專利名稱：永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的組裝方法
技術領域：
本發明涉及電機領域，更具體地，涉及一種永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的組裝方法。
背景技術：
內置式永磁同步電機(IPM)是一種在轉子內側放置一層永磁體，主要利用永磁轉矩、磁阻轉矩為輔助的電機，其主要通過提高永磁體的性能來提高電機性能，常見的做法是內置稀土類永磁體。但是，稀土是不可再生資源，其價格昂貴，因此內置式永磁同步電機更廣泛的應用受限。為了節約稀有金屬資源，減輕環境負擔，結合同步磁阻電機與IPM電機二者的優勢，開發使用少量稀土或者不用稀土的永磁輔助同步磁阻電機是大勢所趨。永磁輔助同步磁阻電機的電磁轉矩由磁阻轉矩與永磁轉矩構成，其電磁轉矩公式如下 T = p (Ld-Lq) idiq+pΨPMiq上式中第一項為磁阻轉矩，第二項為永磁轉矩。其中P為電機極對數，ΨΡΜ為轉子永磁體在定子繞組上產生的磁鏈，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軸、q軸方向上的分量。其中，d軸方向為轉子磁場的方向，是由連接各永磁體中心和轉子中心的方向加以確定的^軸方向是由連接相鄰極間的分界和轉子中心的方向加以確定的。通過增加第二項中的ΨΡΜ以及通過提高電機d軸、q軸電感差值(提高q軸電感或減小d軸電感)都可以實現電機輸出轉矩的提高。但是，現有的內置式永磁同步電機中，磁阻轉矩利用率很低，內置式永磁同步電機轉矩的主要構成部分為永磁轉矩，這就導致采用低磁性能永磁體的內置式永磁同步電機的單位電流產生的電磁轉矩較小，電機工作電流大，進而增大了內置式永磁同步電機退磁的風險。為了解決上述問題，現有技術的內置式永磁同步電機中通常采用以下方法來保證電機具有足夠的抗退磁能力，如采用高矯頑力的永磁材料、增大永磁體使用量等。這些方法雖能在一定程度上提升內置式永磁同步電機的抗退磁能力，但同時也帶來了內置式永磁同步電機制造成本的增長。
發明內容
本發明目的在于提供一種緩解弧形永磁體中間內表面退磁問題，防止永磁體在永磁體槽內發生滑動并提高永磁體利用率的永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的組裝方法。本發明提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括轉子鐵心，在所述轉子鐵心上以所述轉子的軸心為圓心按圓周方向均勻分布多個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽，所述永磁體槽將所述轉子鐵心分隔為多個鐵心層，所述轉子鐵心在每個所述永磁體槽的兩端具有連接相鄰兩個鐵心層的磁橋；多個永磁體組，每個永磁體組包括分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽中的至少兩層永磁體,每個永磁體組內的各永磁體為同一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反；其中所述永磁體槽為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，所述永磁體的內弧和外弧的彎曲曲率一致。進一步地，所述永磁體為燒結釹鐵硼永磁體。 進一步地，所述轉子鐵心采用軟磁材料通過鑄造形成一個整體。進一步地，所述永磁體槽組的最外層的永磁體槽兩端的磁橋厚度最小，最內層永磁體槽兩端的磁橋厚度最大，且由外至內各層永磁體槽兩端的磁橋厚度依次遞增。進一步地，所述永磁體槽組具有三層永磁體槽，三層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2Lb ^ Lc ^ I. 2Lb，且2La彡Lb彡I. lLa，其中La、Lb和Lc分別為外層、中間層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。
進一步地，所述永磁體槽組具有兩層永磁體槽，兩層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2La ^ Lb ^ I. lLa，其中La、Lb分別為外層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。本發明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由所述定子環繞的可轉動的轉子，其中所述轉子為前述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。本發明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的組裝方法，包括以下步驟步驟一，將永磁體插入轉子鐵心中的永磁體槽，使所述永磁體槽為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，且所述永磁體的內弧和外弧的彎曲曲率一致；步驟二，將轉子鐵心兩端用擋板封蓋，從而將永磁體固定在永磁體槽中；步驟三，將封蓋好的轉子鐵心放置于定子中，并蓋合好電機外殼。根據本發明的永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的組裝方法，將永磁體內弧和外弧的弧度進行設計，可以有效緩解弧形永磁體容易在永磁體中間內表面退磁的問題，且中間厚兩端薄的永磁體在永磁體槽內不會發生滑動，因而不會造成因永磁體不對稱而加大電機的噪聲和振動的現象，同時可以提高永磁體利用率。進一步地，對轉子的永磁體槽兩端的各磁橋厚度進行設計，加強了轉子的機械強度。
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I是根據本發明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子結構示意圖；圖2是根據本發明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子結構示意圖；圖3是根據本發明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的永磁體加工示意圖；圖4是根據本發明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的不等厚的磁橋結構示意圖；以及圖5是根據本發明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機的不等厚的磁橋結構示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
以下結合圖I和圖4對本發明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子結構進行詳細說明，該轉子具有四個永磁體組即四個極，每個永磁體組內包括三層永磁體。第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子I包括轉子鐵心2和置于轉子鐵心2內部的四個永磁體組。轉子鐵心2可以通過硅鋼板疊壓而成。在轉子鐵心2上以轉子I的軸心為圓心按圓周方向均勻分布四個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括三層永磁體槽，即內層永磁體槽3a、中間層永磁體槽3b和外層永磁體槽3c。永磁體槽3a、3b和3c將轉子鐵心2分隔為多個鐵心層，轉子鐵心2在每個永磁體槽3a、3b、3c的兩端具有連接相鄰兩個鐵心層的磁橋，即外層磁橋5a、中間層磁橋5b和內層磁橋5c。四個永磁體組與四個永磁體槽組對應設置，每個永磁體組包括分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽3a、3b和3c中的三層永磁體，即內層永磁體4a、中間層永磁體4b和外層永磁體4c，每個永磁體組內的各永磁體4a、4b和4c為同一極性，相鄰的兩個 永磁體組極性相反，四個永磁體組沿圓周方向按照N極、S極交替分布。永磁體4a、4b和4c比相應的永磁體槽3a、3b和3c略短，各永磁體插入相應的永磁體槽后在其兩端部留有一定的空隙，空隙中可以填充空氣或者其他非導磁性介質。每個永磁體槽3a、3b和3c均為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，每個永磁體4a、4b和4c的內弧和外弧的形狀一致。永磁體槽寬度從中間至兩端逐漸減小，可以有效緩解弧形永磁體容易在永磁體中間內表面退磁的問題,且中間厚兩端薄的永磁體在永磁體槽內不會發生滑動，從而可防止因永磁體不對稱而加大電機的噪聲和振動。圖3示出了永磁體的加工示意圖，根據圖3的永磁體加工排料情況可知，由于每個永磁體的內弧和外弧的彎曲曲率一致，在減少了永磁體分割工作量的同時，可以有效提高永磁體的材料利用率。優選地，永磁體的內弧和外弧為半徑相等的圓弧。如圖I所示,第一實施例中,夕卜層永磁體4c的內弧和外弧半徑均為Rl，中間層永磁體4b的內弧和外弧半徑均為R2，內層永磁體4a的內弧和外弧半徑均為R3。永磁體4a、4b、4c可以為燒結釹鐵硼永磁體。采用燒結釹鐵硼永磁體能提高電機的定子磁鏈，加大電機永磁轉矩的利用。優選地，永磁體槽組的最外層的永磁體槽兩端的磁橋厚度最小，最內層永磁體槽兩端的磁橋厚度最大，且由外至內各層永磁體槽的磁橋厚度依次遞增。在第一實施例中具體地永磁體槽組具有三層永磁體槽，三層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2Lb彡Lc彡I. 2Lb，且2La彡Lb彡I. ILa,其中La、Lb和Lc分別為外層、中間層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。如圖I所示，當轉子高速旋轉時，各永磁體所受離心力均施加在其靠近轉子I外周側相鄰的硅鋼片上，三層永磁體以及與永磁體相鄰外側的硅鋼片所產生離心力由外到內分別為FI、F2、F3，如圖I中箭頭所示，離心力FI、F2、F3分別作用在外層磁橋5a、中間層磁橋5b和內層磁橋5c上，這三處磁橋受力不相同，其中外層磁橋5a受力最小，內層磁橋5c受力最大,最大應力集中在內層磁橋5c處,為了緩解應力的局部集中，使三處磁橋應力均衡，將三處磁橋的厚度La、Lb、Lc設計成不相等,其中Lc > Lb > La。為使效果達到最佳，其中Lc ^ I. 2Lb, Lb ^ I. lLa。同時，由于磁橋的大小直接決定了永磁體端部的漏磁，為了保證漏磁較小，磁橋也不能過大，經綜合考慮，磁橋厚度設計成為2Lb ^ Lc ^ I. 2Lb，2La ^ Lb ^ I. ILa 為最佳。為了加強轉子的機械強度，也可以將轉子鐵心2采用軟磁材料通過鑄造整體形成。圖2和圖5示出了本發明的第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子結構。該轉子I包括轉子鐵心2和六個永磁體組即六個極，每個永磁體組內包括兩層永磁體。第二實施例中，永磁體槽組包括兩層永磁體槽，即內層永磁體槽3a和外層永磁體槽3b。對應于每個永磁體槽3a和3b的兩端都具有連接相鄰兩個鐵心層的外層磁橋5a和內層磁橋5b。六個永磁體組與六個永磁體槽組對應設置,每個永磁體組具有分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽3a和3b中的兩層永磁體，即內層永磁體4a和外層永磁體4b。每個永磁體槽3a和3b均為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，與永磁體槽3a和3b對應的，弧形的外層永磁體4b的內弧和外弧半徑均為R，內層永磁體4a的內弧和外弧半徑均為Rl。 第二實施例中，綜合考慮各處磁橋受力和永磁體端部的漏磁，兩層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2La ^ Lb ^ I. lLa，其中La、Lb分別為外層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。無論是第一實施例的四極、每極三層永磁體的轉子還是第二實施例的六極、每極兩層永磁體的轉子，采用以上技術手段，都可以增加電機永磁體材料利用率，加強轉子機械強度。本發明的永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由定子環繞的可轉動的轉子，其中，轉子為前述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。該永磁輔助同步磁阻電機為多組、多層永磁體結構的永磁輔助同步磁阻電機，可以應用在空調壓縮機、電動車以及風扇等系統中，能提高電機永磁體利用率以及加強機械強度。本發明的永磁輔助同步磁阻電機的組裝方法包括以下步驟步驟一,將永磁體4a、4b、4c插入轉子鐵心2中的永磁體槽3a、3b、3c,使所述永磁體槽3a、3b、3c為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，且所述永磁體4a、4b、4c的內弧和外弧的彎曲曲率一致；步驟二,將轉子鐵心2兩端用擋板封蓋,從而將永磁體4a、4b、4c固定在永磁體槽3a、3b、3c 中；步驟三，將封蓋好的轉子鐵心2放置于定子中，并蓋合好電機外殼。從以上的描述中可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果將電機轉子永磁體內弧、外弧弧度以及磁橋厚度進行設計，可以緩解弧形永磁體中間內表面退磁問題、防止永磁體在永磁體槽內發生滑動、提高轉子永磁體利用率以及加強轉子機械強度。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括 轉子鐵心(2)，在所述轉子鐵心(2)上以所述轉子的軸心為圓心按圓周方向均勻分布多個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽(3a、3b、3c)，所述永磁體槽(3a、3b,3c)將所述轉子鐵心(2)分隔為多個鐵心層，所述轉子鐵心(2)在每個所述永磁體槽(3a、3b、3c)的兩端具有連接相鄰兩個鐵心層的磁橋(5a、5b、5c)； 多個永磁體組,每個永磁體組包括分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽(3a、3b、3c)中的至少兩層永磁體(4a、4b、4c)，每個永磁體組內的各永磁體(4a、4b、4c)為同一極性,相鄰的兩個永磁體組極性相反； 其特征在于，所述永磁體槽(3a、3b、3c)為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，所述永磁體(4a、4b、4c)的內弧和外弧的彎曲曲率一致。
2.根據權利要求I所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述永磁體(4a、4b、4c)為燒結釹鐵硼永磁體。
3.根據權利要求I所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述轉子鐵心(2)采用軟磁材料通過鑄造形成一個整體。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述永磁體槽組的最外層的永磁體槽兩端的磁橋厚度最小，最內層永磁體槽兩端的磁橋厚度最大，且由外至內各層永磁體槽兩端的磁橋厚度依次遞增。
5.根據權利要求4所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述永磁體槽組具有三層永磁體槽，三層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2Lb ^ Lc ^ I. 2Lb，且2La ^ Lb ^ I. lLa，其中La、Lb和Lc分別為外層、中間層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。
6.根據權利要求4所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述永磁體槽組具有兩層永磁體槽，兩層永磁體槽的磁橋厚度滿足如下條件2La ^ Lb ^ I. lLa，其中La、Lb分別為外層和內層的永磁體槽兩端的磁橋厚度。
7.—種永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由所述定子環繞的可轉動的轉子，其特征在于，所述轉子為根據權利要求I至6中任一項所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。
8.一種永磁輔助同步磁阻電機的組裝方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一,將永磁體(4a、4b、4c)插入轉子鐵心(2)中的永磁體槽(3a、3b、3c),使所述永磁體槽(3a、3b、3c)為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，且所述永磁體(4a、4b、4c)的內弧和外弧的彎曲曲率一致； 步驟二，將轉子鐵心(2)兩端用擋板封蓋，從而將永磁體(4a、4b、4c)固定在永磁體槽(3a、3b、3c)中； 步驟三，將封蓋好的轉子鐵心(2)放置于定子中，并蓋合好電機外殼。
全文摘要
本發明提供了一種永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的組裝方法。本發明的電機的轉子包括轉子鐵心，轉子鐵心上均勻分布多個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽，永磁體槽將轉子鐵心分隔為多個鐵心層，每個永磁體槽的兩端具有連接相鄰兩個鐵心層的磁橋；多個永磁體組，每個永磁體組包括分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽中的至少兩層永磁體，每個永磁體組內的各永磁體為同一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反；其中永磁體槽為寬度從中間至兩端逐漸減小的弧形槽，永磁體的內弧和外弧的彎曲曲率一致。本發明可以緩解弧形永磁體易在永磁體中間內表面退磁的問題，同時提高永磁體利用率。
文檔編號H02K21/14GK102801236SQ201210056090
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者黃輝, 胡余生, 陳東鎖, 肖勇, 曾學英 申請人:珠海格力節能環保制冷技術研究中心有限公司