CN100369358C - 表面式概念永磁电机的内置式转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面式概念永磁电机的内置式转子。它将常规永磁电机每对极二块异极性永磁体用每对极一块同极性、形状规则的永磁体替代，嵌入到转子铁芯内，每块永磁体两侧的转子铁芯表面设置凹坑，使电机的直轴与交轴电抗相等，并起到隔磁桥的作用。该转子是一个具有表面式永磁电机性能特征的内置式转子，避免在永磁体表面使用保护层，能使永磁体加工简单、数量减半，成本降低，是一种低成本、高性能和高可靠性的永磁电机转子结构。

Description

表面式概念永磁电机的内置式转子

技术领域

本发明涉及一种永磁电机的转子，特别是一种表面式概念永磁电机的内置式转子。

背景技术

探索、选择合理的转子结构是永磁电机设计的核心问题之一，它对高性能的永磁电机制造工艺的简化、生产成本的降低、设计的优化具有重要的意义。永磁电机的转子结构多种多样，就其整体而言，最常用的为表面式(Surface Mounted PermanentMagnet，简称SPM)转子结构和内置式(Interior Permanent Magne，简称IPM)转子结构两大类。

表面式转子结构的特点是凸极率ρ＝L_q/L_d＝1，无磁阻转矩，等效气隙大，电枢反应小，动态性能好，常用于伺服电机和牵引电机中。表面式转子永磁体通常呈瓦片形，安置于转子铁芯的表面，一般需要在永磁体外表面套以起保护作用的非磁性箍筒，或包以无纬玻璃丝带作保护层。这种结构永磁体形状复杂、加工费用大，并导致转子成本增加和表面损耗增加。

内置式转子将永磁体嵌入转子铁芯内，加工工艺简单，形状规则，凸极率不等于1，适合于宽调速场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面式概念永磁电机的内置式转子，使内置式转子具有表面式永磁电机的性能特征。

为了达到上述目的，本发明的构思是：提出一种表面式概念永磁电机，采用内置式的转子结构，但具有表面式永磁电机的性能特征。即将常规永磁电机每对极二块异极性永磁体用每对极一块同极性的永磁体替代，永磁体嵌入到转子铁芯内，既可简化加工工艺，避免永磁体表面加保护层，又可减少永磁体用量，降低成本。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种表面式概念永磁电机的内置式转子，包括转子铁芯和永磁体，其特征在于：

a.所有的永磁体极性相同，永磁体的块数与电机的极对数相同；

b.永磁体嵌入转子铁芯内；

c.永磁体两侧的转子表面设置凹坑；该永磁体两侧转子表面凹坑的形状与位置，应根据公知的电机设计原理和电磁理论进行计算，使电机的直轴电抗与交轴电抗数值相等，并起到隔磁桥的作用。

上述的永磁体的形状为长方形。

上述的转子铁芯外形和气隙分布，应根据公知的电机设计原理和电磁理论，据电机对气隙磁场的要求确定，以产生正弦波气隙磁场或梯形波气隙磁场。

其原理如下：

由于每对极只有一块永磁体，假设永磁体为N极，电机主磁通路径为：永磁极→转子铁芯上部轭→气隙→定子铁芯→气隙→转子铁芯极→转子铁芯下部轭→回到永磁体。磁场路径与常规电机相似，每对极磁路保持对称。不同之处在于每对极二块异极性永磁体改为每对极一块同极性永磁体后，这块永磁体提供一对极所需要的磁势。为了控制交轴磁场的大小，在永磁体两侧的转子铁芯表面处设置凹坑，由电磁场分析精确计算凹坑的形状与大小，以保证交轴电抗与直轴电抗相等，凸极率接近1，使内置式永磁体的转子结构具有表面式永磁电机的性能特征；同时，凹坑的存在，可以避免永磁磁通直接通过转子铁芯闭合形成漏磁，起到常规内置式永磁电机隔磁桥的作用。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

(1)从电磁设计角度来讲，常规永磁电机中永磁体的厚度虽然只需提供一个极磁势值和抗去磁能力，但大多数情况下永磁体的厚度取决于机械强度的要求。采用每对极一块永磁体后，永磁体厚度取决于一对极所需的磁势和抗去磁能力，一般情况下机械强度均能满足要求。所以，采用该结构后，永磁体材料减少，形状为简单的长方形，数量减少一半，加工方便、费用降低，成本降低。

(2)永磁体嵌入转子铁芯内，毋需像表面式永磁电机那样在永磁体外加非磁性箍筒或无纬玻璃丝带作保护层，简化加工工艺，避免表面损耗及高速运行时无纬玻璃丝带的可能的损坏，提高了电机的可靠性。

(3)对要求非均匀气隙产生正弦波磁场的情况，表面式转子结构永磁体加工难度高，精度难以保证，永磁体材料用量大；本发明提出的内置式永磁体形状规则，加工成本低，非均匀气隙由转子冲片形状确定，精度容易控制，适合应用在高性能伺服系统中。

附图说明

图1现有技术的表面式永磁电机转子的结构示意图。

图2表面式概念永磁电机内置式转子的结构示意图。

图3表面式概念永磁电机内置式转子直轴磁路图。

图4表面式概念永磁电机内置式转子交轴磁路图。

图5表面式概念永磁电机内置式转子极间漏磁路图。

图6表面式概念永磁电机非均匀气隙转子的结构示意图。

具体实施方法

下面结合附图和一个优选实施实例对本发明的表面式概念永磁电机的内置式转子作进一步详细说明：

已有技术的表面式转子如图1所示(以四极电机为例)，瓦片形的N极3与S极1交替放置在转子铁芯2表面。

本实施例的表面式概念永磁电机的内置式转子如图2所示，与表面式转子结构相比，永磁体块数减少一半、极性相同、形状为规则的长方形永磁体4(N极或S极)均匀分布地嵌入到转子铁芯7内，每个永磁体的两侧设置凹坑5、6。直轴磁路路径为：永磁体N极4出发，经过转子铁芯上部轭9、气隙、定子铁芯8、气隙、转子铁芯极10、转子铁芯下部轭11回到永磁体4，具体如图3所示。交轴磁路路径为：转子铁芯7、凹坑5、气隙、定子8、气隙、凹坑6形成回路，具体如图4所示。

凹坑5、6的形状与位置需要根据电机尺寸，依据公知的电机设计原理和磁场理论，来进行电磁场分析计算：凹坑5、6与永磁体端部之间的间隙按内置式转子结构中隔磁桥的要求确定(图5所示)；凹坑5、6的宽度由极弧系数的要求确定；凹坑5、6的深度由凸极率决定，一般要求电机直轴与交轴磁阻近似相等。

转子铁芯外形尺寸由气隙磁场波形要求确定：矩形或梯形波气隙磁场采用均匀气隙；正弦波气隙磁场采用非均匀气隙，具体形状与尺寸需经磁场计算确定，具体如图6所示。

Claims (3)

1.一种表面式概念永磁电机的内置式转子，包括转子铁芯(7)和永磁体(4)，其特征在于：

a.所有的永磁体(4)极性相同，永磁体(4)的块数与电机的极对数相同；

b.永磁体(4)嵌入转子铁芯(7)内；

c.永磁体(4)两侧的转子表面设置凹坑(5、6)；该永磁体(4)两侧转子表面凹坑(5、6)的形状与位置，应使电机的直轴电抗与交轴电抗数值相等，并起到隔磁桥的作用。

2.根据权利要求1所述的表面式概念永磁电机的内置式转子，其特征在于永磁体(4)的形状为长方形。

3.根据权利要求1所述的表面式概念永磁电机的内置式转子，其特征在于转子铁芯(7)外形和气隙分布应能产生正弦波气隙磁场或梯形波气隙磁场。

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