CN105429409B - 组合磁极式轴向磁通永磁同步电机 - Google Patents

组合磁极式轴向磁通永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

组合磁极式轴向磁通永磁同步电机，属于永磁电机领域，本发明为解决正弦波驱动的稀土永磁同步电机气隙磁场存在谐波和易出现局部不可逆退磁的问题。本发明包括转子和定子，且平行相对设置，转子铁心面向定子的表面沿圆周方向表贴式均匀设置有多个转子磁极；转子磁极为圆弧形结构，转子磁极包括稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极；稀土永磁磁极的两个左右端面分别设置一个铁氧体永磁磁极，稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极构成连续圆弧状磁极结构；稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极的充磁方向均为轴向充磁，且充磁方向相同。该结构的永磁同步电机使得气隙磁场谐波含量降低，提高了电机效率，同时铁氧体永磁材料价格便宜，降低了成本。

Description

组合磁极式轴向磁通永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种组合磁极式的转子结构，属于永磁电机领域。
背景技术
随着环境与能源危机等问题的日益严重，高效节能的电气设备成为发展趋势，由此极大的促进了高功率密度、高效率的稀土永磁同步电机的发展。但稀土永磁材料的价格一直居高不下，而稀土永磁电机受稀土永磁材料价格波动影响较大，因此稀土永磁电机的成本也随之受到影响，较高的成本大大压缩了稀土永磁同步电机的发展空间。而且稀土材料属于不可再生资源，电机系统中过多的稀土材料用量也会对环境造成破坏。因此，在保证电机性能的前提下，研究少稀土材料的高效节能电机系统，不仅是能源战略的需要，更是出于环境保护的考虑。
对于正弦波驱动的稀土永磁同步电机，永磁材料产生的气隙磁场分布总会含有谐波成分，这些谐波磁场会引起额外的铁损以及转矩波动；而稀土永磁材料在使用中易出现局部不可逆退磁，尤其是在高温情况下，永磁材料不可逆退磁将导致电机性能的下降。
发明内容
本发明目的是为了解决正弦波驱动的稀土永磁同步电机气隙磁场存在谐波和易出现局部不可逆退磁的问题，尤其是在高温情况下，永磁材料不可逆退磁将导致电机性能的下降的问题，提供了一种组合磁极式轴向磁通永磁同步电机。在不影响电机输出性能前提下，既降低稀土永磁电机成本，又能提高稀土永磁电机气隙磁场正弦度、解决高温退磁问题就极具现实意义了。
本发明所述组合磁极式轴向磁通永磁同步电机，包括转子和定子，且平行相对设置，转子和定子之间存在轴向气隙，定子包括定子铁心和定子绕组，定子铁心为圆盘形结构，定子铁心的内部定子槽中设置定子绕组；转子包括多个转子磁极和转子铁心，转子铁心为圆盘形结构，转子铁心面向定子的表面沿圆周方向表贴式均匀设置有多个转子磁极；
转子磁极为圆弧形结构，转子磁极包括稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极；稀土永磁磁极的两个左右端面分别设置一个铁氧体永磁磁极，稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极构成连续圆弧状磁极结构；稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极的充磁方向均为轴向充磁，且充磁方向相同。
本发明的优点：本发明提出的组合磁极式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁密波形比传统轴向磁通稀土永磁同步电机更加正弦，从而降低了定子铁耗和转矩波动。此外，铁氧体材料的强抗退磁能力降低了电机运行时退磁风险，提高了电机的可靠性。
在传统轴向磁通稀土永磁同步电机的基础上，用铁氧体永磁材料代替一部分稀土永磁材料，将铁氧体放置于稀土永磁材料两侧。由于铁氧体材料剩磁低于稀土永磁材料剩磁，通过组合可以使气隙磁密波形更加接近正弦波，降低气隙磁场的谐波含量，从而可以降低磁场谐波引起的定子铁损和转矩波动。此外，铁氧体永磁材料的抗退磁能力强于稀土永磁材料，且铁氧体永磁材料抗退磁能力随温度升高而加强，将铁氧体放置于稀土材料两侧能大大降低原本稀土永磁材料的局部退磁风险，提高电机运行可靠性。该组合磁极式永磁电机利用成本低廉的铁氧体永磁材料代替一部分稀土永磁材料，降低了成本，同时使效率和运行可靠性增加。
附图说明
图1是轴向磁通稀土永磁同步电机结构示意图；
图2是图1的转子结构示意图，是传统轴向磁通稀土永磁同步电机的结构；
图3是图1的转子结构示意图，是本发明所述组合磁极式轴向磁通永磁同步电机的转子结构示意图；
图4是图3中组合式的转子磁极的具体结构示意图；
图5是本发明的组合磁极式轴向磁通永磁同步电机与传统的轴向磁通稀土永磁同步电机的气隙磁密波形对比图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述组合磁极式轴向磁通永磁同步电机，包括转子和定子，且平行相对设置，转子和定子之间存在轴向气隙，定子包括定子铁心1和定子绕组2，定子铁心1为圆盘形结构，定子铁心1的内部定子槽中设置定子绕组2；转子包括多个转子磁极3和转子铁心4，转子铁心4为圆盘形结构，转子铁心4面向定子的表面沿圆周方向表贴式均匀设置有多个转子磁极3；
转子磁极3为圆弧形结构，转子磁极3包括稀土永磁磁极3-1和两个铁氧体永磁磁极3-2；稀土永磁磁极3-1的两个左右端面分别设置一个铁氧体永磁磁极3-2，稀土永磁磁极3-1和两个铁氧体永磁磁极3-2构成连续圆弧状磁极结构；稀土永磁磁极3-1和两个铁氧体永磁磁极3-2的充磁方向均为轴向充磁，且充磁方向相同。
本发明的电机结构如图1、图3和图4所示，放置于稀土永磁磁极3-1两侧的铁氧体永磁磁极3-2抗退磁能力较强，且其矫顽力具有正温度系数，高温时抗退磁能力会进一步加强，能够改善实际应用时稀土永磁材料高温易退磁问题。
本实施方式所述的磁极部分3的总宽度和厚度与图1中的稀土永磁磁极相同；为保证电机的输出能力与图1所示的传统表贴式稀土永磁同步电机保持一致，需要增加组合磁极电机的轴向长度，但组合磁极式电机成本依然比纯稀土永磁电机低。
由图5可知，本实施方式提出的组合磁极式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁密波形比传统轴向磁通稀土永磁同步电机更加正弦，从而降低了定子铁耗和转矩波动。此外，铁氧体材料的强抗退磁能力降低了电机运行时退磁风险，提高了电机的可靠性。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，稀土永磁磁极3-1圆弧角度为a，铁氧体永磁磁极3-2圆弧角度为b/2，二者满足如下条件：
式中：Br2为稀土永磁磁极(3-1)在工作温度下剩磁密度；Br1为铁氧体永磁磁极(3-2)在工作温度下剩磁密度；且满足Br2>Br1。
按上述公式对稀土永磁磁极3-1和铁氧体永磁磁极3-2的尺寸进行合理配比，使其产生正弦度最好的气隙磁场波形，从而有利于降低铁损和转矩波动。

Claims (1)

1.组合磁极式轴向磁通永磁同步电机，包括转子和定子，且平行相对设置，转子和定子之间存在轴向气隙，定子包括定子铁心(1)和定子绕组(2)，定子铁心(1)为圆盘形结构，定子铁心(1)的内部定子槽中设置定子绕组(2)；转子包括多个转子磁极(3)和转子铁心(4)，转子铁心(4)为圆盘形结构，转子铁心(4)面向定子的表面沿圆周方向表贴式均匀设置有多个转子磁极(3)；
其特征在于，转子磁极(3)为圆弧形结构，转子磁极(3)包括稀土永磁磁极(3-1)和两个铁氧体永磁磁极(3-2)；稀土永磁磁极(3-1)的左右端面分别设置一个铁氧体永磁磁极(3-2)，稀土永磁磁极(3-1)和两个铁氧体永磁磁极(3-2)构成连续圆弧状磁极结构；稀土永磁磁极(3-1)和两个铁氧体永磁磁极(3-2)的充磁方向均为轴向充磁，且充磁方向相同；
稀土永磁磁极(3-1)圆弧角度为a，铁氧体永磁磁极(3-2)圆弧角度为b/2，二者满足如下条件：
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式中：Br2为稀土永磁磁极(3-1)在工作温度下剩磁密度；Br1为铁氧体永磁磁极(3-2)在工作温度下剩磁密度；且满足Br2>Br1。
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