专利名称：具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高性能的永磁体牵引电机，属电机技术领域。
背景技术：
恒功率速度范围(CPSR)是永磁体牵引电机的重要参数，定义如下
cpSR =保证功率恒定的最大速度
一 IiiCPSR值越大，说明弱磁扩速的能力越强。从理论上来说，电机的速度可以无限大 (参看图3)，而实际上却并非如此。尽管电机工程设计人员努力改进电机结构，特别是在 永磁转子结构的改进上，先后开发了多种永磁转子，如径向充磁(即永磁体的磁化方向与 转子半径方向一致)的永磁同步电机有表面式，传统内置式，永磁体分段内置式；切向充磁 (即永磁体磁化方向与转子圆周切线方向一致)的永磁同步电机有直插内置式；和混合充 磁(既有径向分量又有切向分量，合成方向与径向和切向均不平行)的V字型内置式(包括 单层或多层永磁体)等，使电机输出的恒功率区不断增大(通过增大电机的凸极率实现)， 但目前工业上使用的永磁体牵引电机仍然难以满足使用要求，如V字型永磁体转子的速度 虽可达135000转/分钟，但输出力矩小，其转速仍需进一步扩展。现有的具有较大恒功率 速度范围的电机是由澳大利亚学者WENS0NG设计的轴向叠片内置式永磁电机，但由于制作 难度大，只适合在实验室中使用，工业中未能产业化。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、易于制造的具 有较宽扩速范围的永磁体牵引电机。本实用新型的目的是以下述技术方案实现的—种具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，由定子和转子构成，所述转子内嵌入 多个永磁体，所述永磁体为长方体、沿与转子同轴的圆周排列，每4个永磁体为一组，所述4 个永磁体的横截面构成“W”形永磁体；构成同一“W”形永磁体的合成充磁方向沿径向一致， 相邻两个“W”形永磁体的合成充磁方向相反；“W”形永磁体构成转子的一个磁极。上述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，在“W”形永磁体的外侧、靠近转子表面 处还设置一个径向充磁的一字形永磁体，所述一字形永磁体与“W”形永磁体的合成充磁方 向一致、并与“W”形永磁体共同构成转子的一个磁极，其横截面呈“ W ”形。上述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，d轴方向上的两个永磁体的间隙小于 q轴方向上的两个永磁体的间隙。本实用新型对牵引转子结构进行了改进，使内嵌永磁体的排列方式和转子磁路结 构更加合理，从图7中可看出在转速为6000转/分钟时，其它内置式结构的电机没有转矩 输出，而W型还有较大的转矩输出，其最大转速可达20000转/分钟以上，而且在同一个速度时，W型的输出转矩远大于V字型的输出转矩，所以不仅扩大了永磁同步牵引电机的恒功 率调速范围，提高了永磁电机的弱磁扩速性能，而且结构简单，易于生产制造，节省原材料， 同时效率也较高。
图1是本实用新的结构示意图；图2是转子的结构示意图；图3是牵引电机输出功率和转矩与速度的关系；图4是本实用新与传统电机脉动转矩对比图；图5是本实用新与传统电机d轴电感曲线；图6是本实用新与传统电机q轴电感曲线；图7是本实用新与传统电机的转矩一速度曲线；图8是本实用新与传统电机的功率一速度曲线。图中各标号为1、定子；2、转子；3、永磁体；3-1、一字形永磁体；Ld、d轴电感；Lq、 q轴电感；Id、d轴电流；Iq、q轴电流。
具体实施方式
参看图1、图2，本电机可以称为W型，转子中的永磁体排成“W”形，上面还横置一个 一字形永磁体，目的是扩展恒功率速度范围，使d轴电感Ld的值减小，电机的凸极率增加， 从而增大了恒功率速度范围。参看图2，d轴方向上的两个永磁体有很小的间隙，q轴方向上的两个永磁体的间 隙稍宽一点。此电机共有8个极，即4对极。所以1/4是对称的，它采用了“微偏极”理论 相邻的两个Q轴的永磁体间隙稍微不对称，这样可以减小电机输出的脉动转矩，在额定电 流时可使脉动转矩降低8. 5%。同时需说明是，对q轴方向上的两个永磁体的间隙相同的对 称W型，与不对称的W型有相同的恒功率速度范围，可以通过调整永磁体的张角和宽度等使 脉动转矩降低。通过对径向充磁或合成后为径向充磁的五种(表面式，传统内置式，分段内置式， V型内置式，W型内置式)永磁同步电机的性能分析可知，与其他四种的主要区别是(I)W型内置式的空载反电动势的电压谐波畸变率最低，即谐波含量最小，而表面 式和V型内置式的谐波含量相对较大。(2)相应的额定电流下脉动转矩_电机输出转矩的变化最小，(纹波转矩定义为在 一个周期内最大转矩与最小转矩之差与平均转矩之比)，见图4，它是衡量电机输出稳定性 的指标，一般要求越小越好)(3) d轴电感和q轴电感值最大，见图5、图6。(4)调速范围最宽，弱磁扩速能力最好，见图7、图8。总而言之，本实用新型具有更宽的调速范围和弱磁能力、以及较好的性能指标，完 全可满足牵引电机的性能要求，是牵引电机和混合动力汽车中极具发展潜力的一种新型电 机，具有广泛的应用前景。
权利要求一种具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，它由定子(1)和转子(2)构成，其特征是，所述转子(2)内嵌入多个永磁体(3)，所述永磁体为长方体、沿与转子(2)同轴的圆周排列，每4个永磁体为一组，所述4个永磁体的横截面构成“W”形永磁体；构成同一“W”形永磁体的合成充磁方向沿径向一致，相邻两个“W”形永磁体的合成充磁方向相反；“W”形永磁体构成转子的一个磁极。
2.根据权利要求1所述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，其特征是，在“W”形永磁 体的外侧、靠近转子表面处还设置一个径向充磁的一字形永磁体(3-1)，所述一字形永磁体 与“W”形永磁体的合成充磁方向一致、并与“W”形永磁体共同构成转子的一个磁极，其横截 面呈“W”形。
3.根据权利要求1或2所述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，其特征是，d轴方向 上的两个永磁体的间隙小于q轴方向上的两个永磁体的间隙，且相邻两个q轴永磁体间隙 不同。
4.根据权利要求1或2所述具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，d轴方向上的两个 永磁体的间隙等于q轴方向上的两个永磁体的间隙。
专利摘要一种具有较宽扩速范围的永磁体牵引电机，用于提高永磁电机扩速性能。其技术方案是，所述转子内嵌入多个永磁体，所述永磁体为长方体、沿与转子同轴的圆周排列，每4个永磁体为一组，所述4个永磁体的横截面构成“W”形永磁体；构成同一“W”形永磁体的合成充磁方向沿径向一致，相邻两个“W”形永磁体的合成充磁方向相反；“W”形永磁体构成转子的一个磁极。本实用新型使内嵌永磁体的排列方式和转子磁路结构更加合理，不仅扩大了永磁同步牵引电机的恒功率调速范围，提高了永磁电机的弱磁扩速性能，而且结构简单，易于生产制造，节省原材料，同时，效率也比较高。
文档编号H02K1/27GK201656605SQ20102011458
公开日2010年11月24日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者王艾萌 申请人:华北电力大学(保定)