步电机第四实施例中永磁体在转子铁芯中的安装结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

可调节磁通式永磁同步电机第一实施例：

如图1所示，本实施例中，可调节磁通式永磁同步电机包括壳体1、定子2、转子3和转子绕组供电组件4，定子2和转子3安装在壳体1内。转子3可转动式安装在定子2的容纳腔内。

定子2包括定子铁芯21和定子绕组22，定子绕组22绕制在定子铁芯21上。定子铁芯21由硅钢片叠压而成，定子绕组22通过骨架(未示出)绕制在定子铁芯21上，定子绕组22的绕制在定子铁芯21为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

参见图2和图3，转子3包括转子铁芯31和转轴32，转子铁芯31安装在转轴32上。转子铁芯31的外周设置有多个齿部311，每一个齿部311的朝向转轴32的一侧设置有磁体安装槽312，磁体安装槽312内安装有永磁体33，相邻两个永磁体33的磁极方向相反设置。每一个齿部311的外周绕制有一组转子绕组313，转子绕组供电组件4向转子绕组313供电。齿部311的数量为偶数，齿部311的数量可根据需要进行设置，本实施例中，齿部311的数量为10个。永磁体33径向式安装在转子铁芯31上。

转子绕组供电组件4包括感应线圈组件41、供电线圈组件42和供电控制电路(未示出)，转子绕组313与感应线圈组件41电连接，供电线圈组件42和供电控制电路电连接，供电线圈组件42向感应线圈组件41供电。本实施例中，感应线圈组件41安装于转轴32上，供电线圈组件42安装于壳体1的后端盖11上。

参见图4，本实施例中，感应线圈组件41包括第一线圈固定板411和至少两个感应线圈412，第一线圈固定板411与转轴32同轴安装且同轴转动，所有感应线圈412沿转轴32的周向布置在第一线圈固定板411上，相邻的两个感应线圈412之间具有间隔。本实施例中，第一线圈固定板411的中心区域设置有第一转轴孔413，转轴32穿过第一转轴孔413，使第一线圈固定板411安装在转轴32上。

感应线圈412的数量为转子绕组313的数量的一半，相邻两个转子绕组313串联，串联的两个转子绕组313所产生磁极方向相反。本实施例中，感应线圈412的数量为5个，转子绕组313的数量为10个，相邻两个转子绕组313的正极均与对应感应线圈412的第一输出端电连接，相邻两个转子绕组313的负极均与对应感应线圈412的第二输出端电连接。

参见图5，本实施例中，供电线圈组件42包括第二线圈固定板421和至少两个供电线圈422，第二线圈固定板421与转轴32同轴安装，所有供电线圈422沿转轴32的周向布置在第二线圈固定板421上，相邻的两个供电线圈422之间具有间隔。供电线圈422的数量与感应线圈组件41中的感应线圈412的数量相等。供电线圈422的面积大于感应线圈412的面积。

为了更好的理解本发明，下面对可调节磁通式永磁同步电机的工作方法进行描述。

本实施例的可调节磁通式永磁同步电机在工作时，首先，获取转子3的转速。电机工作时，可通过电机控制电路(未示出)向定子绕组22供电，从而产生磁场，在定子绕组22和永磁体33的共同作用下，转子3以设定的转速进行转动。通过读取转子3的转速参数，可确定转子3当前的转速。

获取转子3的转速后，当转子3的转速的处于预设的低速范围时，控制转子绕组313产生与对应的永磁体33的磁极方向相同的磁场。其中，预设的低速范围根据实验数据预先设置。转子3在低速转动时，定子绕组22所产生的磁能较弱，因而带载能力较弱，此时，通过供电控制电路控制供电线圈组件42中供电线圈422的电流方向，从而控制感应线圈412的电流方向，使得感应线圈412产生的磁场方向与转子绕组313所绕制的永磁体33的磁极方向相同，进一步增大磁能，增加电机转矩，提高带载能力。

此外，获取转子3的转速后，当转子3的转速的处于预设的高速范围时，控制转子绕组313产生与对应的永磁体33的磁极方向相反的磁场。其中，预设的高速范围根据实验数据预先设置。转子3在高速转动时，由于永磁体33的存在，定子绕组22进行切割磁感线运动，从而导致定子绕组22内产生较高的反电势，导致驱动定子绕组22的电压需要以较高的电压才能到达预设的转速，此时，供电控制电路控制供电线圈组件42中供电线圈422的电流方向，得感应线圈412产生的磁场方向与转子绕组313所绕制的永磁体33的磁极方向相反的磁场，从而削弱永磁体33产生的磁通降低反电势，不影响定子绕组22的电流，且可获得更高转速范围。

需要说明的是，转子绕组供电组件4也可采用电刷的方式对转子绕组313进行供电，电刷供电的结构为领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

可调节磁通式永磁同步电机第二实施例：

本实施例的可调节磁通式永磁同步电机与第一实施例的区别仅在于感应线圈的数量，下面仅对区别点进行描述，标号沿用第一实施例中的标号。

参见图6，感应线圈412的数量与转子绕组313的数量相同，一个感应线圈412对应向一个转子绕组313供电，本实施例中，感应线圈412的数量与转子绕组313的数量均为10个。

可调节磁通式永磁同步电机第三实施例：

本实施例的可调节磁通式永磁同步电机与第一实施例的区别仅在于供电线圈组件的安装位置，下面仅对区别点进行描述，标号沿用第一实施例中的标号。

参见图7，本实施例中，供电线圈组件42安装于壳体1的前端盖12上。

可调节磁通式永磁同步电机第四实施例：

本实施例的可调节磁通式永磁同步电机与第一实施例的区别仅在于永磁体的安装位置，下面仅对区别点进行描述，标号沿用第一实施例中的标号。

参见图8，永磁体33切向式安装在转子铁芯31上。

由上述可知，本发明的可调节磁通式永磁同步电机通过在转子3的永磁体33周围增加绕组，可通过绕组产生与永磁体33的磁极方向相同或相反的磁场，从而可起到调节磁通的作用，既能够提高低速带载能力，又能够大幅度扩大运行速度范围。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。