CN105871160B - 同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步磁阻电机，包括定子和转子，转子具有多个磁通屏障组，多个磁通屏障组中的磁通屏障组两两一对沿转子的径向对称设置，每个磁通屏障组具有多个磁通屏障，多个磁通屏障沿转子的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障之间形成导磁通道；同组内的相邻两个导磁通道的极弧角度的差值与另一对相邻两个导磁通道的极弧角度的差值不相等，位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度与位于转子的边缘处的磁通屏障的极弧角度的数值之和小于2倍的且位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度数值大于1.5倍的其中，Ns为定子的定子槽数。本发明的同步磁阻电机有效地解决了现有技术中同步磁阻电机存在转矩脉动大的问题。

Description

同步磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种同步磁阻电机。

背景技术

现有技术以及公开的专利中，为了优化同步磁阻电机，均在同步磁阻电机的转子中，对其导磁通道的极弧角度进行优化限定，而且还会涉及定子齿数、导磁通道层数等数据。但是现有技术中同步磁阻电机对于导磁通道的限定定义多不准确，导致同步磁阻电机仍存在转矩脉动大的问题。

发明内容

本发明实施例中提供一种同步磁阻电机，以解决现有技术中同步磁阻电机存在转矩脉动大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种同步磁阻电机，包括定子和转子，定子具有转子容纳腔，转子设置在转子容纳腔内，转子具有多个磁通屏障组，多个磁通屏障组中的磁通屏障组两两一对沿转子的径向对称设置，每个磁通屏障组具有多个磁通屏障，多个磁通屏障沿转子的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障之间形成导磁通道；

同组内的相邻两个导磁通道的极弧角度的差值与另一对相邻两个导磁通道的极弧角度的差值不相等，位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度与位于转子的边缘处的磁通屏障的极弧角度的数值之和小于2倍的且位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度数值大于1.5倍的其中，Ns为定子的定子槽数。

进一步地，定子的远离转子一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边。

进一步地，磁通屏障组的数量为M个，切边数量为Q个，M与Q的公倍数大于M与的公倍数，且M与Q的公倍数大于M与的公倍数。

进一步地，定子槽的数量为Ns，磁通屏障组的数量为M个，M个磁通屏障组为P对，每个磁通屏障组对应有W个定子的齿，并形成了R个导磁通道，同组内的导磁通道的极弧角度τ如公式一或公式二计算得到，

公式一为：

公式二为：

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近转子的中心位置的导磁通道的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的导磁通道的底部越靠近转子的边缘侧；τ_min为同组内位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度，其中Δτ为靠近转子边缘处的磁通屏障端部的角度，Δτ的取值为：

进一步地，当为非整数时，同组内的导磁通道的个数的计算公式为：由计算公式得到的值舍去小数并取整。

进一步地，当为整数时，同组内的导磁通道的个数的计算公式为由计算公式得到的值舍去小数并取整。

进一步地，导磁通道在转子圆周上确认出两个参考点，两个参考点位于同一切面内，两个参考点分别与切面的圆心之间连线的夹角角度为导磁通道的极弧角度。

进一步地，两个参考点包括第一参考点和第二参考点，导磁通道两侧的磁通屏障的端部为具有气隙的开口，导磁通道在转子圆周边缘上距离两个开口最近的两个点，两个点连线的中点作为第一参考点；在导磁通道径向对称的另一个导磁通道上进行与第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。

进一步地，两个参考点包括第一参考点和第二参考点，导磁通道两侧的磁通屏障端部具有和转子的铁芯连接的径向肋板，径向肋板最小宽度的等厚部分的两端在切面处具有两个标记点，两个标记点的中心为第一参考点；在导磁通道径向对称的另一个导磁通道上进行与第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。

进一步地，同步磁阻电机为非永磁同步电机。

应用本发明的技术方案，使同步磁阻电机在运行时，各层的导磁通道能够轮流出力，转矩脉动才更小，从而有效降低了同步磁阻电机的转矩脉动。而且提高了同步磁阻电机的运行可靠性和稳定性，优化了同步磁阻电机的输出性能。

附图说明

图1是本发明实施例的同步磁阻电机的结构示意图；

图2是本发明实施例的同步磁阻电机的转子的其中一种结构的示意图；

图3是本发明实施例的同步磁阻电机的转子的另外一种结构的示意图；

图4是同步磁阻电机的极弧角度的参考点定义的示意图；

图5是τ_min和Δτ角度的示意图；

图6是不同τ_min下转矩脉动随Δτ的影响的示意图。

附图标记说明：

1、定子；101、齿部；102、轭部；103、定子槽；104、切边；1011、极靴；2、转子；201、磁通屏障；202、导磁通道；203、径向肋板；204、轴孔；205、圆周肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种同步磁阻电机，需要说明的是，本实施例中的同步磁阻电机并非是永磁同步磁阻电机(永磁同步电机的一种)，也不包含任何的永磁特征。同步磁阻电机包括定子1和转子2，定子1具有转子容纳腔，转子2设置在转子2容纳腔内，转子2具有多个磁通屏障组201，多个磁通屏障组201中的磁通屏障组201两两一对沿转子2的径向对称设置，每个磁通屏障组201具有多个磁通屏障，多个磁通屏障沿转子2的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障之间形成导磁通道202。

同组内的相邻两个导磁通道202的极弧角度的差值与另一对相邻两个导磁通道202的极弧角度的差值不相等，位于转子2的边缘处的导磁通道202的极弧角度与位于转子2的边缘处的磁通屏障的极弧角度的数值之和小于2倍的且位于转子2的边缘处的导磁通道202的极弧角度数值大于1.5倍的其中，Ns为定子1的定子槽103数。

由于采用了位于转子2的边缘处的导磁通道202的极弧角度与位于转子2的边缘处的磁通屏障的极弧角度的数值之和小于2倍的且位于转子2的边缘处的导磁通道202的极弧角度数值大于1.5倍的同组内的相邻两个导磁通道202的极弧角度τ的差值与另一对相邻两个导磁通道202的极弧角度τ的差值不相等，以使同步磁阻电机在运行时，各层的导磁通道202能够轮流出力，转矩脉动才更小，从而有效降低了同步磁阻电机的转矩脉动。而且提高了同步磁阻电机的运行可靠性和稳定性，优化了同步磁阻电机的输出性能。

定子1的远离转子2一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边104。同时，磁通屏障组201的数量为M个，切边104数量为Q个，M与Q的公倍数大于M与Q-1的公倍数，且M与Q的公倍数大于M与Q+1的公倍数。如M值为5，Q值为6，那么M与Q的公倍数则为30，这两个取值可以满足上述的条件。通过设置切边104均等间隔排列以及磁通屏障组201的数量与切边的关系，这样能够缓和切边引起的定子轭部饱和，降低轭部饱和引起的转矩脉动。此处综合以上对极弧角度的设定，本实施例的同步磁阻电机转矩脉动系数{(最大转矩-最小转矩)/平均转矩}可降低至10％。

需要说明的是，同步磁阻电机为非永磁同步电机。同时参见图1，定子1包括齿部101、轭部102和极靴1011，转子具有轴孔204，转子的外边缘形成有圆周肋205，定子槽磁通屏障组201中具有多个磁通屏障，图1中示出了3个沿径向间隔排列的磁通屏障2011、磁通屏障2012以及磁通屏障2013，磁通屏障通常由镂空的空气槽构成，或由其他不导磁材料填充于槽内构成，位于两个导磁通道之间，起到产生凸极比的作用。图1还示出了4个间隔排列的导磁通道，分别是导磁通道部分2021、导磁通道部分2022、导磁通道部分2023以及导磁通道部分2024，导磁通道部分(导磁通道部分即为导磁通道，此处仅用于区分开标注关系)由导磁材料构成，位于两个镂空的磁通屏障之间，起到导磁的作用。

转子的多个导磁通道通过圆周肋205、径向肋203连接为一个整体，在满足转子机械强度要求下应当尽量的薄；优选的圆周肋205宽度Wrib-t取值为1.0～0.5mm；径向肋203宽度Wrib-n取值为0.8～1.5mm；通常，圆周肋205是必须考虑的，径向肋(203)可以不予考虑，当采用轴向叠片工艺时，圆周肋205和径向肋203可以不用存在。

进一步优选地，定子槽103的数量为Ns，磁通屏障组201的数量为M个，M个磁通屏障组201为P对(M＝2P)，每个磁通屏障组201对应有W个定子1的齿，并形成了R个导磁通道202，同组内的导磁通道202的极弧角度τ如公式一或公式二计算得到，

公式一为：

公式二为：

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近转子2的中心位置的导磁通道202的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的导磁通道202的底部越靠近转子2的边缘侧；

τ_min为同组内位于转子2的边缘处的导磁通道202的极弧角度，其中Δτ为靠近转子2边缘处的磁通屏障端部的角度，Δτ的取值为：图5示出了τ_min和Δτ的位置。

当为非整数时，同组内的导磁通道202的个数的计算公式为：由计算公式得到的值舍去小数并取整。

当为整数时，同组内的导磁通道202的个数的计算公式为由计算公式得到的值舍去小数并取整。其中D轴(图1中所示)记为第一导磁通道。参见图1，定义相邻的磁通屏障组对称线为D轴，磁通屏障组的对称线为Q轴，此时，由于导磁通道导磁特性好，将磁路进行引导，可以认为主磁通是沿着D轴进入转子的，而Q轴的磁阻大，通过的磁通很小。

由于各层导磁通道的极弧在齿槽相对的基础上，再增加δ调整角，保证了低转矩脉动的同时，相对于齿齿相对的情况下，使得最大磁密降低，同时δ调整角的存在使得每个导磁通道轮流出力，定子部分磁密波动减少，而铁损同最大磁密的平方呈正比，因此低铁损较常规同步磁阻电机降低30％以上。需要说明的是，齿齿相对，指的是定子的齿部和转子的导磁通道的两端在某一时刻是同时对齐的。齿槽相对，指的是任何时刻，转子导磁通道的两端同定子的两个齿不可能同时对齐。比如τ₁就是齿齿相对的情况，但是由于对称结构无法改变，其他层的极弧可以自由设计，因此设计为非齿齿相对，有利于减小磁密波动，降低铁损。

以上所述的导磁通道或磁通屏障的极弧角度指的是导磁通道或磁通屏障在转子圆周上的两个端点同转子圆心连线形成的角度，该端点需要明确的定义，这样，以上关于极弧角度的定义在实际使用过程中才更加有意义；

导磁通道202在转子2圆周上确认出两个参考点，两个参考点位于同一切面内，两个参考点分别与切面的圆心之间连线的夹角角度为导磁通道202的极弧角度。两个参考点包括第一参考点和第二参考点，导磁通道202两侧的磁通屏障的端部为具有气隙的开口，导磁通道202在转子2圆周边缘上距离两个开口最近的两个点，两个点连线的中点作为第一参考点。在导磁通道202径向对称的另一个导磁通道202上进行与第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。参见图4，参考线1为原有导磁通道边界；参考线2为通过更改倒角后形成的导磁通道边界；参考点P1为原有导磁通道边界中心线形成的参考点；参考点P2为通过更改倒角后形成的导磁通道边界中心线形成的参考点，参考点P2即为上述的第一参考点，参考点P2’为与参考点P2同样取点后对应的第二参考点。本领域专业技术人员均认知到，磁拉力是在转子表面产生的，因此，导磁通道极弧角度的定义为转子外表面上的导磁通道中点是有效的。

以上的极弧角度是在磁通屏障的端部倒角取正常值，如R0.5或R0.8时，进行的极弧设计，当然可以通过倒角的增加或减小，只要保证切向肋等厚段的起始点在圆周的位置上不变，以获得相同的等厚段切向肋在圆周上的位置，而此时导磁通道的两个臂所在位置是不同的。当然这样的定义应当也认为是同前者在技术效果上是等效的。

在τ_min取上限值时，Δτ的取值必须较小，当否则，仍然没有较好的降低转矩脉动效果；该前提下较优的Δτ范围是不同的；或者说τ_min和Δτ共同决定了转矩脉动系数，从图6中可以看出：

当τ_min取值为接近时，能获得较优转矩脉动的Δτ的取值范围很小。

当τ_min取值为接近时，能获得较优转矩脉动的Δτ的取值范围较宽。

由上可得，是转矩脉动较小范围的上限。

相同的Δτ下，τ_min的最优取值是介于之间的。

位于转子2的边缘处的磁通屏障为除气隙外，距离转子Q轴(图1所示出)最近的一个磁通屏障，沿转子表面，其和Q轴之间存在最外层的导磁通道。位于转子2的边缘处的磁通屏障的末端以开口(如图2)或者切向肋(如图3)的形式存在。最外层导磁通道的极弧τ_min的参考点为该切向肋等厚或开口段靠近Q轴的一个点，当切向肋存在最窄点是，即按该最窄点取值。Δτ的两个参考点为等厚段或者开口段的始末端。当存在最窄处时，Δτ可按0取值。如图2所示，圆周具有缺口形状的转子，认为其缺口是同气隙连通的，等效为气隙。

在另外一种实施例中，转子的结构与上述实施例的结构不同，结构不同为导磁通道两侧的磁通屏障的端部具有和铁芯一体的径向肋板，那么对于极弧角度两个参考点的确认也具有不同的取点，当导磁通道两侧的磁通屏障的端部具有和铁芯一体的径向肋板，存在最薄处时，该参考点即为最薄处，当该径向肋板存在一段等厚的宽度时，首先将该切向肋段等厚部分的两端定义为等厚段始末的标记点，导磁通道的极弧在圆周上的参考点即为相邻两个标记点的中心；另一个参考点同样获得。

在该实施例中，两个参考点包括第一参考点和第二参考点，导磁通道202两侧的磁通屏障端部具有和转子2的铁芯连接的径向肋板203，径向肋板203最小宽度的等厚部分的两端在切面处具有两个标记点，两个标记点的中心为第一参考点；在导磁通道202径向对称的另一个导磁通道202上进行与第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。

以上说明的均是导磁通道确认参考点，由于磁通屏障与导磁通道均是相邻设置，且相互形成，所以确定磁通屏障的极弧所需要的圆周上的两个参考点与上述的方式基本相同，磁通屏障末端的参考点根据磁通屏障的不同形式分别定义如下：当磁通屏障的两端是开口面向气隙时，所述的磁通屏障中心为该开口的中心，当磁通屏障的两端为具有径向肋板结构时，所述磁通屏障的中心为该切线肋板的最窄处，不存在最窄处，有一定的等厚段时，即为等厚肋板段的中间位置。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种同步磁阻电机，其特征在于，包括定子(1)和转子(2)，所述定子(1)具有转子(2)容纳腔，所述转子(2)设置在所述转子(2)容纳腔内，所述转子(2)具有多个磁通屏障组(201)，所述多个磁通屏障组(201)中的所述磁通屏障组(201)两两一对沿所述转子(2)的径向对称设置，每个所述磁通屏障组(201)具有多个磁通屏障，多个所述磁通屏障沿所述转子(2)的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个所述磁通屏障之间形成导磁通道(202)；

同组内的相邻两个所述导磁通道(202)的极弧角度的差值与另一对相邻两个所述导磁通道(202)的极弧角度的差值不相等，位于所述转子(2)的边缘处的所述导磁通道(202)的极弧角度与位于所述转子(2)的边缘处的所述磁通屏障端部的角度的数值之和小于2倍的且位于所述转子(2)的边缘处的所述导磁通道(202)的极弧角度数值大于1.5倍的其中，Ns为所述定子(1)的定子槽(103)数；

所述定子(1)的远离所述转子(2)一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边(104)；

所述定子槽(103)的数量为Ns，所述磁通屏障组(201)的数量为M个，M个所述磁通屏障组(201)为P对，每个所述磁通屏障组(201)对应有W个定子(1)的齿，并形成了R个所述导磁通道(202)，同组内的所述导磁通道(202)的极弧角度τ如公式一或公式二计算得到，

公式一为：

公式二为：

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近转子(2)的中心位置的所述导磁通道(202)的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的导磁通道(202)的底部越靠近转子(2)的边缘侧；

τ_min为同组内位于所述转子(2)的边缘处的所述导磁通道(202)的极弧角度，其中Δτ为靠近所述转子(2)边缘处的所述磁通屏障端部的角度，且

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述磁通屏障组(201)的数量为M个，所述切边(104)数量为Q个，M与Q的公倍数大于M与(Q-1)的公倍数，且M与Q的公倍数大于M与(Q+1)的公倍数。

3.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，当为非整数时，同组内的所述导磁通道(202)的个数的计算公式为：由计算公式得到的值舍去小数并取整。

4.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，当为整数时，同组内的所述导磁通道(202)的个数的计算公式为由计算公式得到的值舍去小数并取整。

5.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述导磁通道(202)在所述转子(2)圆周上确认出两个参考点，两个参考点位于同一切面内，两个参考点分别与所述切面的圆心之间连线的夹角角度为所述导磁通道(202)的极弧角度。

6.根据权利要求5所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述两个参考点包括第一参考点和第二参考点，所述导磁通道(202)两侧的磁通屏障的端部为具有气隙的开口，所述导磁通道(202)在所述转子(2)圆周边缘上距离两个所述开口最近的两个点，两个点连线的中点作为第一参考点；

在所述导磁通道(202)径向对称的另一个导磁通道(202)上进行与所述第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。

7.根据权利要求5所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述两个参考点包括第一参考点和第二参考点，

所述导磁通道(202)两侧的磁通屏障端部具有和所述转子(2)的铁芯连接的径向肋板(203)，所述径向肋板(203)最小宽度的等厚部分的两端在切面处具有两个标记点，两个标记点的中心为第一参考点；

在所述导磁通道(202)径向对称的另一个导磁通道(202)上进行与所述第一参考点进行同样的取点，获得第二参考点。

8.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述同步磁阻电机为非永磁同步电机。