一种集中绕组式永磁同步电机的制作方法

本发明属于电力电子设备技术领域，尤其涉及一种集中绕组式永磁同步电机。

背景技术：

随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的不断提高，永磁同步电机具有的高效、高功率密度等特性得以进一步体现，并广泛应用于生产生活的各个领域，其中用于机床加工、电动汽车、游艇等领域的驱动电机不同于常规的工业电机，该类驱动电机通常要求能够频繁的启动/停车、加速/减速；低转速或爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩；能承受高达4-5倍的过载；调速范围大，既能工作在恒转矩区，又能运行在恒功率区，同时在整个调速范围内还要保持较高的运行效率。

目前，传统的永磁同步电机若想实现上述功能，大都采用基于空间矢量的定子磁链弱磁控制方法，在电机达到基本转速之前采用最大转矩/电流控制策略，在超过基本转速之后采用弱磁扩速的电流控制策略，通过控制直轴电流矢量产生的直轴去磁磁动势削弱永磁磁场，维持高速运行时电机端电压的平衡，以使电机具有更大的调速空间。该策略可实现电压矢量近似连续调节，有效减小永磁电机的转矩脉动，提高系统的性能，但是弱磁运行也会带来很多问题,诸如:电机效率随着转速升高急剧下降；电机温升高，存在弱磁失控的风险；弱磁能力有限；容易退磁，磁钢寿命降低等问题。

如图1所示，传统永磁同步电机的定子，其上圆周方向的小圆孔为定子的固定孔。

如图2和3所示，电动机定子1的绕组中通入三相交流电，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子2上安装了永磁体3，永磁体3的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子1中产生的旋转磁场会带动转子2进行旋转，最终达到转子2的旋转速度与定子1中产生的旋转磁场的转速相等，由于存在弱磁的现象，转子2的转速下降，电机温升高，磁钢寿命降低的问题。

综上所述，到目前为止还没有一个更好的方案能解决上述问题，因此有必要发明一种新型高过载、宽调速永磁同步电机，既能满足上述分析中的特定要求，又能避免弱磁调速带来的问题。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一种集中绕组式永磁同步电机，解决现有永磁同步电机过载低和存在弱磁的问题。

其解决的技术方案为：一种集中绕组式永磁同步电机，包括电机本体，所述电机本体包括定子绕组、转子和永磁体，所述定子绕组通三相交流电，带动转子旋转，所述转子上安装永磁体，所述电机本体内部增加一个与转子同轴且各自独立的机械同步装置，所述机械同步装置包括不锈钢圆盘、螺纹杆和磁棒，所述螺纹杆和磁棒分别焊接在不锈钢圆盘的两个平面上，所述磁棒沿着与螺纹杆、不锈钢圆盘同心的圆周方向均匀分布。

其中，优选地，所述磁棒的磁导率与定子绕组铁芯的磁导率相同。

其中，优选地，所述机械同步装置的外部加一端盖，所述端盖与螺纹杆配合，所述端盖将机械同步装置包围。

其中，优选地，所述端盖的一端有开孔。

其中，优选地，所述螺纹杆穿过电机本体的端盖开孔。

其中，优选地，所述不锈钢圆盘、磁棒和穿过开孔的螺纹杆位于电机本体内的后部。

其中，优选地，所述定子绕组的铁芯轭部开设有磁棒孔，所述磁棒孔内可抽拔与定子绕组铁芯的磁导率相同的磁棒。

其中，优选地，所述螺纹杆在外部驱动装置的控制下移动时，带动机械同步装置的磁棒在磁棒孔内移动。

采用上述技术方案，当电机本体转速达到一定范围需要进行弱磁控制时，机械同步装置会依据接收到的信号驱动螺纹杆进退，带动磁棒进退，改变磁棒插入定子上与之相对应的磁棒孔的深度，改变定子绕组合成的感应电动势的大小，实现机、电、磁三者耦合的磁场调节，保证电机本体在恒定功率区间内的高速运行，实现电机高过载、宽转速的运行性能。

附图说明

图1为传统永磁同步电机的半剖图；

图2为传统永磁同步电机的剖面图；

图3为传统永磁同步电机的定子结构图；

图4为本发明的结构图；

图5为本发明的剖面图；

图6为本发明中定子的结构图；

图7为本发明中机械同步装置的结构图；

图8为本发明中磁棒未插入定子上的磁棒孔上的状态图；

图9为本发明中磁棒部分插入定子上的磁棒孔上的状态图。

图中：1—定子绕组，2—转子，3—永磁体，4—机械同步装置，5—不锈钢圆盘，6—螺纹杆，7—磁棒，8—固定孔，9—磁棒孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至9所示，本实施例提供一种集中绕组式永磁同步电机，在电机本体的定子绕组1中通入三相交流电，在通入电流后就会在电机本体的定子绕组1中形成旋转磁场，在转子2上安装永磁体3，永磁体3的磁极是固定的，根据磁极的同相相斥异性相吸的原理，在定子绕组1中产生的旋转磁场会带动转子2进行旋转，使转子2的旋转速度与定子绕组1中产生的旋转磁场的转速相同，在电机本体内部增加一个与转子2同轴且各自独立的机械同步装置4，机械同步装置4包括不锈钢圆盘5、螺纹杆6和磁棒7，螺纹杆6与磁棒7分别焊接在不锈钢圆盘5的两个平面上，磁棒7沿着与螺纹杆6、不锈钢圆盘5同心的圆周方向均匀分布，机械同步装置4的外部加一端盖，端盖与机械同步装置4的螺纹杆6相配合，定子绕组1的铁芯轭部开设有磁棒孔9，螺纹杆6穿过电机后端盖的开孔与不锈钢圆盘5和磁棒7位于电机本体内的后部，当螺纹杆6在外部驱动装置的控制下移动时，带动磁棒7在磁棒孔9内移动，当电机本体转速达到供电电压与电机额定转速对应的反电动势相接近时的电机转速时进行弱磁时，机械同步装置4会依据收到的信号驱动螺纹杆6进退，带动磁棒7进退，即改变磁棒7插入定子绕组1铁芯上与之相对应的磁棒孔9的深度，调整电机本体内部的磁场，当磁棒7抽出磁棒孔9时，电机反电动势降低，电机本体可运行到电机设计时的最高转速，不同电机设计的最高转速不一样，比如电动大巴直驱电机设计的最高转速是3000转，而不需要弱磁电流；磁棒7插入磁棒孔9内部时，则电机反电动势升高，电机本体低转速、小电流、大转矩运行，改变定子绕组合成的感应电动势的大小，实现机、电、磁三者耦合的磁场调节，保证电机本体在恒定功率驱动内的高速运行，实现电机高过载、宽转速的运行性能。

本实施例中，电机本体的定子绕组1的铁芯轭部开设有磁棒孔9，磁棒孔9内可抽拔与定子绕组1铁芯磁导率相同的磁棒，使磁力线集中，以控制电机本体内部的磁场变化。

本实施例的工作原理是：

当螺纹杆6在外部驱动装置的控制下移动时，带动磁棒7在磁棒孔9内移动，当电机本体转速达到供电电压与电机额定转速对应的反电动势相接近时的电机转速进行弱磁时，机械同步装置4会依据收到的信号驱动螺纹杆6进退，带动磁棒7进退，即改变磁棒7插入定子绕组1铁芯上与之相对应的磁棒孔9的深度，调整电机本体内部的磁场，当磁棒7抽出磁棒孔9时，电机反电动势降低，电机本体可运行到电机设计时的最高转速，不同电机设计的最高转速不一样，比如电动大巴直驱电机设计的最高转速是3000转，而不需要弱磁电流；磁棒7插入磁棒孔9内部时，则电机反电动势升高，电机本体低转速、小电流、大转矩运行，改变定子绕组合成的感应电动势的大小，实现机、电、磁三者耦合的磁场调节，保证电机本体在恒定功率驱动内的高速运行，实现电机高过载、宽转速的运行性能。

综上所述，本发明磁力线集中，转矩密度高，调速范围广，当电机本体转速达到一定范围需要进行弱磁控制时，机械同步装置4会依据接收到的信号驱动螺纹杆6进退，带动磁棒7进退，改变定子绕组1合成的感应电动势的大小，实现机、电、磁三者耦合的磁场调节，保证电机本体在恒定功率区间内的高速运行，实现电机高过载、宽转速的运行性能。