CN115986984A - 一种非对称内置式永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及永磁同步电机技术领域，更具体地，涉及一种非对称内置式永磁同步电机，包括：定子、转子、气隙及转轴，其中转子包括转子铁心，转子铁心上设有至少数量大于一的永磁单元结构，其中，永磁单元结构的中轴线为过转轴中心的转子径向轴线，转子径向轴线将永磁单元结构分为结构相异的左侧永磁单元结构和右侧永磁单元结构，其中，第一层空气磁障位于转子径向轴线的一侧，且第一永磁体为“一”字型，第一永磁体与转子径向轴线两者延长线的交角的余角值大于0°；第二永磁体和第三永磁体之间通过隔磁障相连，且两者分别位于转子径向轴线的两侧，转子径向轴线两侧永磁体中含有第一永磁体所在侧的永磁体用量小于另一侧。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，更具体地，涉及一种非对称内置式永磁同步电机。
背景技术
随着生态环境的恶化和全球能源的衰竭，大力发展新能源汽车产业已经成为关乎国民经济发展的一个关键举措，永磁同步电机具有高功率密度、高效率以及高控制精度等优点广泛应用于电动汽车驱动系统。内置式永磁同步电机永磁体位于转子内部，永磁体稳固性较好，固定安装方便，更适用于高速场合，同时交、直轴电感不同能够提供磁阻转矩，磁阻转矩有利于提高电机的过载能力和功率密度，但是由于稀土材料价格昂贵，导致永磁电机的成本不断增加，这对新能源汽车的发展和推广非常不利。
内置式永磁同步电机大多采用对称结构，对称结构的电机永磁转矩和磁阻转矩的d轴相差大致45度电角度，这样会使两者的利用率下降，从而降低了电机的整体性能，因此有效提升磁阻转矩分量，进一步提高内置永磁同步电机的功率密度至关重要。非对称内置式电机使得永磁转矩和磁阻转矩几乎在同一电流角下达到最大值，相比于传统的对称内置式电机在一定的稀土永磁用量前提下能够产生更大的输出转矩，从而可减少稀土永磁用量。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供一种非对称内置式永磁同步电机，目的在于减少稀土永磁用量，并提高输出转矩。
本发明的一种非对称内置式永磁同步电机，包括：定子、转子、气隙及转轴，其中转子包括转子铁心，转子铁心上设有至少数量大于一的永磁单元结构，其中，
永磁单元结构包括：空气磁障和设置在空气磁障内的永磁体，从转子铁心外圆至转轴中心依次为第一层空气磁障、第二层空气磁障，以及嵌入第一层空气磁障内的第一永磁体、嵌入第二层空气磁障内的第二永磁体和第三永磁体；
永磁单元结构的中轴线为过转轴中心的转子径向轴线，转子径向轴线将永磁单元结构分为结构相异的左侧永磁单元结构和右侧永磁单元结构，其中，第一层空气磁障位于转子径向轴线的一侧，且第一永磁体为“一”字型，第一永磁体与转子径向轴线两者延长线的交角的余角值大于0°；第二永磁体和第三永磁体之间通过隔磁障相连，且两者分别位于转子径向轴线的两侧，转子径向轴线两侧永磁体中含有第一永磁体所在侧的永磁体用量小于另一侧。
进一步地，所述余角值的范围为≥45°且≤47°。
进一步地，第一层空气磁障、第二层空气磁障靠近定子一侧的尾端磁障的宽度按预设值增大，且尾端磁障与转子径向轴线两者延长线的交角为预设角度。
进一步地，第一层空气磁障远离定子一侧的尾端磁障的宽度按第一预设值增大，且尾端磁障与转子径向轴线两者延长线的交角为第一预设角度。
进一步地，所述隔磁障为“一”字型空气磁障。
进一步地，所述第一永磁体的长度为≥14mm且≤15mm，宽度为≥2mm且≤3mm。所述第二永磁体的长度为≥17mm且≤18mm，宽度为≥2mm且≤3mm。所述第三永磁体的长度为≥18mm且≤20mm，宽度为≥5mm且≤7mm。
附图说明
为了更容易理解本发明，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本发明。这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，不应认为对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的电机径向截面结构示意图；
图2为本发明电机第一实施例的一极磁障组的结构示意图；
图3为本发明电机第二实施例的一极磁障组的结构示意图；
图4为本发明电机空载下的磁力线分布图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施方式，以便于本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所列举的实施例不作为本发明的限定，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，其中相同的部件用相同的附图标记表示。
在一种实施例中，如图1所示，本发明提供的非对称内置式永磁同步电机，包括定子铁心1和内部永磁呈非对称排布的转子铁心3，定子铁心1与转子铁心3之间设置有间隙，定子铁心1设在转子铁心3外部，转子铁心3固定在转轴9上，定子铁心1沿圆周方向排布多个定子齿，定子齿间设置三相电枢绕组2，所述转子铁心3上设有至少数量大于一的永磁单元结构。
其中，永磁单元结构包括：空气磁障和设置在空气磁障内的永磁体，从转子铁心3外圆至转轴9中心依次为第一层空气磁障4、第二层空气磁障5，以及嵌入第一层空气磁障4内的第一永磁体7、嵌入第二层空气磁障5内的第二永磁体6和第三永磁体8。永磁单元结构的中轴线为过转轴中心的转子径向轴线R1，轴线R1将永磁单元结构分为结构相异的左侧永磁单元结构和右侧永磁单元结构。
下面结合图2，对本发明某一实施例所提供的非对称内置式永磁同步电机的其中的一组永磁单元结构进行更为优选的说明，该永磁单元结构包括由一字型永磁结构G长度L1为26～27mm宽度H1为3～4mm旋转θ角度而形成的第一层空气磁障4和嵌入其中的第一永磁体7，第二层空气磁障5包括左侧第二层空气磁障A5-1和右侧第二层空气磁障B5-2，其中，左侧第二层空气磁障A5-1嵌入其中第三永磁体8、右侧第二层空气磁障B5-2嵌入其中第二永磁体6。
第一层空气磁障4为“一”字型，第二层空气磁障5为“V”字型。将“一”字型永磁结构旋转θ角度优选θ为45°～47°，旋转到永磁单元结构右侧形成非对称型转子结构，目的是为了减少稀土永磁用量，以便在更少的稀土永磁用量的情况下输出相同的转矩。表1为一种更为优选的实施例中的设计参数变量的范围，右侧稀土永磁用量约占左侧稀土永磁用量的62.5％。
调整之后电机的磁轴产生偏移，平均输出转矩提高，但是此种转子结构下的转矩脉动较大且漏磁较大，其中漏磁主要出现在第一层空气磁障下方和左侧第二层空气磁障靠近轴线R1位置。由于第一永磁体长度与第二永磁体长度差别较大，导致第二永磁体下方无磁力线经过，造成浪费，但若一味减少永磁体用量将导致电机性能下降。因此，下面提出一种更为优选的改进结构。
如图3所示，本发明某一实施例所提供的非对称内置式永磁同步电机的永磁单元结构，包括第一层空气磁障4和嵌入其中的第一永磁体7，以及左侧第二层空气磁障A5-1和嵌入其中的第三永磁体8、右侧第二层空气磁障B5-2和嵌入其中的第二永磁体6，所嵌入的第二永磁体6的左上方矩形角和第三永磁体8的右上方矩形角到轴线R1的距离L5＝L6＝18mm。将图2中的第一永磁体7的长度L3调整为L3'＝14mm，调整后永磁单元结构左右两侧的永磁体用量不同，右侧永磁体用量占左侧永磁体用量的78.6％，同时将左侧第二层空气磁障A5-1和右侧第二层空气磁障B5-2的下方连接到一起形成“V”字型磁障，从而减小漏磁。调整第一层空气磁障4下方的形状，将其向第二层空气磁障5中间处延伸，在考虑漏磁和转子机械强度的情况下确定距离D1'为2～3mm。由于图2中的结构转矩脉动较大，可优化空气磁障的形状，从而调整极弧系数，故将第一层空气磁障4和第二层空气磁障5上方向轴线R1闭合。在上述实施例中，永磁体的充磁方向均垂直空气磁障，第一永磁体7和第二永磁体6平行，其距离L7为2.8～3mm。
图4为非对称内置式永磁同步电机空载下的磁力线分布示意图，由该磁力线分布图可以看出，由于空气磁障和永磁体左右的不对称，导致磁阻d轴发生一定角度的偏移。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本说明书使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，包括：定子、转子、气隙及转轴，其中转子包括转子铁心，转子铁心上设有至少数量大于一的永磁单元结构，其中，
永磁单元结构包括：空气磁障和设置在空气磁障内的永磁体，从转子铁心外圆至转轴中心依次为第一层空气磁障、第二层空气磁障，以及嵌入第一层空气磁障内的第一永磁体、嵌入第二层空气磁障内的第二永磁体和第三永磁体；
永磁单元结构的中轴线为过转轴中心的转子径向轴线，转子径向轴线将永磁单元结构分为结构相异的左侧永磁单元结构和右侧永磁单元结构，其中，第一层空气磁障位于转子径向轴线的一侧，且第一永磁体为“一”字型，第一永磁体与转子径向轴线两者延长线的交角的余角值大于0°；第二永磁体和第三永磁体之间通过隔磁障相连，且两者分别位于转子径向轴线的两侧，转子径向轴线两侧永磁体中含有第一永磁体所在侧的永磁体用量小于另一侧。
2.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，所述余角值的范围为≥45°且≤47°。
3.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，第一层空气磁障、第二层空气磁障靠近定子一侧的尾端磁障的宽度按预设值增大，且尾端磁障与转子径向轴线两者延长线的交角为预设角度。
4.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，第一层空气磁障远离定子一侧的尾端磁障的宽度按第一预设值增大，且尾端磁障与转子径向轴线两者延长线的交角为第一预设角度。
5.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，所述隔磁障为“一”字型空气磁障。
6.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，第一永磁体的长度为≥14mm且≤15mm，宽度为≥2mm且≤3mm。
7.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，第二永磁体的长度为≥17mm且≤18mm，宽度为≥2mm且≤3mm。
8.根据权利要求1所述的非对称内置式永磁同步电机，其特征在于，第三永磁体的长度为≥18mm且≤20mm，宽度为≥5mm且≤7mm。
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| CN117040156A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-11-10 | 山东理工大学 | 具有径向隔磁障的非对称内置永磁电机 |
| CN118157347A (zh) * | 2024-03-25 | 2024-06-07 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于磁轴双偏移的非对称转子新能源车用电机 |
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2023
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