專利名稱：電動機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)置式永磁電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動機(jī)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)置式永磁電動機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)置永磁同步電動機(jī)(IPM)因?yàn)橛谰么盆F埋在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)，轉(zhuǎn)子的牢固性增強(qiáng)并且減小永磁體內(nèi)部的渦流損耗。永磁體內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)d軸、q軸方向之間電感存在差異，除了可以利用電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)矩之外還可以利用電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩，得以提高電機(jī)的效率。因此其應(yīng)用越來越廣泛，內(nèi)置永磁同步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩由永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩構(gòu)成，其電磁轉(zhuǎn)矩公式如下T = p (Ld-Lq) idiq+p ΨPMiq式子中第一項(xiàng)為磁阻轉(zhuǎn)矩，第二項(xiàng)為永磁轉(zhuǎn)矩。其中P為電機(jī)極對數(shù)，ΨΡΜ為轉(zhuǎn)子永磁體在定子繞組上產(chǎn)生磁鏈，Ld、Lq分別為d軸和q軸電感，id、iq是定子電流空間矢量在d、q軸方向上的分量。通過增加第二項(xiàng)中間的ΨΡΜ以及通過提高電機(jī)d、q軸電感差值(提高q軸電感或減小d軸電感)都可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的提高。永磁輔助式同步磁阻電機(jī)作為永磁同步電機(jī)和同步磁阻電機(jī)的結(jié)合體，最大限度的利用了電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩，并采用永磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行輔助，綜合了兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，其電機(jī)效率和功率因數(shù)都較高，因此越來越得到重視。圖I展示了現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)子包含一層永磁體的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(IPM)，轉(zhuǎn)子I’包含由電磁鋼板疊壓而成的轉(zhuǎn)子鐵芯2’，轉(zhuǎn)子鐵芯2’上均勻分布了四個永磁體槽3’，永磁體槽3’中放置永磁體4’，電機(jī)主要利用永磁體4’與定子繞組磁場作用產(chǎn)生的永磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行工作。圖2展示了現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)子包含兩層永磁體的永磁輔助式同步磁阻電機(jī)，轉(zhuǎn)子I’包含由電磁鋼板疊壓而成的轉(zhuǎn)子鐵芯2’，轉(zhuǎn)子鐵芯2’上均勻分布了四組對應(yīng)的第I層永磁體槽3a’和第2層永磁體槽3b’，兩層永磁體槽中分別放置了外永磁體4a’和內(nèi)永磁體4b’，電機(jī)主要利用永磁體與定子繞組磁場作用產(chǎn)生的永磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子由于d、q軸方向電感差所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩進(jìn)行工作。現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)仍然存在著稀土永磁體使用量大造成成本較高以及效率仍較低的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)置式永磁電動機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)永磁體使用量大，效率較低的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子，包括鐵芯，鐵芯上設(shè)置沿周向設(shè)置的多組永磁體磁極，每組永磁體磁極包括多層永磁體槽，在每一組永磁體磁極中，部分永磁體槽中嵌入永磁體,其他永磁體槽中設(shè)置能導(dǎo)通磁通的磁橋。[0011 ] 進(jìn)一步地，每組永磁體磁極包括兩層永磁體槽，在每一組永磁體磁極中，外層的永磁體槽中嵌入永磁體，內(nèi)層的永磁體槽中設(shè)置磁橋。進(jìn)一步地，每組永磁體磁極包括三層永磁體槽，在每一組永磁體磁極中，最外層的永磁體槽中嵌入永磁體，內(nèi)層的兩個永磁體槽中設(shè)置磁橋。進(jìn)一步地，在一個永磁體槽中，磁橋設(shè)置為多個。進(jìn)一步地,磁橋設(shè)置為三個。進(jìn)一步地，在一組永磁體磁極中，一個永磁體槽中的磁橋的總寬度L與一個永磁體槽中的永磁體的寬度T的數(shù)值關(guān)系為氣丨
進(jìn)一步地，磁橋在永磁體槽中以永磁體槽的中線對稱分布。進(jìn)一步地，具有磁橋的永磁體槽中，在電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上游側(cè)的磁橋的寬度大于旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的磁橋的寬度。進(jìn)一步地，永磁體槽的寬度由中間向電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的磁橋位置逐漸變窄。進(jìn)一步地，在一組永磁體磁極中，具有磁橋的永磁體槽的對稱中心線相對于具有永磁體的永磁體槽向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)下游側(cè)偏移。進(jìn)一步地，永磁體槽的橫截面形狀為直線形、U形、弧形或V形。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種內(nèi)置式永磁電動機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子是上述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子。進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子的相鄰內(nèi)層永磁體槽末端外表面之間的距離W大于定子的齒寬S。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過在不設(shè)置永磁體的永磁體槽中設(shè)置磁通的磁橋，得以在使用較少量稀土永磁體情況下，使永磁輔助式同步磁阻電動機(jī)的永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩的合成轉(zhuǎn)矩到達(dá)較大水平，進(jìn)而提高了電機(jī)的效率。
構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中的單層電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的雙層電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖3示出了本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的四組兩層方形電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖4示出了磁橋?qū)挾葘﹄姍C(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的影響；圖5示出了本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的四組兩層方形電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁橋不相等結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6示出了本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的四組兩層方形電動機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體槽末端不對稱結(jié)構(gòu)的不意圖；圖7示出了本實(shí)用新型的第四實(shí)施例的四組三層方形電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖8示出了本實(shí)用新型的第五實(shí)施例的四組兩層弧形電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖9示出了本實(shí)用新型的第六實(shí)施例的四組兩層U形電動機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；以及[0034]圖10示出了本實(shí)用新型的第七實(shí)施例的四組兩層弧形電動機(jī)轉(zhuǎn)子與定子配合示意圖。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。以圖3中示出的本實(shí)用新型第一實(shí)施例的四極轉(zhuǎn)子，每極下包含兩層永磁體槽、內(nèi)層永磁體槽包含三個磁橋的電動機(jī)轉(zhuǎn)子為例對本實(shí)用新型進(jìn)行說明本實(shí)用新型的電機(jī)轉(zhuǎn)子I包括由硅鋼片疊成的鐵芯2、鐵芯2上有多組永磁體槽，每組永磁體槽構(gòu)成電機(jī)的一個極。每組永磁體槽包含兩層永磁體槽遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子中心的外層
永磁體槽3a和靠近轉(zhuǎn)子中心的內(nèi)層永磁體槽3b。方塊形永磁體4嵌入鐵芯2的外層永磁體槽3a中，兩個永磁體槽中間的區(qū)域稱為導(dǎo)磁通道。本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)在于，外層永磁體槽3a中放置釹鐵硼永磁體4，內(nèi)層永磁體槽3b中不放置永磁體4，內(nèi)層永磁體槽3b中間設(shè)置有三個可以導(dǎo)通磁通的磁橋5a、5b、5c，三個磁橋5a、5b、5c的寬度分別為LI、L2、L3。本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)子I的外層永磁體槽3a中放置釹鐵硼永磁體4，內(nèi)層永磁體槽3b不放置永磁體4，而增加磁橋，使各永磁體4之間的磁通可以順利通過內(nèi)層永磁體槽3b。如圖4所示，研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨多個磁橋總的寬度L與永磁體寬度T的比值變化，通過將三個磁橋總的寬度L = L1+L2+L3與永磁體寬度T之比滿足以下關(guān)系
可以使得電機(jī)的合成電磁轉(zhuǎn)矩處于較大的水平，提高電機(jī)的效率。
6 5通過將磁橋的總寬度L設(shè)置為不小于永磁體寬度的1/6，可使得本實(shí)用新型的電機(jī)相比圖I中的單層永磁體結(jié)構(gòu)和圖2中的雙層永磁體槽同時放置永磁體結(jié)構(gòu)的電機(jī)，磁鏈不發(fā)生明顯的下降，保證了永磁轉(zhuǎn)矩的利用。同時將L設(shè)置為不大于永磁體4寬度的2/5，可以使磁橋處于接近磁飽和的狀態(tài)，使得電機(jī)的d軸方向磁鏈相比圖2中的雙層永磁體槽結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯的增加,減小了 d軸電感，并且對于兩個永磁體槽中間的導(dǎo)磁通道的飽和起到了一定的緩解，加大了 q軸電感，增大了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用。本實(shí)用新型相比圖I中的單層電機(jī)的好處是永磁體用量相當(dāng)，永磁轉(zhuǎn)矩的利用基本不明顯下降，但增大了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用，提高了電機(jī)效率。本實(shí)用新型相比圖2中的電機(jī)的好處是電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩利用基本相當(dāng)，但永磁體的用量減少了接近一半，顯著降低了電機(jī)的成本，并且增加的磁橋有助于提高轉(zhuǎn)子I的機(jī)械強(qiáng)度。如圖3中示出的第一實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)層永磁體槽3b上的磁橋5a、5b、5c在轉(zhuǎn)子I的d軸方向?qū)ΨQ分布。如圖5中示出的第二實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)層永磁體槽3b在轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)方向上游側(cè)的磁橋5c的寬度LI大于旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的磁橋5a的寬度L3。電機(jī)同一極下的內(nèi)層永磁體槽3b兩端磁橋通過的磁力線根數(shù)不相同，旋轉(zhuǎn)上游側(cè)的磁橋5c通過的磁力線根數(shù)大于旋轉(zhuǎn)下游側(cè)的磁橋5a，上游側(cè)的磁橋更加飽和，通過將上游側(cè)的磁橋?qū)挾萀I設(shè)置成大于旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的磁橋?qū)挾萀3，可以有效緩解磁橋飽和造成的電磁轉(zhuǎn)矩下降和轉(zhuǎn)矩脈動。優(yōu)選地，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)層永磁體槽3b在靠近轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)磁橋處被削尖，使永磁體槽寬度在中間向磁橋位置逐漸變窄。通過將永磁體槽寬度在中間向磁橋位置逐漸變窄，使得在下游側(cè)磁橋附近的導(dǎo)磁通道寬度增加，緩解了磁路的飽和。優(yōu)選地，如圖6中示出的第三實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)層永磁體槽3b末端部分的對稱中心線往轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)下游側(cè)偏移，使得兩永磁體槽末端之間的間隔在轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)上游側(cè)比旋轉(zhuǎn)下游側(cè)窄。轉(zhuǎn)子I的兩永磁體槽末端的間隔位置磁力線集中程度不相同，在旋轉(zhuǎn)下游側(cè)的導(dǎo)磁通道末端磁力線集中，磁路較為飽和，通過將轉(zhuǎn)子內(nèi)層永磁體槽3b末端部分的對稱中心線往轉(zhuǎn)子I的旋轉(zhuǎn)下游側(cè)偏移一定距離G，使得兩永磁體槽末端之間的間隔在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)上游側(cè)比旋轉(zhuǎn)下游側(cè)窄，可以有效緩解導(dǎo)磁通道末端磁路飽和。如圖7中示出的第四實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子每組永磁體槽包括三層，內(nèi)層和中層的永磁體槽3b上的磁橋數(shù)量可以為3個。優(yōu)選地，如圖8中示出的第五實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子I中的永磁體及永磁體槽的形狀可以是弧形。優(yōu)選地，如圖9中示出的第六實(shí)施例，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體槽的截面形狀可以是U形。除了上述實(shí)施例中示出的直線形和U形外，永磁體槽截面形狀也可以是弧形或是V型。本實(shí)用新型的第七實(shí)施例如圖10中所示，電機(jī)由轉(zhuǎn)子I和定子6組成，定子6包含由電磁鋼板疊壓而成的定子鐵芯7以及放置在定子槽內(nèi)的繞組8，轉(zhuǎn)子I包括由硅鋼片疊成的轉(zhuǎn)子鐵芯2、轉(zhuǎn)子鐵芯2上有多組永磁體槽，每組永磁體槽構(gòu)成電機(jī)一個極，每組永磁體槽包含2層永磁體槽遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子中心的外層永磁體槽3a和靠近轉(zhuǎn)子中心的內(nèi)層永磁體槽3b，永磁體4嵌入在轉(zhuǎn)子鐵芯2的內(nèi)層永磁體槽3b中，兩個永磁體槽中間的區(qū)域稱為導(dǎo)磁通道，本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)在于，內(nèi)層永磁體槽3b中放置釹鐵硼永磁體，外層永磁體槽3b中不放置永磁體4,外層永磁體槽3a中間設(shè)置有3個磁橋5a、5b、5c,磁橋5a、5b、5c的寬度分別為L1、L2、L3。在該實(shí)施例中，兩個最內(nèi)層永磁體槽末端外表面的距離W大于定子齒寬S。通過將兩個最內(nèi)層永磁體槽末端外表面的距離W設(shè)置大于定子齒寬S，可以有效減少永磁體端部磁場在定子齒部形成漏磁。增加了電機(jī)的磁鏈，加大了永磁轉(zhuǎn)矩的利用，減小了永磁體端部漏磁造成的轉(zhuǎn)矩脈動。以上說明的實(shí)施例都是四極電機(jī)，但本實(shí)用新型的效果對于其他極數(shù)電機(jī)同樣適用，無論永磁體槽型是弧型、U型、V型，采用以上技術(shù)手段，都可以達(dá)到相同的目的。容易理解，本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，可以轉(zhuǎn)用到發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。從以上的描述中，可以看出，本實(shí)用新型上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果可以在使用較少量稀土永磁體情況下，使永磁輔助式同步磁阻電動機(jī)的的永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩的合成轉(zhuǎn)矩到達(dá)較大水平，進(jìn)而提高電機(jī)的效率。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子，包括鐵芯(2)，所述鐵芯(2)上設(shè)置沿周向設(shè)置的多組永磁體磁極，每組永磁體磁極包括多層永磁體槽，其特征在于，在每一組所述永磁體磁極中，部分所述永磁體槽中嵌入永磁體(4)，其他永磁體槽中設(shè)置能導(dǎo)通磁通的磁橋。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，每組所述永磁體磁極包括兩層所述永磁體槽，在每一組所述永磁體磁極中，外層的所述永磁體槽中嵌入永磁體，內(nèi)層的所述永磁體槽中設(shè)置所述磁橋。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，每組所述永磁體磁極包括三層所述永磁體槽，在每一組所述永磁體磁極中，最外層的所述永磁體槽中嵌入永磁體，內(nèi)層的兩個所述永磁體槽中設(shè)置所述磁橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，在一個所述永磁體槽中，所述磁橋設(shè)置為多個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述磁橋設(shè)置為三個。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，在一組所述永磁體磁極中，一個所述永磁體槽中的所述磁橋的總寬度L與一個所述永磁體槽中的所述永磁體的寬度T的數(shù)值關(guān)系為:今、丨與、 OJ
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述磁橋在所述永磁體槽中以所述永磁體槽的中線對稱分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，具有磁橋的所述永磁體槽中，在所述電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上游側(cè)的所述磁橋的寬度大于旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的所述磁橋的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述永磁體槽的寬度由中間向所述電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)的磁橋位置逐漸變窄。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，在一組所述永磁體磁極中，具有磁橋的所述永磁體槽的對稱中心線相對于具有永磁體的所述永磁體槽向所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)下游側(cè)偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述永磁體槽的橫截面形狀為直線形、U形、弧形或V形。
12.—種內(nèi)置式永磁電動機(jī)，包括轉(zhuǎn)子(I)和定子￠)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(I)是如權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)子(I)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的內(nèi)置式永磁電動機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(I)的相鄰內(nèi)層永磁體槽末端外表面之間的距離W大于所述定子(6)的齒寬S。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)置式永磁電動機(jī)。本實(shí)用新型的電動機(jī)轉(zhuǎn)子，包括鐵芯(2)，鐵芯(2)上設(shè)置沿周向設(shè)置的多組永磁體磁極，每組永磁體磁極包括多層永磁體槽，在每一組永磁體磁極中，部分永磁體槽中嵌入永磁體(4)，其他永磁體槽中設(shè)置能導(dǎo)通磁通的磁橋。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過在不設(shè)置永磁體(4)的永磁體槽中設(shè)置磁通的磁橋，得以在使用較少量稀土永磁體情況下，使永磁輔助式同步磁阻電動機(jī)的永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩的合成轉(zhuǎn)矩到達(dá)較大水平，進(jìn)而提高了電機(jī)的效率。
文檔編號H02K1/27GK202586554SQ20122024532
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者肖勇 申請人:珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司