一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，包括中心轉軸和轉子鐵芯，轉子鐵芯沿圓周方向均勻設置有P組通槽，每組通槽包括沿轉子鐵芯徑向方向上間隔設置的3層U形通槽，中間U形通槽的兩翼內分別嵌置有一個永磁體。所述3層U形通槽，中間U形通槽為對稱結構，外層與內層U形通槽為非對稱結構。本發明可以改變內置式永磁同步電機轉矩特性，使最大合成轉矩充分利用永磁轉矩分量與磁阻轉矩分量，提高電機的轉矩密度。
【專利說明】
一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構
技術領域
[0001] 本發明涉及一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，屬于永磁電機技術。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機轉子中按一定規律分布有永磁體，永磁體提供的磁通替代電勵磁同 步電機的勵磁繞組勵磁建立主磁場。而根據轉子磁路結構的不同，可分為表面式和內置式。 內置式轉子磁路結構的永磁體位于轉子鐵芯內部，其轉子磁路結構屬于凸極結構，電磁轉 矩中除永磁轉矩分量外還有磁阻轉矩分量。
[0003] 根據傳統內置式永磁同步電機的轉矩特性，永磁轉矩分量最大值在電流角度為0 度時達到，磁阻轉矩分量最大值在電流角度為45度時達到，而合成轉矩達到最大值的電流 角度介于〇度到45度間，合成最大轉矩未充分利用兩種轉矩分量。合成轉矩最大值要小于永 磁轉矩最大值與磁阻轉矩最大值的代數和，造成了永磁轉矩分量與磁阻轉矩分量的不充分 利用。
[0004] 在體積要求較高的應用場合，高轉矩密度成為了電機設計追求的重要指標，這要 求電機能夠對各種轉矩分量進行充分的利用。
【發明內容】
[0005] 發明目的：為了克服現有技術中存在的兩種轉矩分量利用不充分的缺點，本發明 提供一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，能夠更加充分的利用永磁轉矩分量與磁 阻轉矩分量，從而提高電機的轉矩密度。
[0006] 技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0007] 在轉子鐵芯中采用不對稱U形通槽結構，使永磁轉矩特性右移，同時磁阻轉矩特性 左移，可以使永磁轉矩與磁阻轉矩在同一電流角度或相近的電流角度達到最大值，提高了 合成轉矩對兩種轉矩分量的利用率。
[0008] -種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，包括中心轉軸和轉子鐵芯，中心轉 軸與轉子鐵芯同中心軸線安裝;圍繞中心軸線，在轉子鐵芯上均勻設置有P個結構尺寸相同 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 機的磁極數；
[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翼，三個 直底邊相互平行;根據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形通槽和內層U形通槽，中間U形通槽為對稱結構，內層U形通槽的直底邊和直側翼的 寬度分別為hjp qi，中間U形通槽的直底邊和直側翼的寬度分別為h#Pq2，外層U形通槽的直 底邊和直側翼的寬度分別為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形通槽的兩個直側翼內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形通槽內的兩個永磁體極性相同，相鄰兩個中間U形通槽內的 永磁體極性不同；
[0011] 通槽組的其他尺寸以U形通槽的中心線進行表述;在轉子鐵芯的橫截面上建立xy 二維坐標系，xy二維坐標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 翼端部與轉子鐵芯外圓在半徑方向的距離均為b;中間U形通槽的兩個直側翼端部與原點的 連線和y軸的夾角均為
?內層U形通槽的左直側翼端部與原點的連線和y軸 的夾角為α3,0°<α3<α〇;內層U形通槽的右直側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形通槽的兩個直側翼上各設置一個能導通磁通的磁橋，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] 為了達到高轉矩密度的目的，上述轉子使用時的旋轉方向為左旋方向（與y軸的左 右側的定義標的一致）。
[0013] 優選的，中間U形通槽的兩個直側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形通槽的直側翼上設置臺階槽結構，通過臺階槽結構實現永磁體和轉子 鐵芯的定位;一般設計中間U形通槽的兩個直側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] 優選的，為了保持轉子沖片的完整性并用于導通磁通，設計0.5mm彡b。
[0015] 本發明利用不對稱U形通槽結構的結構，能夠改變永磁磁阻同步電機的轉矩特性， 使永磁轉矩特性右移，磁阻轉矩特性左移。
[0016] 有益效果:本發明提供的高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，具有如下優點： 1、通過不對稱的U形通槽結構，使永磁磁阻同步電機的最大合成轉矩充分利用永磁轉矩分 量和磁阻轉矩分量，提高了轉矩密度;2、本發明提出的轉子結構充分利用了磁阻轉矩，可以 減少永磁材料的消耗，降低電機制造成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的結構示意圖；
[0018] 圖2為轉子沖片的結構示意圖；
[0019]圖3為一個通槽組的結構示意圖；
[0020] 圖中包括：1-中心轉軸，2-轉子鐵芯，3-通槽組，4-外層U形通槽，5-中間U形通槽， 6-內層U形通槽，7-永磁體，8-臺階槽結構。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0022] 如圖1所示為一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，包括中心轉軸1和轉子 鐵芯2(由轉子沖片疊壓而成），中心轉軸1與轉子鐵芯2同中心軸線安裝；圍繞中心軸線，在 轉子鐵芯2上均勻設置有P個結構尺寸相同的通槽組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為電機的磁極數;相鄰兩組通槽組3中心線間的夾
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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 直側翼，三個直底邊相互平行;根據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和內層U形通槽6，中間U形通槽5為對稱結構，外層U形通槽4和 內層U形通槽6為非對稱結構；內層U形通槽6的直底邊和直側翼的寬度分別為IidPq 1，中間U 形通槽5的直底邊和直側翼的寬度分別為h#Pq2,外層U形通槽4的直底邊和直側翼的寬度分 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的兩個直側翼內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內的兩個永磁體7極性相同，相鄰兩個中間U形通 槽5內的永磁體7極性不同。中間U形通槽5的兩個直側翼上裝永磁體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的直側翼上設置臺階槽結構8,通過臺階槽結構8實 現永磁體7和轉子鐵芯2的定位;一般設計中間U形通槽5的兩個直側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形通槽的中心線進行表述;在轉子鐵芯2的橫 截面上建立xy二維坐標系，xy二維坐標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個直側翼端部與轉子鐵芯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° 直側翼端部與原點的連線和y軸的夾角均為α〇，％ 7 X ;內層U形通槽6的左直側翼端 5 P 部與原點的連線和y軸的夾角為Ct3，0°彡α3<α〇;內層U形通槽6的右直側翼端部與原點的連 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的兩個直側翼上各設置一個能導通磁通 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，對本發明進行具體說明。
[0027] 如圖1所示電機轉子整體結構圖，本實施例為一個4極的永磁磁阻同步電機轉子，P =4。為如圖2所示轉子沖片結構圖，永磁體的長度為lpm = 10.4mm，永磁體的寬度為Wpm = 2.6mm，轉子鐵芯整體的軸向長度為60mm;如圖3所示一個通槽組的結構圖，中間U形通槽的 2 160° 直側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形通槽的右直側翼端部與原點的連 線和y軸的夾角為α2 = 49°，滿足:（
；內層U形通槽的 左直側翼端部與原點的連線和y軸的夾角為α3 = 8°，滿足0° <α3<α()，內層U形通槽6的右直 側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。內層U形通槽的直 底邊和直側翼的寬度分別為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翼的寬度分別為h3 = 1.8mm和 q3 = 1.8mm，滿足Wh3，且直側翼寬度為相應直底邊寬度的0.5~1.5倍。直側翼端部與轉 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
最終的轉子結構如圖1所示。
[0028]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，其特征在于:包括中屯、轉軸（I)和轉子 鐵忍(2)，中屯、轉軸（1)與轉子鐵忍(2)同中屯、軸線安裝；圍繞中屯、軸線，在轉子鐵忍(2)上均 勻設置有P個結構尺寸相同的通槽組（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為電機的磁極數； 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翼，=個直 底邊相互平行；根據直底邊距離中屯、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)和內層U形通槽(6)，中間U形通槽(5)為對稱結構，外層U形通槽(4)和 內層U形通槽(6)為非對稱結構；內層U形通槽(6)的直底邊和直側翼的寬度分別為hi和qi，中 間U形通槽(5)的直底邊和直側翼的寬度分別為h2和Q2,外層U形通槽(4)的直底邊和直側翼 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)的兩個直側翼內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)內的兩個永磁體(7)極性相同，相鄰兩 個中間U形通槽(5)內的永磁體(7)極性不同； 通槽組（3)的其他尺寸Wu形通槽的中屯、線進行表述;在轉子鐵忍（2)的橫截面上建立 xy二維坐標系，巧二維坐標系的原點在中屯、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個直側翼端部與轉子鐵忍(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)的左直側翼端部與原點的連線和y軸的夾角為〇3,0°《〇3<〇日；內層U形通槽(6)的右直側翼端部與原點 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)的兩個直側翼上各設置一個能 導通磁通的磁橋，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. 根據權利要求1所述的高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，其特征在于：中間U 形通槽(5)的兩個直側翼上裝永磁體(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)的直側翼上設置臺階槽結構(8)，通過臺階槽結構(8)實現永磁體(7)和轉 子鐵忍(2)的定位。3. 根據權利要求1所述的高轉矩密度永磁磁阻同步電機轉子結構，其特征在于:為了保 持轉子沖片的完整性并用于導通磁通，設計〇.5mm《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】江蘇儀能電機有限公司, 東南大學