CN115514125B - 一种永磁辅助同步磁阻电机外转子及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁辅助同步磁阻电机外转子及永磁同步电机，永磁辅助同步磁阻电机外转子包括最内层第一弧形磁钢为表贴结构，最外层为内置矩形磁钢但借助电机之外的空气形成阻磁槽，加上中间第二弧形磁钢，形成3层阻磁槽，径向空间占用小，且能有效利用磁阻转矩，而且有效利用了转子空间，大量填充磁钢，减小漏磁现象，产生较强的永磁转矩，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

Description

一种永磁辅助同步磁阻电机外转子及永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种永磁辅助同步磁阻电机外转子及永磁同步电机。

背景技术

现有外转子永磁辅助电机的转子，转子通常设置2层、3层的弧形或者U型的磁钢和磁钢槽。由于转子设置层数较多，且磁钢、磁钢槽为弧形或U型，因此转子在直径方向上占用空间会比较多（即厚度较大），在电机径向尺寸固定的情况下，会挤占电机定子的位置使定子外径较小，进而使定子槽面积减小，从而影响定子电负荷，降低电机负载性能。见专利CN214900397U，专利名称：一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，包括外转子、永磁体，所述外转子由片层状导磁材料叠压构成且设有连接槽，所述永磁体穿设所述连接槽将多层所述外转子堆叠。所述外转子设置有可选择数目的磁极，每个所述磁极设有结构为括号形阻磁槽。所述永磁体设在两相邻所述磁极之间。所述外转子为硅钢片。该专利在外转子上设置永磁体，加强了电机的扭矩性能，充分利用了外转子本身的空间，使结构更加紧湊；外转子采用同种片层状导磁材料叠压成型，避免了整体式转子的厚重，更为轻巧，转动加速性能好，便于制造组装，大批量加工生产。但该技术方案仍存在的问题或缺陷：磁钢用量小，电机转矩密度低；转子阻磁槽分为3层，但布局不紧凑，占用电机径向空间大；磁钢漏磁大；磁通路窄，磁阻转矩小。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁辅助同步磁阻电机外转子及永磁同步电机，能解决现有技术中永磁辅助同步磁阻电机外转子通常设置2层、3层的弧形或者U型的磁钢，由于磁钢设置层数较多，且磁钢、磁钢槽为弧形或U型，因此转子在径向上占用空间会比较多，会挤占电机定子的位置使定子外径较小，进而使定子槽面积减小，从而影响定子电负荷，降低电机负载性能，且磁钢用量小，电机转矩密度低，磁钢漏磁大，导致电机性能差的技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本发明的目的是提供一种永磁辅助同步磁阻电机外转子,包括圆环形的外转子铁芯和若干个磁钢，圆环形的外转子铁芯中间形成中心孔，在外转子铁芯上设置若干个磁钢槽， 若干个磁钢镶嵌在磁钢槽里并在外转子铁芯的周向形成若干个磁极，其特征在于：每一个磁极包含3种形状的磁钢，分别是与外转子铁芯同心且等厚的第一弧形磁钢、不与外转子铁芯同心的第二弧形磁钢和矩形磁钢,同一磁极下3种磁钢沿磁极中心线L对称布置，第一弧形磁钢、第二弧形磁钢和矩形磁钢在径向上由内而外依次间隔排布，第一弧形磁钢的内弧面与外转子铁芯的内圆侧壁是等半径而形成齐平结构，同一磁极下包含至少3块的第一弧形磁钢、1块第二弧形磁钢和2块矩形磁钢，至少3块的第一弧形磁钢沿周向间隔布局，相邻两块第一弧形磁钢之间的外转子铁芯形成磁路通道， 第二弧形磁钢位于第一弧形磁钢和矩形磁钢之间的位置，第二弧形磁钢不与外转子铁芯的内圆侧壁和外圆侧壁相接，第二弧形磁钢的内弧面罩住至少1块第一弧形磁钢和至少2个磁路通道。

上述所述的磁极的夹角为α3，α3=360°/2P，其中P为外转子铁芯上的磁极对数；α3与α1之间满足：1.5*α3＞α1＞0.5*α3；α3与α2之间满足：1.5*α3＜α2＜3*α3，其中α1为中心线L与矩形磁钢的夹角，α2为第二弧形磁钢的夹角。

上述所述的中心线L与矩形磁钢的夹角α1小于90度,第二弧形磁钢的夹角为α2，α2取值范围45度＜α2＜180度。

上述所述的第一弧形磁钢是3块或者4块。

上述所述的第一弧形磁钢的厚度为d,外转子铁芯的厚度为D，d与D之间满足0.16*D＜d＜0.3*D,相邻的两个第一弧形磁钢之间的距离为L1，L1与D之间满足0.15*D＜L1＜0.35*D。

上述所述的第二弧形磁钢与外转子铁芯的外弧之间的最小距离为L2，L2与D之间满足0.15*D＜L2＜0.35*D。

上述所述的矩形磁钢与第一弧形磁钢之间的最小距离为L3，L3与D之间满足0.15*D＜L3＜0.35*D。

上述所述的在外转子铁芯上位于矩形磁钢两侧还设置第一辅助槽，矩形磁钢一端的第一辅助槽与外圆侧壁之间形成第一窄磁桥以减小漏磁，在外转子铁芯上位于第二弧形磁钢两侧各设置一个第二辅助槽，每个第二辅助槽与位于一侧的一个第一弧形磁钢的外弧面之间形成第二窄磁桥以减小漏磁，第一辅助槽和第二辅助槽里面填充非导磁材料。

上述所述的第二弧形磁钢为等厚结构或者中间厚两端薄结构。

上述所述的第一弧形磁钢、第二弧形磁钢和矩形磁钢均采用铁氧体材料制造而成；或者第一弧形磁钢采用铁钕铁硼材料，第二弧形磁钢和矩形磁钢均采用铁氧体材料制造而成。

一种永磁同步电机，包括定子组件和永磁外转子，其特征在于：所述的永磁外转子为上述所述的永磁辅助同步磁阻电机外转子。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

1）本发明提供的永磁辅助同步磁阻电机外转子，其中内层第一弧形磁钢为表贴结构，外层为内置矩形磁钢但借助电机之外的空气形成阻磁槽，加上中间第二弧形磁钢，形成3层阻磁槽，径向空间占用小，且能有效利用磁阻转矩，而且有效利用了转子空间，大量填充磁钢，减小漏磁现象，产生较强的永磁转矩，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

2）本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的外转子铁芯和磁钢结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的单个磁极结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的单个磁极的外转子铁芯局部结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的单个磁极的外转子铁芯和磁钢局部结构示意图；

图5是图4中A的局部放大图；

图6是图4中B的局部放大图；

图7是图4中C的局部放大图；

图8是本发明实施例一提供的单个磁极的外转子铁芯和磁钢示意图；

图9是本发明实施例一提供的磁极的磁力线分布示意图；

图10是本发明实施例一提供的单个磁极的磁钢形成的3层磁阻槽示意图；

图11是本发明实施例二提供的外转子铁芯和磁钢结构示意图；

图12是本发明实施例二提供的磁极结构示意图；

图13是本发明实施例三提供的外转子铁芯和磁钢结构示意图；

图14是本发明实施例三提供的磁极结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1至图10所示，本实施例提供的是一种永磁辅助同步磁阻电机外转子,包括圆环形的外转子铁芯1和若干个磁钢2，圆环形的外转子铁芯1中间形成中心孔11，在外转子铁芯1上设置若干个磁钢槽12， 若干个磁钢2镶嵌在磁钢槽12里并在外转子铁芯1的周向形成若干个磁极100，其特征在于：每一个磁极100包含3种形状的磁钢2，分别是与外转子铁芯1同心且等厚的第一弧形磁钢2a、不与外转子铁芯1同心的第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c,同一磁极100下3种磁钢2沿磁极100中心线L对称布置，第一弧形磁钢2a、第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c在径向上由内而外依次间隔排布，第一弧形磁钢2a的内弧面2a1与外转子铁芯1的内圆侧壁13是等半径而形成齐平结构，同一磁极100下包含至少3块的第一弧形磁钢2a、1块第二弧形磁钢2b和2块矩形磁钢2c，至少3块的第一弧形磁钢2a沿周向间隔布局，相邻两块第一弧形磁钢2a之间的外转子铁芯1形成磁路通道14， 第二弧形磁钢2b位于第一弧形磁钢2a和矩形磁钢2c之间的位置，第二弧形磁钢2b不与外转子铁芯1的内圆侧壁13和外圆侧壁15相接，第二弧形磁钢2b的内弧面2b1罩住至少1块第一弧形磁钢2a和至少2个磁路通道14，其中内层第一弧形磁钢为表贴结构，外层为内置矩形磁钢但借助电机之外的空气形成阻磁槽，加上中间第二弧形磁钢，形成3层阻磁槽，径向空间占用小，且能有效利用磁阻转矩，而且有效利用了转子空间，大量填充磁钢，减小漏磁现象，产生较强的永磁转矩，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

上述的磁极的夹角为α3，α3=360°/2P，其中P为外转子铁芯1上的磁极对数；α3与α1之间满足：1.5*α3＞α1＞0.5*α3；α3与α2之间满足：1.5*α3＜α2＜3*α3，其中α1为中心线L与矩形磁钢2c的夹角，α2为第二弧形磁钢2b的夹角，该结构布置合理，有效利用了转子空间，径向空间占用小，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

上述的中心线L与矩形磁钢2c的夹角α1小于90度,第二弧形磁钢2b的夹角为α2，α2取值范围45度＜α2＜180度，该结构布置合理，有效利用了转子空间，径向空间占用小，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

上述的第一弧形磁钢2a是3块，第二弧形磁钢2b的内弧面2b1罩住1块第一弧形磁钢2a和2个磁路通道14。

上述的第一弧形磁钢2a的厚度为d,外转子铁芯1的厚度为D，d与D之间满足0.16*D＜d＜0.3*D,相邻的两个第一弧形磁钢2a之间的距离为L1，L1与D之间满足0.15*D＜L1＜0.35*D，该结构布置合理，既能保证相邻的两个第一弧形磁钢2a之间通畅的磁通路，还能提高电机转矩密度，有效利用了转子空间，径向空间占用小。

上述的第二弧形磁钢2b与外转子铁芯1的外弧之间的最小距离为L2，L2与D之间满足0.15*D＜L2＜0.35*D，该结构布置合理，既能保证第二弧形磁钢2b与外转子铁芯1外弧之间通畅的磁通路，还能提高电机转矩密度，有效利用了转子空间，径向空间占用小。

上述的矩形磁钢2c与第一弧形磁钢2a之间的最小距离为L3，L3与D之间满足0.15*D＜L3＜0.35*D，该结构布置合理，既能保证矩形磁钢2c与第一弧形磁钢2a之间通畅的磁通路，还能提高电机转矩密度，有效利用了转子空间，径向空间占用小。

上述的在外转子铁芯1上位于矩形磁钢2c两侧还设置第一辅助槽16，矩形磁钢2c一端的第一辅助槽16与外圆侧壁15之间形成第一窄磁桥21c以减小漏磁，在外转子铁芯1上位于第二弧形磁钢2b两侧各设置一个第二辅助槽17，每个第二辅助槽17与位于一侧的一个第一弧形磁钢2a的外弧面2a2之间形成第二窄磁桥22a以减小漏磁，第一辅助槽16和第二辅助槽17里面填充非导磁材料，产生较强的永磁转矩，进而提高电机转矩密度，提升电机性能。

上述的第二弧形磁钢2b为等厚结构。

上述的第一弧形磁钢2a、第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c均采用铁氧体材料制造而成；或者第一弧形磁钢2a采用铁钕铁硼材料，第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c均采用铁氧体材料制造而成。

图2中第一弧形磁钢2a的内弧面2a1的圆心是O1，外转子铁芯1的内圆的圆心也是O1，第一弧形磁钢2a的内弧面2a1与外转子铁芯1的内圆侧壁13是同圆心等半径而形成齐平结构；第二弧形磁钢2b的圆心是O2，不与外转子铁芯1同圆心设置。如图2和图4所示，同一磁极100下包含3块的第一弧形磁钢2a、1块第二弧形磁钢2b和2块矩形磁钢2c，3块的第一弧形磁钢2a沿周向间隔布局，相邻两块第一弧形磁钢2a之间的外转子铁芯1形成磁路通道14，第二弧形磁钢2b的内弧面2b1罩住位于中间的1块第一弧形磁钢2a和位于中间的1块第一弧形磁钢2a两侧的磁路通道14。

如图9所示，是本发明的磁极磁力线分布示意图；图10是单个磁极的磁钢形成的3层磁阻槽示意图，从图中我们知道位于内层中间的1块第一弧形磁钢2a形成第一层阻磁槽，位于内层两侧的各1块第一弧形磁钢2a和第二弧形磁钢2b形成第二层阻磁槽；位于外层的内置的矩形磁钢2c借助电机之外的空气形成第三层阻磁槽。

本发明的主要设计原理是：（1)本发明的转子结构分为3层磁钢，其中内层为半表贴结构，即第一弧形磁钢2a的内弧面2a1与外转子铁芯1的内圆侧壁13是同圆心等半径而形成齐平结构，基本不占用电机径向空间；外层利用电机以外的空气起隔磁作用，即外层的内置的矩形磁钢2c借助电机之外的空气形成第三层阻磁槽，也不占用径向空间。与传统的永磁辅助外转子结构相比，该结构大量节省电机径向空间，为电机定子提供更大的设计空间。（2)转子磁钢整体分为3层，磁钢2包括与外转子铁芯1同心且等厚的第一弧形磁钢2a、不与外转子铁芯1同心的第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c，第一弧形磁钢2a、第二弧形磁钢2b和矩形磁钢2c在径向上由内而外依次间隔排布，这样布局胡转子d、q轴电感差距大，电机产生的磁阻转矩明显，有利于提高电机的转矩密度；（3）在电机转矩密度要求高的情况下，可以将电机中部分磁钢替换成高性能的永磁材料，提高电机性能。

实施例二：

如图11和图12所示，本实施例是根据实施例一的基础进一步改进，改进点是第一弧形磁钢2a的数量，本实施例的第一弧形磁钢2a是4块，第二弧形磁钢2b的内弧面2b1罩住位于中间的2块第一弧形磁钢2a和3个磁路通道14，既能保证第二弧形磁钢2b与第一弧形磁钢2a之间通畅的磁通路，还能提高电机转矩密度，有效利用了转子空间，径向空间占用小。

实施例三：

如图13和图14所示，本实施例是根据实施例一的基础进一步改进，改进点是第二弧形磁钢2b的结构上，即第二弧形磁钢2b采用非等厚的磁钢，上述的第二弧形磁钢2b为中间厚两端薄结构，结构布置合理。

实施例四：

一种永磁同步电机，包括定子组件和永磁外转子，其特征在于：所述的永磁外转子为实施例一或实施例二或实施例三所述的永磁辅助同步磁阻电机外转子。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种永磁辅助同步磁阻电机外转子,包括圆环形的外转子铁芯（1）和若干个磁钢（2），圆环形的外转子铁芯（1）中间形成中心孔（11），在外转子铁芯（1）上设置若干个磁钢槽（12），若干个磁钢（2）镶嵌在磁钢槽（12）里并在外转子铁芯（1）的周向形成若干个磁极（100），其特征在于：每一个磁极（100）包含3种形状的磁钢（2），分别是与外转子铁芯（1）同心且等厚的第一弧形磁钢（2a）、不与外转子铁芯（1）同心的第二弧形磁钢（2b）和矩形磁钢（2c）,同一磁极（100）下3种磁钢（2）沿磁极（100）中心线L对称布置，第一弧形磁钢（2a）、第二弧形磁钢（2b）和矩形磁钢（2c）在径向上由内而外依次间隔排布，第一弧形磁钢（2a）的内弧面（2a1）与外转子铁芯（1）的内圆侧壁（13）是等半径而形成齐平结构，同一磁极（100）下包含至少3块的第一弧形磁钢（2a）、1块第二弧形磁钢（2b）和2块矩形磁钢（2c），至少3块的第一弧形磁钢（2a）沿周向间隔布局，相邻两块第一弧形磁钢（2a）之间的外转子铁芯（1）形成磁路通道（14），第二弧形磁钢（2b）位于第一弧形磁钢（2a）和矩形磁钢（2c）之间的位置，第二弧形磁钢（2b）不与外转子铁芯（1）的内圆侧壁（13）和外圆侧壁（15）相接，第二弧形磁钢（2b）的内弧面（2b1)罩住至少1块第一弧形磁钢（2a）和至少2个磁路通道（14）。

2.根据权利要求1所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：磁极的夹角为α3，α3=360°/2P，其中P为外转子铁芯（1）上的磁极对数；α3与α1之间满足：1.5*α3＞α1＞0.5*α3；α3与α2之间满足：1.5*α3＜α2＜3*α3，其中α1为中心线L与矩形磁钢（2c）的夹角，α2为第二弧形磁钢（2b）的夹角。

3.根据权利要求2所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：中心线L与矩形磁钢（2c）的夹角α1小于90度,第二弧形磁钢（2b）的夹角为α2，α2取值范围45度＜α2＜180度。

4.根据权利要求3所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：第一弧形磁钢（2a）是3块或者4块。

5.根据权利要求4所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：第一弧形磁钢（2a）的厚度为d,外转子铁芯（1）的厚度为D，d与D之间满足0.16*D＜d＜0.3*D,相邻的两个第一弧形磁钢（2a）之间的距离为L1，L1与D之间满足0.15*D＜L1＜0.35*D。

6.根据权利要求5所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：第二弧形磁钢（2b）与外转子铁芯（1）的外圆侧壁（15）之间的最小距离为L2，L2与D之间满足0.15*D＜L2＜0.35*D。

7.根据权利要求6所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：矩形磁钢（2c）与第一弧形磁钢（2a）之间的最小距离为L3，L3与D之间满足0.15*D＜L3＜0.35*D。

8.根据权利要求7所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：在外转子铁芯（1）上位于矩形磁钢（2c）两侧还设置第一辅助槽（16），矩形磁钢（2c）一端的第一辅助槽（16）与外圆侧壁（15）之间形成第一窄磁桥（21c）以减小漏磁，在外转子铁芯（1）上位于第二弧形磁钢（2b）两侧各设置一个第二辅助槽（17），每个第二辅助槽（17）与位于一侧的一个第一弧形磁钢（2a）的外弧面（2a2）之间形成第二窄磁桥（22a）以减小漏磁，第一辅助槽（16）和第二辅助槽（17）里面填充非导磁材料。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：第二弧形磁钢（2b）为等厚结构或者中间厚两端薄结构。

10.根据权利要求1至8任意一项所述的一种永磁辅助同步磁阻电机外转子，其特征在于：第一弧形磁钢（2a）、第二弧形磁钢（2b）和矩形磁钢（2c）均采用铁氧体材料制造而成；或者第一弧形磁钢（2a）采用钕铁硼材料，第二弧形磁钢（2b）和矩形磁钢（2c）均采用铁氧体材料制造而成。

11.一种永磁同步电机，包括定子组件和永磁外转子，其特征在于：所述的永磁外转子为权利要求1至权利要求10任意一项所述的永磁辅助同步磁阻电机外转子。

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