CN111313644B - 一种电机转子结构及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子结构及永磁同步电机，本发明能够根据转子的转速自动调节磁场屏蔽块，通过磁场屏蔽块的位置变化来改变磁通路径，达到随转速增大自动降低永磁磁通的目的，从而在电源电压不变的前提下提高了电机的最高运行速度；对于同一台电机，在低速时，有效励磁磁场强，保证了低速时的转矩输出能力；高速时，有效励磁磁场减弱，提高了永磁同步电机的最高运行速度，并且本发明的磁场屏蔽块通过自身的离心作用改变励磁大小，使得转子不会产生偏摆现象。

Description

一种电机转子结构及永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地说，它涉及一种电机转子结构及永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机是同步电机的一种，其励磁磁场由永磁体产生，消除了励磁损耗，具有高功率密度、高效率和调速范围宽等优点，广泛应用于高性能伺服和运动控制领域。

与电励磁同步电动机不同，永磁同步电动机由永磁体产生励磁磁场，因而磁场强度一般恒定不变。根据永磁同步电动机基本电磁关系，电动机旋转反电势随转速增大而增大，当电动机高速运行时旋转反电势接近电源供电电压，电流调节器饱和，电机转矩输出性能急剧恶化，限制了电动机转速进一步提高。

永磁同步电动机弱磁控制技术可以解决以上问题，即随着电机转速增大，控制电机气隙磁场强度相应降低，从而降低旋转反电势增大的速度。因而在电源电压不变的情况下提高了电机最高运行速。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种有效励磁磁通能够随转速动态调节的电机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电机转子结构，包括转子铁芯、转轴，转子铁芯的前端设置有前固定盘，转子铁芯的后端设置有后固定盘，在转子铁芯的圆周面沿其周向等间距均匀地固定有多个磁极，在相邻两磁极之间均设置有可活动的磁屏蔽块，在相邻两磁极之间还设置有用于对磁屏蔽块导向使其沿转子的轴向前后移动的导向机构，所述磁屏蔽块的前方沿转子铁芯的轴向设置有第一拉绳，第一拉绳为可伸缩的弹力绳，所述第一拉绳的前端与前固定盘相对固定，所述第一拉绳的后端与磁屏蔽块的前部连接固定，所述磁屏蔽块的后方设置有第二拉绳，所述后固定盘上开设有多个贯穿盘体的过绳孔，所述后固定盘的后表面设置有多个滑槽，所述滑槽的长度方向为后固定盘的径向，所述过绳孔与转轴轴心连线的反向延长线为滑槽的对称线，在各个滑槽内滑移连接有滑块，所述第二拉绳的前端与磁屏蔽块的后部连接固定，所述第二拉绳的后端从过绳孔穿过并与各个滑槽内的滑块连接固定；所述导向机构包括设置在相邻的磁极之间的一对导向杆，所述导向杆沿转子的轴向设置，所述导向杆的前端与前固定盘连接固定，所述导向杆的后端与后固定盘连接固定，所述导向杆穿过磁屏蔽块，所述磁屏蔽块可沿导向杆自由滑动；所述磁极的前方且位于前固定盘的后方还设置有可活动的调节环，所述调节环套在转子铁芯外部并与转子铁芯同心设置，所述调节环上设置有穿孔，所述导向杆从穿孔穿过，所述调节环上沿其周向还均匀设置有多个第一螺纹孔，所述前固定盘上对应于各个第一螺纹孔处设置有调节螺栓，所述调节螺栓的前端与前固定盘转动连接，所述调节螺栓的后端与第一螺纹孔螺纹连接，所述第一拉绳的前端与调节环连接固定；所述滑块上沿其长度方向设置有多个等间距排布的插接槽，所述插接槽内设置有可拔插的插接块，所述第二拉绳的后端与插接块连接固定。

作为优选方案：所述后固定盘的直径大于前固定盘的直径，在转子铁芯的后端且位于相邻两个磁极之间固定有V形的限位板，所述限位板的中部向转子铁芯的内侧凹陷，各个过绳孔与转轴的轴心连线的反向延长线将相邻两磁极之间的夹角平分，所述过绳孔距转轴轴心的距离小于磁屏蔽块距转轴轴心的距离，所述第二拉绳的中部与限位板的中部压紧。

作为优选方案：所述限位板的表面以及过绳孔的内壁上均设有耐磨防刮层。

作为优选方案：所述滑槽内涂抹有润滑脂。

一种永磁同步电机，包括权利要求1-7中任意一项所述的电机转子结构，其特征是：还包括外壳和定子结构，所述转子结构安装在外壳的内部。

作为优选方案：所述外壳的后端设置有用于容纳第二固定盘的容置部，所述容置部的后部为开口结构，并在容置部的后方设置有后端盖，所述容置部的后端面上沿其周向设置有多个第二螺纹孔，所述后端盖对应于各个第二螺纹孔处开设有孔位，并在该孔位处穿设有锁定螺栓，所述锁定螺栓与第二螺纹孔螺纹连接。

作为优选方案：所述外壳的前端且位于前固定盘的前方沿外壳的周向还开设有多个开口，所述外壳的前端还设置有分体式的保护罩，所述保护罩用于罩住外壳前端的开口且保护罩呈碗状，所述保护罩的中心开设有供转轴穿过的通孔，所述保护罩的侧部开设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内螺纹连接有压紧螺栓。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明能够根据转子的转速自动调节磁场屏蔽块，通过磁场屏蔽块的位置变化来改变磁通路径，达到随转速增大自动降低永磁磁通的目的，从而在电源电压不变的前提下提高了电机的最高运行速度；对于同一台电机，在低速时，有效励磁磁场强，保证了低速时的转矩输出能力；高速时，有效励磁磁场减弱，提高了永磁同步电机的最高运行速度，并且本发明的磁场屏蔽块通过自身的离心作用改变励磁大小，使得转子不会产生偏摆现象。

附图说明

图1为实施例一中的转子结构的第一视图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为图1中的B部放大图；

图4为实施例一中的转子结构的第二视图；

图5为图4中的C部放大图；

图6为实施例二中的泳池同步电机的结构示意图；

图7为实施例二中的保护罩的结构示意图。

附图标记说明:1、转子铁芯；2、前固定盘；3、后固定盘；4、转轴；5、磁极；6、磁屏蔽块；7、导向杆；8、第一拉绳；9、调节环；10、穿孔；11、第一螺纹孔；12、调节螺栓；13、限位环；14、过绳孔；15、第二拉绳；16、限位板；17、滑槽；18、滑块；19、导轨；20、卡槽；21、插接槽；22、插接块；23、外壳；24、基座；25、容置部；26、后端盖；27、第二螺纹孔；28、锁定螺栓；29、开口；30、保护罩；31、通孔；32、第三螺纹孔；33、压紧螺栓。

具体实施方式

这里所称的“前”和“后”均是以转轴4的朝向为基准，转轴4与外界动力传导机构连接的一端即为转轴4的前端，转轴4不与外界动力传导机构连接的一端即为转轴4的后端。

实施例一：

参照图1，一种电机转子结构，包括转子铁芯1、转轴4，转子铁芯1的前端设置有前固定盘2，转子铁芯1的后端设置有后固定盘3，后固定盘3的直径大于前固定盘2的直径，在转子铁芯1的圆周面沿其周向等间距均匀地固定有多个磁极5，在相邻两磁极5之间均设置有可活动的磁屏蔽块6，磁屏蔽块6可沿转子的轴向前后移动，在磁屏蔽块6的前方沿转子铁芯1的轴向设置有第一拉绳8，第一拉绳8为可伸缩的弹力绳，第一拉绳8的前端与前固定盘2相对固定，第一拉绳8的后端与磁屏蔽块6的前部连接固定，在磁屏蔽块6的后方设置有第二拉绳15，在转子铁芯1的后端且位于相邻两个磁极5之间固定有V形的限位板16，限位板16的中部向转子铁芯1的内侧凹陷，在后固定盘3上开设有多个贯穿盘体的过绳孔14，各个过绳孔14与转轴4的轴心连线的反向延长线将相邻两磁极5之间的夹角平分，过绳孔14距转轴4轴心的距离小于磁屏蔽块6距转轴4轴心的距离。

参照图4和图5，在后固定盘3的后表面设置有多个滑槽17，滑槽17的长度方向为后固定盘3的径向，滑槽17与过绳孔14一一对应，过绳孔14与转轴4轴心连线的反向延长线为滑槽17的对称线，在各个滑槽17内滑移连接有滑块18，滑块18可沿着滑槽17的长度方向来回自由滑动。

第二拉绳15的前端与磁屏蔽块6的后部连接固定，第二拉绳15的中部与限位板16的中部压紧，第二拉绳15的后端从过绳孔14穿过后固定盘3并与各个滑槽17内的滑块18连接固定。第二拉绳15的前段与第一拉绳8同轴。

该电机转子的工作原理为：由该电机转子结构构成的永磁同步电机在未工作时，第一拉绳8处于收缩状态，第一拉绳8将磁屏蔽块6拉动至其前限位置，此时磁极5之间的有效励磁磁通最大；电机启动后各个滑块18在随转子旋转时会产生离心力，离心力驱使滑块18在滑槽17内向远离转轴4的方向滑动，滑块18带动第二拉绳15驱动磁屏蔽块6后转子铁芯1的后端运动——即***相邻两磁极5之间，此时增大了磁极5间的漏磁通，降低了有效励磁磁通；电机转速提高时，滑块18的离心力增大，滑块18通过第二拉绳15牵引磁屏蔽块6继续向后移动，进一步增大磁极5间的漏磁通，降低有效励磁磁通；当电机转速降低时，滑块18离心力减弱，第一拉绳8的弹力驱使磁屏蔽向前运动，此时磁极5间的漏磁通降低，有效励磁磁通增大。这种励磁磁通随转速变化的规律满足了电机调速的需要通。

为保证滑块18顺畅地滑动，在滑槽17内涂抹有润滑脂。

在其他实施例中，可以将后固定盘3的直径设计得更大，将过绳孔14与转轴4轴心的距离设计得和磁屏蔽块6与转轴4轴心的距离一样，同时增大滑槽17与转轴4轴心的距离，使得第二拉绳15的后端可以径直从过绳孔14穿过，此时无需加装限位板16，如此可以简化电机转子的结构，但是其体积会相应增大。

参照图1和图2，本实施例中还在相邻的磁极5之间设置有一对导向杆7，导向杆7沿转子的轴向设置，导向杆7的前端与前固定盘2连接固定，导向杆7的后端与后固定盘3连接固定。导向杆7穿过磁屏蔽块6，磁屏蔽块6可沿导向杆7自由滑动。增加了导向杆7后可以增加磁屏蔽块6滑动时的稳定性，还能防止磁屏蔽块6因为离心力被径向甩出。限位板16的两端导向杆7连接固定。

参照图1和图2，在磁极5的前方且位于前固定盘2的后方还设置有可活动的调节环9，调节环9套在转子铁芯1外部并与转子铁芯1同心设置。在调节环9上设置有穿孔10，导向杆7从穿孔10穿过，在调节环9上沿其周向还均匀设置有多个第一螺纹孔11，在前固定盘2上对应于各个第一螺纹孔11处设置有调节螺栓12，调节螺栓12的前端与前固定盘2转动连接(即在前固定盘2上开设孔位，将调节螺栓12的前端穿过孔位，并在孔位前后两面的栓体上固定有限位环13，使得调节螺栓12可以自由转动有不会与前固定盘2发生相对移动，此为常见结构，不再赘述)，调节螺栓12的后端与第一螺纹孔11螺纹连接，当旋拧调节螺栓12时可以驱动调节环9前后移动。第一拉绳8的前端与调节环9连接固定。通过旋拧调节螺栓12改变调节环9的前后位置，可以调节第一拉绳8的张紧度，即实现调节其初始拉力的目的。如此可以满足用于对于不同转速动态调节磁通的需要，使电机的使用自由度更高。

同理，参照图4和图5，第二拉绳15的后端与滑块18的具体连接方式为：在滑块18上沿其长度方向设置有多个等间距排布的插接槽21，插接槽21内设置有可拔插的插接块22，第二拉绳15的后端与插接块22连接固定。通过将插接块22***不同的插接槽21内，可以改变磁屏蔽块6的初始位置，起到调节磁极5初始有效励磁磁通的作用，同时也能起到调节第一拉绳8的初始拉力的作用。使电机能够满足用户更多样的使用需求，其使用灵活度进一步提高。

考虑到在磁屏蔽块6移动的过程中，第二拉绳15会与限位板16及过绳孔14摩擦，多次摩擦可能造成严重磨损，严重时会影响到电机正常工作。本实施例中，在限位板16的表面以及过绳孔14的内壁上均设有耐磨防刮层，并涂抹有润滑脂，以避免出现严重磨损，保证电机转子的使用寿命。

实施例二：

参照图6，一种永磁同步电机，包括实施例一中的转子结构，还包括外壳23和定子结构，外壳23的底部固定有基座1，转子结构安装在外壳23的内部，外壳23的后端设置有用于容纳第二固定盘的容置部25，容置部25的直径大于外壳23主体的直径，在容置部25的后部为开口结构，并在容置部25的后方设置有后端盖26，在容置部25的后端面上沿其周向设置有多个第二螺纹孔27，并在后端盖26对应于各个第二螺纹孔27处开设有孔位，并在该孔位处穿设有锁定螺栓28，锁定螺栓28与第二螺纹孔27螺纹连接，通过锁定螺栓28可以将后端盖26与外壳23固定，拧下锁定螺栓28后可以将后端盖26拆除，使得后固定盘3的后面暴露于外，从而方便拔插插接块22。

另外，在外壳23的前端且位于前固定盘2的前方沿外壳23的周向还开设有多个开口29，开口29用于供扳手进入外壳23内，在外壳23的前端还设置有分体式的保护罩30，保护罩30用于罩住外壳23前端的开口29且保护罩30呈碗状，在保护罩30的中心开设有供转轴4穿过的通孔31，在保护罩30的侧部开设有第三螺纹孔32，并在第三螺纹孔32内螺纹连接有压紧螺栓33。将保护罩30罩在外壳23前端后，拧紧压紧螺栓33，使其端部与外壳23表面抵紧，从而可以将保护罩30固定住，拧松压紧螺栓33后可以将保护罩30拆除，从而比较方便地将扳手或其他工具伸入外壳23内部，进而旋拧调节螺栓12。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电机转子结构，包括转子铁芯、转轴，转子铁芯的前端设置有前固定盘，转子铁芯的后端设置有后固定盘，在转子铁芯的圆周面沿其周向等间距均匀地固定有多个磁极，其特征是：在相邻两磁极之间均设置有可活动的磁屏蔽块，在相邻两磁极之间还设置有用于对磁屏蔽块导向使其沿转子的轴向前后移动的导向机构，所述磁屏蔽块的前方沿转子铁芯的轴向设置有第一拉绳，第一拉绳为可伸缩的弹力绳，所述第一拉绳的前端与前固定盘相对固定，所述第一拉绳的后端与磁屏蔽块的前部连接固定，所述磁屏蔽块的后方设置有第二拉绳，所述后固定盘上开设有多个贯穿盘体的过绳孔，所述后固定盘的后表面设置有多个滑槽，所述滑槽的长度方向为后固定盘的径向，所述过绳孔与转轴轴心连线的反向延长线为滑槽的对称线，在各个滑槽内滑移连接有滑块，所述第二拉绳的前端与磁屏蔽块的后部连接固定，所述第二拉绳的后端从过绳孔穿过并与各个滑槽内的滑块连接固定；所述导向机构包括设置在相邻的磁极之间的一对导向杆，所述导向杆沿转子的轴向设置，所述导向杆的前端与前固定盘连接固定，所述导向杆的后端与后固定盘连接固定，所述导向杆穿过磁屏蔽块，所述磁屏蔽块可沿导向杆自由滑动；所述磁极的前方且位于前固定盘的后方还设置有可活动的调节环，所述调节环套在转子铁芯外部并与转子铁芯同心设置，所述调节环上设置有穿孔，所述导向杆从穿孔穿过，所述调节环上沿其周向还均匀设置有多个第一螺纹孔，所述前固定盘上对应于各个第一螺纹孔处设置有调节螺栓，所述调节螺栓的前端与前固定盘转动连接，所述调节螺栓的后端与第一螺纹孔螺纹连接，所述第一拉绳的前端与调节环连接固定；所述滑块上沿其长度方向设置有多个等间距排布的插接槽，所述插接槽内设置有可拔插的插接块，所述第二拉绳的后端与插接块连接固定。

2.根据权利要求1所述的电机转子结构，其特征是：所述后固定盘的直径大于前固定盘的直径，在转子铁芯的后端且位于相邻两个磁极之间固定有V形的限位板，所述限位板的中部向转子铁芯的内侧凹陷，各个过绳孔与转轴的轴心连线的反向延长线将相邻两磁极之间的夹角平分，所述过绳孔距转轴轴心的距离小于磁屏蔽块距转轴轴心的距离，所述第二拉绳的中部与限位板的中部压紧。

3.根据权利要求2所述的电机转子结构，其特征是：所述限位板的表面以及过绳孔的内壁上均设有耐磨防刮层。

4.根据权利要求1所述的电机转子结构，其特征是：所述滑槽内涂抹有润滑脂。

5.一种永磁同步电机，包括权利要求1-4中任意一项所述的电机转子结构，其特征是：还包括外壳和定子结构，所述转子结构安装在外壳的内部。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征是：所述外壳的后端设置有用于容纳第二固定盘的容置部，所述容置部的后部为开口结构，并在容置部的后方设置有后端盖，所述容置部的后端面上沿其周向设置有多个第二螺纹孔，所述后端盖对应于各个第二螺纹孔处开设有孔位，并在该孔位处穿设有锁定螺栓，所述锁定螺栓与第二螺纹孔螺纹连接。

7.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征是：所述外壳的前端且位于前固定盘的前方沿外壳的周向还开设有多个开口，所述外壳的前端还设置有分体式的保护罩，所述保护罩用于罩住外壳前端的开口且保护罩呈碗状，所述保护罩的中心开设有供转轴穿过的通孔，所述保护罩的侧部开设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内螺纹连接有压紧螺栓。

Images