CN114552827B - 一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，包括转子铁心和交轴磁障，所述转子铁心内设有多个沿着径向延伸的永磁体槽，所述多个永磁体槽沿着周向间隔分布，每个所述永磁体槽内均设有永磁体，所述交轴磁障包括第一磁障和第二磁障，所述第一磁障呈弧形，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上，所述第二磁障呈漏斗状，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上。该具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构通过在转子交轴处设置沿半径方向和沿圆周方向的磁障，使交轴电感减小，提高电机空载气隙磁密的正弦性。同时反凸极结构可以达到更宽的运行速度，扩速能力更强。

Description

一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，特别涉及一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构。
背景技术
永磁同步电机日益广泛应用于各个领域，但因磁场调节困难限制了其在调速范围要求高的场合的应用。传统正凸极永磁同步电机空载反电势高，高速段采用弱磁控制限制反电动势时，一旦变频器逆变失败，弱磁将失控，可能产生瞬间回馈发电现象，使变频器功率器件损坏。以上因素限制了传统正凸极永磁同步电机的发展和应用。
随着反凸极永磁同步电机的发展，其优势也逐渐凸显，与传统正凸极永磁同步电机相比主要优点包括：相同弱磁状态下，反凸极永磁同步电机直轴电感大，所需直轴电流小，当逆变器容量固定时，交轴电流更大，有利于维持永磁转矩和功率；交轴电感小，负载时电机主磁路不易饱和，过载能力强；空载时其空载反电动势低，在相同阻抗情况下具有更强的短路电流抑制能力。因此，反凸极结构电机将会在数控机床主轴系统和电动车驱动系统等调速范围要求高的场合得到广泛应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明实施例提出一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，该具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构通过在转子交轴处设置沿半径方向和沿圆周方向的磁障，使交轴电感减小，提高电机空载气隙磁密的正弦性。同时反凸极结构可以达到更宽的运行速度，扩速能力更强。
根据本发明实施例的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，包括转子铁心和交轴磁障。
所述转子铁心内设有多个沿着径向延伸的永磁体槽，所述多个永磁体槽沿着周向间隔分布，每个所述永磁体槽内均设有永磁体。
所述交轴磁障包括第一磁障和第二磁障，所述第一磁障呈弧形，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上，所述第二磁障呈漏斗状，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上。
在一些实施例中，还设有第三磁障，所述第三磁障位于所述永磁体外侧且与所述永磁体连接，所述第三磁障靠近永磁体部分的截面为矩形，另一部分截面为梯形，且所述梯形部分的小径端与所述矩形部分连接。
在一些实施例中，还设有支撑件，所述支撑件位于所述转子铁心的内圆处，所述支撑件截面呈厚度不均匀的多边形，所述支撑件厚截面处与所述永磁体连接。
在一些实施例中，所述支撑件薄截面处与所述转子铁心之间形成空腔，所述空腔即为所述第二磁障。
在一些实施例中，所述支撑件是抗磁材料。
在一些实施例中，所述永磁体沿径向分布且充磁方向为切向，相邻的两块永磁体充磁方向相反。
在一些实施例中，所述支撑件中心具有圆孔，所述圆孔的直径为D1。
在一些实施例中，所述多个永磁体可以分为多组，每组永磁体组包括两个关于所述转子铁心中点对称分布的两个所述永磁体，且两个所述永磁体之间的距离为D2。
在一些实施例中，所述转子铁心外圆直径为D3，且D1、D2、D3之间满足0.5*D1≤D3-D2。
在一些实施例中，所述永磁体的长度为L1，所述第二磁障的最大宽度为L2，所述第一磁障的半径为R1，所述永磁体的宽度为R2，所述L1、所述L2、所述R1和所述R2满足2/3*L1≤R1＜L1，0＜R2-R1≤0.2* R1，0.5*L1＜L2＜L1。
本发明所具有的有益效果为：
1.本发明转子通过在转子交轴处设置沿半径方向和沿圆周方向不同形状的磁障，使交轴电感减小，提高电机空载气隙磁密的正弦性。
2.反凸极结构可以达到更宽的运行速度，扩速能力更强，因此可为轮毂电机提供参考，有利于电动汽车等领域的运行。
3.多处磁障的设置可以减小转子质量，降低电机总质量。另一方面根据结构的特点可以利用矫顽力较低的材料代替稀土材料，以上优点均可有效降低电机成本。
附图说明
图1为本发明实施例的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为包含本发明实施例的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构的电机结构示意图；
图4为不同永磁体结构外特性对比图；
图5为不同永磁体结构空载气隙磁密波形对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
根据本发明实施例的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，包括：转子铁心5和交轴磁障。
具体地，如图1所示，转子铁心5是中空圆柱体，其外圆直径为D3。转子铁心5内设有6个沿着周向平均间隔分布的永磁体槽，每个永磁体槽内设有沿着径向分布的永磁体3，永磁体3是磁钢，磁钢的截面为矩形，其长度为L1宽度为R2，且与永磁体槽之间过渡配合。每两个永磁体3均关于转子铁心的中点对称分布，且二者之间的距离为D2。永磁体3采用切向充磁，且相邻的两个永磁体3充磁方向相反。交轴磁障包括第一磁障1和第二磁障2。每个永磁体3两侧均设有第一磁障1，第一磁障1是内凸弧形空腔，其圆心位于转子铁心5外圆上，其半径为R1。每个永磁体3两侧的第一磁障1对称分布。转子铁心5的内圆上还设有支撑件6，支撑件6是抗磁材料，其形状为厚度不均匀的多边体，其中心具有圆孔，其直径为D1。支撑件6的厚度较厚处与永磁体3止抵，其厚度较薄处与转子铁心5之间形成第二磁障2，第二磁障2是截面为漏斗状的空腔，其截面的最大宽度为L2。第二磁障2有6个，每个第二磁障2均位于相邻的两个永磁体3之间，且6个第二磁障2在周向上平均间隔分布。
永磁体3与转子铁心5外圆之间还设有第三磁障4，第三磁障4包括两部分，其中一部分是截面为矩形的空腔，另一部分是截面为梯形的空腔，矩形空腔的宽度小于永磁体3的宽度。矩形空腔的一端与永磁体3连接，另一端与梯形空腔的小径端连通。
支撑件6中心圆孔直径D1、永磁体3的距离D2和转子铁心外圆直径D3之间满足0.5*D1≤D3-D2。
磁钢长度L1、第二磁障2的最大宽度L2、第一磁障1的半径R1和磁钢宽度R2之间满足2/3*L1≤R1＜L1、0＜R2-R1≤0.2* R1、0.5*L1＜L2＜L1。
根据本发明实施例的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，永磁体3产生磁场，根据交直轴磁路，在交轴处设置沿半径方向的第一磁障1和沿圆周方向的第二磁障2，通过增大磁阻使交轴电感减小，以达到交轴电感小于直轴电感的目的实现反凸极比。另一方面如果采用低矫顽力的永磁体，电机在高速运转时会有较宽的调速范围，时永磁体处于低磁化状态，此时不需要施加大的直轴去磁电流，减小了铁耗，使电机在整个运行范围内都具有高效率。
实施例2
如图3所示，本实施例是72槽/6极电机，该电机包括实施例1的具有反凸极特性的永磁同步电机转子和定子，转子套设在定子内部。
根据上述电机结构描述，仿真验证包含本发明电机的性能，电机实际尺寸为：D1=40mm，D2=46mm，D3=75mm，L1=12mm，L2=8mm，R1=6mm，R2=6.3mm。仿真对比了传统正凸极比磁钢内置式电机与本发明的反凸极比结构.图4为两种电机外特性曲线，图5为空载气隙磁密波形。两个对比结构证明本发明的反凸极转子结构具有较好弱磁扩速能力以及较正弦的气隙磁密波形。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，包括：
转子铁心，所述转子铁心内设有多个沿着径向延伸的永磁体槽，多个所述永磁体槽沿着周向间隔分布，每个所述永磁体槽内均设有永磁体；
交轴磁障，所述交轴磁障包括第一磁障和第二磁障，所述第一磁障呈弧形，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上，还设有支撑件，所述支撑件位于所述转子铁心的内圆处，所述支撑件截面呈厚度不均匀的多边形，所述支撑件厚截面处与所述永磁体连接，所述支撑件薄截面处与所述转子铁心之间形成空腔，所述空腔即为所述第二磁障，所述第二磁障呈漏斗状，且沿着周向间隔分布在所述转子铁心上；
还设有第三磁障，所述第三磁障位于所述永磁体外侧且与所述永磁体连接，所述第三磁障靠近永磁体部分的截面为矩形，另一部分截面为梯形，且所述梯形部分的小径端与所述矩形部分连接。
2.根据权利要求1所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述支撑件是抗磁材料。
3.根据权利要求1所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述永磁体沿径向分布且充磁方向为切向，相邻的两块永磁体充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述支撑件中心具有圆孔，所述圆孔的直径为D1。
5.根据权利要求4所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，多个所述永磁体分为多组，每组永磁体组包括两个关于所述转子铁心中点对称分布的两个所述永磁体，且两个所述永磁体之间的距离为D2。
6.根据权利要求5所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述转子铁心外圆直径为D3，且D1、D2、D3之间满足0.5*D1≤D3-D2。
7.根据权利要求1所述的具有反凸极特性的永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述永磁体的长度为L1，所述第二磁障的最大宽度为L2，所述第一磁障的半径为R1，所述永磁体的宽度为R2，所述L1、所述L2、所述R1和所述R2满足2/3*L1≤R1＜L1，0＜R2-R1≤0.2* R1，0.5*L1＜L2＜L1。
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