内置式永磁电机按永磁体励磁方向可分为径向式转子结构和切向式转子结构,其结构图分别如图1-13a和图1-13b所示[9]。
图1-13 内置式永磁电机转子结构
a)径向式转子结构 b)切向式转子结构
永磁体埋于转子铁心内部,其外表面与定子内圆之间有铁磁物质制成的极靴,永磁体受到极靴的保护,而且q轴电感大于d轴电感,这种转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助于提高电机的过载能力和功率密度,而且易于“弱磁”扩速[7,10]。另外,由于永磁体埋于转子铁心内部,使得转子结构更加牢固,同时增加了电机高速运行的安全性。
在径向结构中,一对极的两块磁铁是串联的,因此是一块磁铁截面对每极气隙提供磁通,而两块磁铁的磁化方向长度对磁路提供磁通势,故电机气隙感应强度近似等于磁铁工作点的磁通密度;切向式结构中,一个极矩下的磁通由相邻的两个磁极并联提供,因此可以得到更大的每极磁通,尤其当电机极数较多、径向式结构不能提供足够的每极磁通时,这种结构的优势更显突出。此外,采用切向式转子结构的永磁同步电机的磁阻转矩在电机总电磁转矩中的比例可达40%,这对充分利用磁阻转矩,提高电机功率密度和扩展电机的恒功率运行范围都非常有利。
内置式结构由于永磁体位于转子铁心内部,其制造工艺比表贴式复杂,无论径向式结构还是切向式结构,两者永磁体的漏磁通均大于表面式转子结构,尤其是切向内置式需采取相应的隔磁措施,这样使得切向式结构电机的制造工艺比径向式更复杂,制造成本较径向式结构有所增加。
图1-14所示为一种集合径向和切向的混合充磁的永磁转子结构[6]。这种结构中的每块永磁体其充磁磁场既有径向分量,也有切向分量,其合成充磁方向与径向和切向均不平行。
图1-14a所示为单层V字形转子结构充磁方向示意图。从图1-14a中可以看出,其一极下由两块混合充磁的永磁体共同作用实现励磁,这两块混合充磁的永磁体组成一个V字形,采用这种结构可有效增加气隙磁通,减少漏磁(充磁更集中),以及结构上的凸极效应与定子分布绕组所产生的磁阻转矩。图1-14b所示为双层V字形转子结构充磁方向示意图。(www.xing528.com)
图1-14 V字形永磁转子的充磁方向示意图
a)单层 b)双层
为了适合混合动力汽车,大多采用V字形结构。图1-15所示为丰田汽车Prius Ⅰ 2003和Prius Ⅱ 2004永磁转子结构。
图1-15 丰田普锐斯采用的内置式永磁电机
a)Toyota Prius的50kW电机 b)Toyota Prius永磁转子截面图
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