一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯沿圓周方向均勻設(shè)置有P組通槽，每組通槽包括沿轉(zhuǎn)子鐵芯徑向方向上間隔設(shè)置的3層U形通槽，中間U形通槽的兩翼內(nèi)分別嵌置有一個永磁體。所述3層U形通槽，中間U形通槽為對稱結(jié)構(gòu)，外層與內(nèi)層U形通槽為非對稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以改變內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，使最大合成轉(zhuǎn)矩充分利用永磁轉(zhuǎn)矩分量與磁阻轉(zhuǎn)矩分量，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
【專利說明】
一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，屬于永磁電機(jī)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中按一定規(guī)律分布有永磁體，永磁體提供的磁通替代電勵磁同 步電機(jī)的勵磁繞組勵磁建立主磁場。而根據(jù)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的不同，可分為表面式和內(nèi)置式。 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)屬于凸極結(jié)構(gòu)，電磁轉(zhuǎn) 矩中除永磁轉(zhuǎn)矩分量外還有磁阻轉(zhuǎn)矩分量。
[0003] 根據(jù)傳統(tǒng)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，永磁轉(zhuǎn)矩分量最大值在電流角度為0 度時達(dá)到，磁阻轉(zhuǎn)矩分量最大值在電流角度為45度時達(dá)到，而合成轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值的電流 角度介于〇度到45度間，合成最大轉(zhuǎn)矩未充分利用兩種轉(zhuǎn)矩分量。合成轉(zhuǎn)矩最大值要小于永 磁轉(zhuǎn)矩最大值與磁阻轉(zhuǎn)矩最大值的代數(shù)和，造成了永磁轉(zhuǎn)矩分量與磁阻轉(zhuǎn)矩分量的不充分 利用。
[0004] 在體積要求較高的應(yīng)用場合，高轉(zhuǎn)矩密度成為了電機(jī)設(shè)計追求的重要指標(biāo)，這要 求電機(jī)能夠?qū)Ω鞣N轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行充分的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的兩種轉(zhuǎn)矩分量利用不充分的缺點，本發(fā)明 提供一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠更加充分的利用永磁轉(zhuǎn)矩分量與磁 阻轉(zhuǎn)矩分量，從而提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
[0006] 技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 在轉(zhuǎn)子鐵芯中采用不對稱U形通槽結(jié)構(gòu)，使永磁轉(zhuǎn)矩特性右移，同時磁阻轉(zhuǎn)矩特性 左移，可以使永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩在同一電流角度或相近的電流角度達(dá)到最大值，提高了 合成轉(zhuǎn)矩對兩種轉(zhuǎn)矩分量的利用率。
[0008] -種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，中心轉(zhuǎn) 軸與轉(zhuǎn)子鐵芯同中心軸線安裝;圍繞中心軸線，在轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻設(shè)置有P個結(jié)構(gòu)尺寸相同 的通槽組，沿順時針方向，通槽組的編號依次記為1，2, · · ·，i，· · ·，P_1，P，其中P為電 機(jī)的磁極數(shù)；
[0009] 每個通槽組包括三個U形通槽，每個U形通槽包括一個直底邊和兩個直側(cè)翼，三個 直底邊相互平行;根據(jù)直底邊距離中心軸線的距離，將三個U形通槽分別稱為外層U形通槽、 中間U形通槽和內(nèi)層U形通槽，中間U形通槽為對稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)層U形通槽的直底邊和直側(cè)翼的 寬度分別為hjp qi，中間U形通槽的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為h#Pq2，外層U形通槽的直 底邊和直側(cè)翼的寬度分別為h 3和q3，1η〈1?2〈1ι3，0 · Sh1Sq1S 1 · 51u，0 · 5h2彡q2彡 1 · 5h2，0 · 5h3彡 q3^1.5h3；
[001 0]在中間U形通槽的兩個直側(cè)翼內(nèi)分別嵌置有一個永磁體，永磁體的長度為Ipm，永磁 體的寬度為wpm;同一個中間U形通槽內(nèi)的兩個永磁體極性相同，相鄰兩個中間U形通槽內(nèi)的 永磁體極性不同；
[0011] 通槽組的其他尺寸以U形通槽的中心線進(jìn)行表述;在轉(zhuǎn)子鐵芯的橫截面上建立xy 二維坐標(biāo)系，xy二維坐標(biāo)系的原點在中心軸線上;第1個通槽組的三個直底邊均與y軸垂直， 且三個直底邊的中點均在y軸上，中間U形通槽的對稱軸與y軸重合;第1個通槽組的6個直側(cè) 翼端部與轉(zhuǎn)子鐵芯外圓在半徑方向的距離均為b;中間U形通槽的兩個直側(cè)翼端部與原點的 連線和y軸的夾角均為
?內(nèi)層U形通槽的左直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸 的夾角為α3,0°<α3<α〇;內(nèi)層U形通槽的右直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為α 4，α3< α4且α3 + α4<2α〇;外層U形通槽的左直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為Ct1,
外層U形通槽的右直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為C^a1Sa2且 .外層U形通槽的兩個直側(cè)翼上各設(shè)置一個能導(dǎo)通磁通的磁橋，兩個磁橋 的間距均為
兩個磁橋的中心距離原點的距離相等；
[0012] 為了達(dá)到高轉(zhuǎn)矩密度的目的，上述轉(zhuǎn)子使用時的旋轉(zhuǎn)方向為左旋方向（與y軸的左 右側(cè)的定義標(biāo)的一致）。
[0013] 優(yōu)選的，中間U形通槽的兩個直側(cè)翼上裝永磁體位置的寬度大于未裝永磁體位置 的寬度，即在中間U形通槽的直側(cè)翼上設(shè)置臺階槽結(jié)構(gòu)，通過臺階槽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)永磁體和轉(zhuǎn)子 鐵芯的定位;一般設(shè)計中間U形通槽的兩個直側(cè)翼上裝永磁體位置的寬度比未裝永磁體位 置的寬度至少大〇.5mm。
[0014] 優(yōu)選的，為了保持轉(zhuǎn)子沖片的完整性并用于導(dǎo)通磁通，設(shè)計0.5mm彡b。
[0015] 本發(fā)明利用不對稱U形通槽結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，能夠改變永磁磁阻同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性， 使永磁轉(zhuǎn)矩特性右移，磁阻轉(zhuǎn)矩特性左移。
[0016] 有益效果:本發(fā)明提供的高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點： 1、通過不對稱的U形通槽結(jié)構(gòu)，使永磁磁阻同步電機(jī)的最大合成轉(zhuǎn)矩充分利用永磁轉(zhuǎn)矩分 量和磁阻轉(zhuǎn)矩分量，提高了轉(zhuǎn)矩密度;2、本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)充分利用了磁阻轉(zhuǎn)矩，可以 減少永磁材料的消耗，降低電機(jī)制造成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為轉(zhuǎn)子沖片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為一個通槽組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖中包括：1-中心轉(zhuǎn)軸，2-轉(zhuǎn)子鐵芯，3-通槽組，4-外層U形通槽，5-中間U形通槽， 6-內(nèi)層U形通槽，7-永磁體，8-臺階槽結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0022] 如圖1所示為一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸1和轉(zhuǎn)子 鐵芯2(由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成），中心轉(zhuǎn)軸1與轉(zhuǎn)子鐵芯2同中心軸線安裝；圍繞中心軸線，在 轉(zhuǎn)子鐵芯2上均勻設(shè)置有P個結(jié)構(gòu)尺寸相同的通槽組3,沿順時針方向，通槽組3的編號依次 記為1，2, · · ·，i，· · ·，P-1，P，其中P為電機(jī)的磁極數(shù);相鄰兩組通槽組3中心線間的夾
[00^」
卯圖2所示，每個通槽組3包括三個U形通槽，每個U形通槽包括一個直底邊和兩個 直側(cè)翼，三個直底邊相互平行;根據(jù)直底邊距離中心軸線的距離，將三個U形通槽分別稱為 外層U形通槽4、中間U形通槽5和內(nèi)層U形通槽6，中間U形通槽5為對稱結(jié)構(gòu)，外層U形通槽4和 內(nèi)層U形通槽6為非對稱結(jié)構(gòu)；內(nèi)層U形通槽6的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為IidPq 1，中間U 形通槽5的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為h#Pq2,外層U形通槽4的直底邊和直側(cè)翼的寬度分 別為 h3 和 q3，hi〈h2〈h3，0 · 5hi^iqi^i 1 · 5hi，0 · 5h2^iq2^i 1 · 5h2，0 · 5h3^iq3^i 1 · 5h3。
[0024] 在中間U形通槽5的兩個直側(cè)翼內(nèi)分別嵌置有一個永磁體7，永磁體7的長度為lPm， 永磁體7的寬度為w pm;同一個中間U形通槽5內(nèi)的兩個永磁體7極性相同，相鄰兩個中間U形通 槽5內(nèi)的永磁體7極性不同。中間U形通槽5的兩個直側(cè)翼上裝永磁體7位置的寬度大于未裝 永磁體7位置的寬度，即在中間U形通槽5的直側(cè)翼上設(shè)置臺階槽結(jié)構(gòu)8,通過臺階槽結(jié)構(gòu)8實 現(xiàn)永磁體7和轉(zhuǎn)子鐵芯2的定位;一般設(shè)計中間U形通槽5的兩個直側(cè)翼上裝永磁體位置的寬 度比未裝永磁體位置的寬度至少大〇.5_。
[0025] 如圖3所示，通槽組3的其他尺寸以U形通槽的中心線進(jìn)行表述;在轉(zhuǎn)子鐵芯2的橫 截面上建立xy二維坐標(biāo)系，xy二維坐標(biāo)系的原點在中心軸線上;第1個通槽組3的三個直底 邊均與y軸垂直，且三個直底邊的中點均在y軸上，中間U形通槽5的對稱軸與y軸重合;第1個 通槽組3的6個直側(cè)翼端部與轉(zhuǎn)子鐵芯2外圓在半徑方向的距離均為b;中間U形通槽5的兩個 2 λ 6〇° 直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角均為α〇，％ 7 X ;內(nèi)層U形通槽6的左直側(cè)翼端 5 P 部與原點的連線和y軸的夾角為Ct3，0°彡α3<α〇;內(nèi)層U形通槽6的右直側(cè)翼端部與原點的連 線和y軸的夾角為〇4,〇3<(14且(13+€[4<2€[() ;外層1]形通槽4的左直側(cè)翼端部與原點的連線和7 軸的夾角為Ct1,% 外層U形通槽4的右直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾 2 P 角為+ a2 < ^ :在外層U形通槽4的兩個直側(cè)翼上各設(shè)置一個能導(dǎo)通磁通 的磁橋，兩個磁橋的間距均為，兩個磁橋的中心距離原點的距離相等。
[0026] 下面通過一個實施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0027] 如圖1所示電機(jī)轉(zhuǎn)子整體結(jié)構(gòu)圖，本實施例為一個4極的永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子，P =4。為如圖2所示轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)圖，永磁體的長度為lpm = 10.4mm，永磁體的寬度為Wpm = 2.6mm，轉(zhuǎn)子鐵芯整體的軸向長度為60mm;如圖3所示一個通槽組的結(jié)構(gòu)圖，中間U形通槽的 2 160° 直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為α〇 = 25°，滿足％ S 叾-;外層U形通槽的左直 J Γ 側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為<^ = 33°，外層U形通槽的右直側(cè)翼端部與原點的連 線和y軸的夾角為α2 = 49°，滿足:（
；內(nèi)層U形通槽的 左直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為α3 = 8°，滿足0° <α3<α()，內(nèi)層U形通槽6的右直 側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為〇4=14°，滿足a3<a4且a3+a 4<2aQ。內(nèi)層U形通槽的直 底邊和直側(cè)翼的寬度分別為1η = 3.3πιπ^Ραι = 2.7πιπι，中間U形通槽的直底邊和直側(cè)翼的寬度 分別為h2 = 2.3mm和q2 = 2.4mm，外層U形通槽的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為h3 = 1.8mm和 q3 = 1.8mm，滿足Wh3，且直側(cè)翼寬度為相應(yīng)直底邊寬度的0.5~1.5倍。直側(cè)翼端部與轉(zhuǎn) 子鐵芯2外圓在半徑方向的距離均為b = 0.6mm>0.5mm。磁橋的間距均為W= 1mm，滿足
最終的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括中屯、轉(zhuǎn)軸（I)和轉(zhuǎn)子 鐵忍(2)，中屯、轉(zhuǎn)軸（1)與轉(zhuǎn)子鐵忍(2)同中屯、軸線安裝；圍繞中屯、軸線，在轉(zhuǎn)子鐵忍(2)上均 勻設(shè)置有P個結(jié)構(gòu)尺寸相同的通槽組（3)，沿順時針方向，通槽組（3)的編號依次記為1， 2,…，i，…，P-I，P，其中P為電機(jī)的磁極數(shù)； 每個通槽組(3)包括=個U形通槽，每個U形通槽包括一個直底邊和兩個直側(cè)翼，=個直 底邊相互平行；根據(jù)直底邊距離中屯、軸線的距離，將=個U形通槽分別稱為外層U形通槽 (4)、中間U形通槽(5)和內(nèi)層U形通槽(6)，中間U形通槽(5)為對稱結(jié)構(gòu)，外層U形通槽(4)和 內(nèi)層U形通槽(6)為非對稱結(jié)構(gòu)；內(nèi)層U形通槽(6)的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為hi和qi，中 間U形通槽(5)的直底邊和直側(cè)翼的寬度分別為h2和Q2,外層U形通槽(4)的直底邊和直側(cè)翼 的寬度分別為h3和Q3，lu<h2<h3，0.5hl《qi《1.5hl，0.5h2《Q2《1.5h2，0.5h3《Q3《1 .化3 ; 在中間U形通槽（5)的兩個直側(cè)翼內(nèi)分別嵌置有一個永磁體(7)，永磁體(7)的長度為 1pm，永磁體(7)的寬度為Wpm;同一個中間U形通槽(5)內(nèi)的兩個永磁體(7)極性相同，相鄰兩 個中間U形通槽(5)內(nèi)的永磁體(7)極性不同； 通槽組（3)的其他尺寸Wu形通槽的中屯、線進(jìn)行表述;在轉(zhuǎn)子鐵忍（2)的橫截面上建立 xy二維坐標(biāo)系，巧二維坐標(biāo)系的原點在中屯、軸線上;第1個通槽組(3)的=個直底邊均與y軸 垂直，且=個直底邊的中點均在y軸上，中間U形通槽(5)的對稱軸與y軸重合，第1個通槽組 (3)的6個直側(cè)翼端部與轉(zhuǎn)子鐵忍(2)外圓在半徑方向的距離均為b;中間U形通槽(5)的兩個 直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角均為Cto!層1]形通槽(6)的左直側(cè)翼端部與原點的連線和y軸的夾角為〇3,0°《〇3<〇日；內(nèi)層U形通槽(6)的右直側(cè)翼端部與原點 的連線和y軸的夾角為。<。。/。<3。。"。<<化〇;外層1]形通槽(4)的左直側(cè)翼端部與原點的連 線和y軸的夾角為C 外層U形通槽(4)的右直側(cè)翼端部與原點的連線和 y軸的夾角為Q2，ai<a; 在外層U形通槽(4)的兩個直側(cè)翼上各設(shè)置一個能 導(dǎo)通磁通的磁橋，兩個磁橋的間距均為W巧個磁橋的中屯、距離原點的距 離相等。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于：中間U 形通槽(5)的兩個直側(cè)翼上裝永磁體(7)位置的寬度大于未裝永磁體(7)位置的寬度，即在 中間U形通槽(5)的直側(cè)翼上設(shè)置臺階槽結(jié)構(gòu)(8)，通過臺階槽結(jié)構(gòu)(8)實現(xiàn)永磁體(7)和轉(zhuǎn) 子鐵忍(2)的定位。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高轉(zhuǎn)矩密度永磁磁阻同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:為了保 持轉(zhuǎn)子沖片的完整性并用于導(dǎo)通磁通，設(shè)計〇.5mm《b。
【文檔編號】H02K1/27GK105914925SQ201610330976
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】鄒兆林, 陳可來, 鄒其輝, 柳陽, 孔永 , 林明耀
【申請人】江蘇儀能電機(jī)有限公司, 東南大學(xué)