CN116345832A - 永磁辅助同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁辅助同步磁阻电机。该永磁辅助同步磁阻电机包括定子结构和转子结构，定子结构套设在转子结构外，并与转子结构之间形成气隙；转子结构包括：转子铁芯，定子结构包括定子铁芯，定子铁芯上均匀分布有多个交替排布的定子齿和定子槽，当转子结构的任意d轴中心线与定子结构的定子齿中心线对齐时，与该d轴中心线相邻的d轴中心线与定子槽中心线对齐，与该d轴中心线相邻的q轴中心线与定子齿中心线或定子槽中心线均形成错位。根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机，能够有效降低齿槽效应，减小噪声和谐波损耗，提升电机效率。

Description

永磁辅助同步磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种永磁辅助同步磁阻电机。

背景技术

自起动永磁辅助同步磁阻电机在永磁辅助同步磁阻电机的基础上，结合了异步电机的优点，通过转子导条产生的异步转矩实现自起动，通过永磁转矩和磁阻转矩实现恒速运行。

与异步电机相比，自起动永磁辅助磁阻电机正常工作时以同步转速运行，没有转子铜耗，因此具有较高的效率；磁钢能够提供较强的磁场，相同的规格能够输出更高的功率，具有更高的功率密度；自起动永磁辅助磁阻电机转子上装配有转子绕组，保留了异步电机异步起动的能力，使其在功能上能够实现对异步电机的替代。

与异步起动永磁同步电机相比，自起动永磁辅助磁阻电机的磁钢用量少，电机成本低。但是自起动永磁辅助同步磁阻电机转子上具有很多导磁通道，导致电机磁场及输入电流谐波较大，电机电磁振动噪声较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种永磁辅助同步磁阻电机，能够有效降低齿槽效应，减小噪声和谐波损耗，提升电机效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括定子结构和转子结构，定子结构套设在转子结构外，并与转子结构之间形成气隙；

转子结构包括：

转子铁芯，转子铁芯包括多个轴向堆叠的导磁冲片，转子铁芯的一个极下设置有多个导体槽和多层永磁体槽，导体槽分布在转子铁芯的外周；

磁钢，设置在永磁体槽内；

转子铁芯包括d轴和q轴，在一个极下，d轴位于该极的对称中心线上，q轴位于相邻两极的对称中心线上，永磁体槽沿d轴方向间隔设置，导体槽包括d轴导体槽和q轴导体槽，d轴导体槽位于磁钢靠近转子铁芯的转子外圆的一侧，q轴导体槽位于永磁体槽的两端，并且沿着永磁体槽的靠近q轴导体槽一端的延伸方向延伸；

定子结构包括定子铁芯，定子铁芯上均匀分布有多个交替排布的定子齿和定子槽，当转子结构的任意d轴中心线与定子结构的定子齿中心线对齐时，与该d轴中心线相邻的d轴中心线与定子槽中心线对齐，与该d轴中心线相邻的q轴中心线与定子齿中心线或定子槽中心线均形成错位。

进一步地，q轴导体槽沿q轴方向的长度为L2，沿垂直于q轴方向的宽度为w2，沿着远离q轴的方向，L2逐渐减小，L2与w2的比值L2/w2逐渐减小；至少部分q轴导体槽沿q轴方向的长度L2与转子外圆的半径R之间的关系满足：0.15≤L2/R≤0.35。

进一步地，3≤L2/w2≤7。

进一步地，磁钢沿d轴方向的宽度为w1，q轴导体槽沿垂直于q轴方向的宽度w2与同一层的磁钢沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w2＞w1。

进一步地，w1和w2之间的关系满足1.2≤w2/w1≤2。

进一步地，与q轴相邻的两个q轴导体槽之间的导磁通道在垂直于q轴方向上的最小宽度为q1，位于q轴同一侧的所有相邻的q轴导体槽之间的导磁通道在垂直于q轴方向的宽度中的最小值为qz，q1＜qz。

进一步地，同一极下，沿着远离q轴的方向上，导磁通道在垂直于q轴方向的宽度递减。

进一步地，同一极下，相邻的q轴导体槽之间的导磁通道在垂直于q轴方向的最小宽度为qn，与相邻的q轴导体槽对应的相邻永磁体槽之间的导磁通道沿d轴方向的最小宽度为dz，0.9qn≤dz≤1.35qn。

进一步地，同一极下，位于磁钢靠近转子外圆一侧的d轴导体槽的数量为至少两个，d轴导体槽在垂直于d轴方向的总长度L5大于磁钢在垂直于d轴方向的长度L1。

进一步地，1.2≤L5/L1≤2。

进一步地，相邻的d轴导体槽之间的间距在垂直于d轴方向的宽度为w4，磁钢沿d轴方向的宽度为w1，w4≥2w1；和/或，d轴导体槽在d轴方向上的最大宽度w5与磁钢沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w5≥2w1。

进一步地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，永磁体槽关于d轴对称，永磁体槽包括弧线段和/或直线段，永磁体槽包括与d轴垂直的中间部分和与q轴平行的两端部分，磁钢设置在永磁体槽的中间部分，磁钢两端的永磁体槽内填充空气。

进一步地，中间部分位于磁钢两端的宽度沿着远离磁钢的方向递增至与两端部分在衔接位置处的宽度。

进一步地，两端部分在垂直于q轴方向的最大宽度为w5，其中w2与w5之间的关系满足0.8w2≤w6≤1.1w2。

进一步地，永磁体槽位于磁钢一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度为L3，同一层的q轴导体槽沿q轴方向的长度为L2，L3与L2的比值沿着靠近转子外圆的方向递减。

进一步地，至少位于最内层的永磁体槽位于磁钢一端的空气部分的长度L3大于同一层的q轴导体槽沿q轴方向的长度L2。

进一步地，沿d轴方向位于最外层的永磁体槽位于磁钢一端的空气部分的长度L3小于同一层的q轴导体槽沿q轴方向的长度L2。

进一步地，0.35≤L3/L2≤0.8。

进一步地，磁钢在垂直于d轴方向上的长度为L1，与该磁钢位于同一层的永磁体槽在垂直于d轴方向的总长度为L4，L1与L4之间的比值k4沿着靠近转子外圆的方向递增。

进一步地，沿d轴方向位于最内层的磁钢的长度L1与同一层的永磁体槽的长度L4之间的比值k4满足0.2≤k4≤0.4，且沿着靠近转子外圆的方向，相邻层k4的增加比例大于或等于1.25。

进一步地，转子结构还包括短路端环，短路端环覆盖导体槽，并将导体槽短路连接，短路端环外周为圆形，短路端环包括端环内孔，端环内孔为由直线段围成的多边形或由直线段和弧线段围成的多边形，同一极下，短路端环在d轴至q轴区域的不同位置处的径向宽度不同，短路端环的最小径向宽度r2与转子外圆的半径R之间的关系满足：0.14≤r2/R≤0.3。

应用本发明的技术方案，永磁辅助同步磁阻电机包括定子结构和转子结构，定子结构套设在转子结构外，并与转子结构之间形成气隙；转子结构包括：转子铁芯，转子铁芯包括多个轴向堆叠的导磁冲片，转子铁芯的一个极下设置有多个导体槽和多个永磁体槽，导体槽分布在转子铁芯的外周；磁钢，设置在永磁体槽内；转子铁芯包括d轴和q轴，在一个极下，d轴位于该极的对称中心线上，q轴位于相邻两极的对称中心线上，永磁体槽沿d轴方向间隔设置，导体槽包括d轴导体槽和q轴导体槽，d轴导体槽位于磁钢靠近转子铁芯的转子外圆的一侧，q轴导体槽位于永磁体槽的两端，并且沿着永磁体槽的靠近q轴导体槽一端的延伸方向延伸；定子结构包括定子铁芯，定子铁芯上均匀分布有多个交替排布的定子齿和定子槽，当转子结构的任意d轴中心线与定子结构的定子齿中心线对齐时，与该d轴中心线相邻的d轴中心线与定子槽中心线对齐，与该d轴中心线相邻的q轴中心线与定子齿中心线或定子槽中心线均形成错位。通过设定d轴中心线与定子槽中心线以及定子齿中心线之间的关系，可以改变q轴导体槽与定子齿槽的位置关系，减小齿槽谐波，改善电流波形的正弦度，减小噪声和谐波损耗，提升电机效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例的转子结构的结构尺寸图；

图2示出了本发明的实施例的转子结构的L2/w2与牵入转矩的关系曲线图；

图3示出了本发明的实施例的转子结构的异步磁场改善磁钢退磁示意图；

图4示出了本发明的实施例的转子结构的磁钢剩磁随w2/w1变化的关系曲线图；

图5示出了本发明的实施例的转子结构的各层磁钢的磁密随L5/L1变化的关系曲线图；

图6示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的磁钢不同磁密的对比图；

图7示出了本发明的实施例的转子结构的各层磁钢的利用率随L3/L1变化关系曲线图；

图8示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的磁钢在不同工况下的温升对比图；

图9示出了本发明的实施例的转子结构的磁钢在重载下的磁密云图；

图10示出了现有技术转子结构的磁钢在重载下的磁密云图；

图11示出了本发明的实施例的转子结构的无盖片短路端环结构示意图；

图12示出了本发明的实施例的转子结构的无盖片短路端环的分解结构示意图；

图13示出了本发明的实施例的转子结构的盖片与转子铁芯的第一种配合结构图；

图14示出了本发明的实施例的转子结构的盖片与转子铁芯的第二种配合结构图；

图15示出了本发明的实施例的转子结构的第一盖片、第一端环与转子铁芯的配合结构图；

图16示出了本发明的实施例的转子结构的第二盖片、第二端环与转子铁芯的配合结构图；

图17示出了本发明的实施例的转子结构的有盖片短路端环的分解结构示意图；

图18示出了本发明的另一实施例的转子结构的结构示意图；

图19示出了本发明的实施例的转子结构的最小转矩和牵入转矩随r1/R变化关系曲线图；

图20示出了本发明的实施例的电机的转子结构与定子结构的配合结构示意图；

图21示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机在起动过程中的转速对比曲线图；

图22示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机在起动过程的磁钢磁密对比图；

图23示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的各转矩对比图；

图24示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的反电势波形对比图；

图25示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的电流波形对比图；

图26示出了本发明的实施例的电机与相关技术的电机的谐波幅值对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、转子结构；2、转子铁芯；3、导磁冲片；4、导体槽；41、q轴导体槽；42、d轴导体槽；5、永磁体槽；6、磁钢；7、转子轴孔；8、定子结构；9、短路端环；101、第一盖片；102、第二盖片；111、第一端环；112、第二端环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合参见图1至图26所示，根据本发明的实施例，电机包括定子结构8和转子结构1，转子结构1为上述的转子结构，定子结构8套设在转子结构外。

转子结构包括：转子铁芯2，转子铁芯2包括多个轴向堆叠的导磁冲片3，转子铁芯2的一个极下设置有多个导体槽4和多个永磁体槽5，导体槽4分布在转子铁芯2的外周；磁钢6，设置在永磁体槽5内；转子铁芯2包括d轴和q轴，在一个极下，d轴位于该极的对称中心线上，q轴位于相邻两极的对称中心线上，永磁体槽5沿d轴方向间隔设置，导体槽4包括d轴导体槽42和q轴导体槽41，d轴导体槽42位于磁钢6靠近转子铁芯2的转子外圆的一侧，q轴导体槽41位于永磁体槽5的两端，并且沿着永磁体槽5的靠近q轴导体槽41一端的延伸方向延伸。

定子铁芯上均匀分布有多个交替排布的定子齿和定子槽，当转子结构1的任意d轴中心线与定子结构8的定子齿中心线对齐时，与该d轴中心线相邻的d轴中心线与定子槽中心线对齐，与该d轴中心线相邻的q轴中心线与定子齿中心线或定子槽中心线均形成错位。

通过设定d轴中心线与定子槽中心线以及定子齿中心线之间的关系，可以改变q轴导体槽与定子齿槽的位置关系，减小齿槽谐波，改善电流波形的正弦度，减小噪声和谐波损耗，提升电机效率。

在一个实施例中，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，q轴导体槽41沿q轴方向的长度为L2，沿垂直于q轴方向的宽度为w2，沿着远离q轴的方向，L2逐渐减小，L2与w2的比值L2/w2逐渐减小；至少部分q轴导体槽41沿q轴方向的长度L2与转子外圆的半径R之间的关系满足：0.15≤L2/R≤0.35。

导体槽产生的鼠笼异步磁场对电枢绕组的退磁磁场有屏蔽作用，即鼠笼磁场对磁钢有保护作用，限定导体槽长度与转子外圆半径之间的比值关系，一方面可以在不影响导磁通道布置的情况下，增大导体槽的面积，增加电机的牵入转矩，提升电机的起动能力，另一方面可以增加鼠笼磁场对磁钢的保护作用，提升磁钢的抗退磁能力。该转子结构通过限定导体槽长度与宽度、导体槽长度与转子外圆半径之间的比值关系，既可以保证具有一定面积的导体槽，又可以合理布置导磁通道，一定面积的导体槽可以增加电机的牵入转矩，提升电机的起动能力，合理布置导磁通道可以避免转子磁饱和，增大电机的永磁转矩和磁阻转矩，提升电机效率。

在一个实施例中，3≤L2/w2≤7。通过限定L2/w2的范围，能够优化q轴导体槽41的长度和宽度之间的比值关系，使得q轴导体槽41的长度和宽度的关系设置合理，在保证足够面积导体槽的基础上，使得q轴导体槽41的长度和宽度的设计能够获得尺寸设计更加优异的导磁通道，使得电机的牵入转矩和导磁通道的导磁能力的综合性能最优，获得更加良好的电机效率。

结合参见图2所示，为采用本发明的实施例的转子结构的L2/w2与牵入转矩的关系曲线图，同一工况下，当w2不变时，随着L2的增大，牵入转矩逐渐增加，当L2增大到一定程度时，牵入转矩增加速度大幅度降低，当L2与w2的比值满足3≤L2/w2≤7时，可以在合理布置导体槽的同时得到较大的牵入转矩，更加有效地提升电机起动能力；结合参见图2所示，本发明实施例的电机更易牵入同步稳定运行。

在一个实施例中，磁钢6在垂直于d轴方向上的长度为L1，q轴导体槽41沿q轴方向的长度L2与位于同一层的磁钢6在垂直于d轴方向上的长度L1之间的比值L2/L1＝k2，在d轴上沿着靠近转子外圆的方向，k2逐渐减小。

在一个实施例中，至少部分q轴导体槽41沿q轴方向的长度L2大于位于同一层的磁钢6在垂直于d轴方向上的长度L1的0.8倍以上。这样设置可以增加鼠笼磁场对磁钢6的保护作用，利用导体槽结构产生的磁场，保护磁钢6，避免磁钢6在起动过程中退磁。

在一个实施例中，磁钢6沿d轴方向的宽度为w1，q轴导体槽41沿垂直于q轴方向的宽度w2与同一层的磁钢6沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w2＞w1。

在一个实施例中，w1和w2之间的关系满足1.2≤w2/w1≤2。

对q轴导体槽41的厚度尺寸进行优化设计，使得q轴导体槽41的厚度与永磁体槽5的厚度在一个设定范围内，在保证了一定面积的导体槽增加电机的牵入转矩的同时，进一步加强导体槽产生的鼠笼磁场对磁钢6的保护作用。

结合参见图3所示，为采用本发明的实施例的转子结构的异步磁场改善磁钢退磁示意图；结合参见图4所示，为采用本发明的实施例的转子结构的磁钢磁密随w2/w1变化的关系曲线图，同一工况下，当w1不变时，随着w2的增大，磁钢剩磁越大，当w2/w1满足1.2≤w2/w1≤2时，能够在提高磁钢利用率的同时避免磁钢在起动过程中出现不可逆退磁。

在一个实施例中，与q轴相邻的两个q轴导体槽41之间的导磁通道在垂直于q轴方向上的最小宽度为q1，位于q轴同一侧的所有相邻的q轴导体槽41之间的导磁通道在垂直于q轴方向的宽度中的最小值为qz，q1＜qz。

在本实施例中，导磁通道在与q轴垂直的方向上的尺寸为宽度尺寸，以三个导磁通道为例，三个导磁通道沿着远离q轴方向的最小宽度分别为q1、q2和q3，其中q1小于其他两个导磁通道的最小宽度中的较小宽度，即q1＜min(q2，q3)。

同一极下，沿着远离q轴的方向上，导磁通道在垂直于q轴方向的宽度递减。

以三个导磁通道为例，沿着与q轴的距离远近进行区分，导磁通道分别为第一导磁通道、第二导磁通道和第三导磁通道，其中q轴经过第一导磁通道，第一导磁通道的最小宽度q1最小。除第一导磁通道之外的其他两个导磁通道中，靠近q轴的第二导磁通道的最小宽度q2大于或等于远离q轴的第三导磁通道的最小宽度q3，即q2≥q3；这样设置不会使得磁钢6之间的导磁通道过载，避免转子饱和，尽可能提升永磁转矩和磁阻转矩，同时降低电机谐波。

在一个实施例中，同一极下，相邻的q轴导体槽41之间的导磁通道在垂直于q轴方向的最小宽度为qn，与相邻的q轴导体槽41对应的相邻永磁体槽5之间的导磁通道沿d轴方向的最小宽度为dz，0.9qn≤dz≤1.35qn。

在本实施例中，以三个导磁通道为例，其中第二导磁通道的最小宽度q2与该第二导磁通道两侧的q轴导体槽41所对应的两个永磁体槽5之间的导磁通道的最小宽度d2之间的关系满足0.9*q2≤d2≤1.35*q2，第三导磁通道的最小宽度q3与该第三导磁通道两侧的q轴导体槽41所对应的两个永磁体槽5之间的导磁通道的最小宽度d3之间的关系满足0.9*q3≤d3≤1.35*q3。这样设置的目的是要保证永磁体槽5之间留有足够的宽度，避免出现磁场饱和，影响永磁体槽5之间通道的磁通流通和永磁转矩的输出。

在一个实施例中，导体槽4为封闭槽，导体槽4内填充导电不导磁材料；和/或，在垂直于转子铁芯2的中心轴线的横截面上，导体槽4包括弧线段和/或直线段。导体槽4的形状可以为矩形、类矩形或不规则的多边形，导体槽4的目的在于填充导电不导磁材料，以形成鼠笼结构，实现电机的自起动。

在一个实施例中，同一极下，位于磁钢6靠近转子外圆一侧的d轴导体槽42的数量为至少两个，d轴导体槽42在垂直于d轴方向的总长度L5大于磁钢6在垂直于d轴方向的长度L1。d轴导体槽42在d轴第一侧与d轴距离最远的一个侧边为第一侧边，d轴导体槽42在d轴第二侧与d轴距离最远的一个侧边为第二侧边，其中总长度L5为第一侧边和第二侧边在垂直d轴方向的最大距离。

在一个实施例中，1.2≤L5/L1≤2。

结合参见图5所示，为采用本发明的实施例的转子结构的各层磁钢的磁密随L5/L1变化的关系曲线图，同一工况下，当L1不变时，随着L5的增大，磁钢剩磁越大，当L5/L1满足1.2≤L5/L1≤2时，能够提高磁钢利用率的同时避免磁钢在起动过程中出现不可逆退磁，改善电机的起动退磁；结合参见图6所示，为本发明的实施例的电机与相关技术的电机的磁钢不同磁密的对比图，同一工况下，本发明的实施例电机能够增大磁钢在起动过程中的最大磁密和最小磁密，并减小最大磁密与最小磁密之间的差距，改善磁钢在起动过程中的稳定性。

在一个实施例中，相邻的d轴导体槽42之间的间距在垂直于d轴方向的最小宽度为w4，磁钢6沿d轴方向的宽度为w1，w4≥2w1；和/或，d轴导体槽42在d轴方向上的最大宽度w5与磁钢6沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w5≥2w1_。

一定大小的d轴导体槽42既可以提高电机的起动能力，又可以增强保护磁钢6的能力，d轴导体槽42之间宽度的设置保证一定的导磁通道宽度，使得部分磁钢6的磁场进入d轴，增加永磁转矩。

在一个实施例中，每层永磁体槽5以d轴为对称中心向d轴两侧延伸至q轴导体槽41，永磁体槽5由弧线段和/或直线段组成，在垂直于转子铁芯2的中心轴线的横截面上，永磁体槽5关于d轴对称，永磁体槽5包括弧线段和/或直线段，永磁体槽5包括与d轴垂直的中间部分和与q轴平行的两端部分，磁钢6设置在永磁体槽5的中间部分，磁钢6两端的永磁体槽5内填充空气。

在一个实施例中，中间部分位于磁钢6两端的宽度沿着远离磁钢6的方向递增至与两端部分在衔接位置处的宽度。

在一个实施例中，中间部分位于磁钢6两端的部分沿d轴方向的最小宽度为w3，磁钢6沿d轴方向的宽度为w1，w3≥w1。

上述设置能够合理布置磁钢及永磁体槽，能够最大程度利用导磁冲片的面积，既可以避免磁场饱和，减小磁钢用量，提升磁钢利用率，又可以增大永磁转矩和磁阻转矩，提升转矩输出能力。

在一个实施例中，两端部分在垂直于q轴方向的最大宽度为w6，也即永磁体槽5的空气部分的最大厚度为w6，其中w2与w6之间的关系满足0.8w2≤w6≤1.1w2。

在一个实施例中，0.9w2≤w6≤w2。

这样设置能够避免永磁体槽5之间的导磁通道过窄，造成电机出力降低、电机效率下降的问题。

在一个实施例中，永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度在d轴上沿着靠近转子外圆的方向递减。

在一个实施例中，永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度为L3，同一层的磁钢6在垂直于d轴方向上的长度为L1，L3/L1＝k3，k3沿着靠近转子外圆的方向递减。

结合参见图7所示，为本发明的实施例的转子结构的各层磁钢的利用率随L3/L1变化关系曲线图，同一工况下，当L1不变时，随着L3的减小，磁钢的利用率降低，对比一极下多层磁钢，其中外层的利用率相对最高。

在一个实施例中，至少部分永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度L3大于同一层的磁钢6在垂直于d轴方向上的长度L1。

通过上述限定，可以减小磁钢用量，提升磁钢利用率。

在一个实施例中，永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度为L3，同一层的q轴导体槽41沿q轴方向的长度为L2，L3与L2的比值沿着靠近转子外圆的方向递减。

在一个实施例中，至少位于最内层的永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分的长度L3大于同一层的q轴导体槽41沿q轴方向的长度L2。

在一个实施例中，沿d轴方向位于最外层的永磁体槽5位于磁钢6一端的空气部分的长度L3小于同一层的q轴导体槽41沿q轴方向的长度L2。

在一个实施例中，0.35≤L3/L2≤0.8。

这样设置能够保证足够的导体槽面积，提升电机的起动能力，同时保护磁钢避免退磁。

在一个实施例中，磁钢6在垂直于d轴方向上的长度为L1，与该磁钢6位于同一层的永磁体槽5在垂直于d轴方向的总长度为L4，L1与L4之间的比值k4沿着靠近转子外圆的方向递增。

在一个实施例中，沿d轴方向位于最内层的磁钢6的长度L1与同一层的永磁体槽5的长度L4之间的比值k4满足0.2≤k4≤0.4，且沿着靠近转子外圆的方向，相邻层k4的增加比例大于或等于1.25。

这样设置的目的是减小磁钢用量，提升磁钢利用率。

在一个实施例中，同一极下，磁钢6布置为两层以上，沿d轴方向位于最外层的磁钢6在d轴方向上的宽度大于或等于其他各层磁钢6在d轴方向上的宽度，各层磁钢6在垂直于d轴方向上的长度L1之间的差距在30％以内。这样设置的目的在于保证磁钢不退磁，同时保证各层磁钢用量，避免局部保护，磁钢利用率低。

在一个实施例中，靠近转子外圆一侧的最外层磁钢6与转子外圆的最小距离为r1，转子外圆的半径为R，0.18≤r1/R≤0.33。

在一个实施例中，q轴导体槽41沿q轴方向的长度为L2，靠近转子外圆一侧的最外层q轴导体槽41的长度L2满足1＜r1/L2＜2。

最外层磁钢与转子外圆之间的最小距离，决定转子端环大小，保证一定大小的转子端环，能够减小转子端环和转子铁芯在制作时的压力变形；转子端环覆盖导体槽实现短路，电机起动时导体槽产生异步转矩使得电机起动。

结合参见图19所示，为本发明的实施例的转子结构的最小转矩和牵入转矩随r1/R变化关系曲线图，同一工况下，当R不变时，随着r1的增大，最小转矩呈下降趋势，牵入转矩呈上升趋势；最小转矩过小无法带动负载，牵入转矩过小电机很难牵入同步速运行，r1/R满足0.18≤r1/R≤0.33条件时，能够改善电机起动及平稳运行，降低磁钢在起动过程中退磁的风险。

在一个实施例中，靠近转子外圆一侧的最外层磁钢6的中部朝向转子外圆凸出。在本实施例中，磁钢形状为矩形或类矩形，最外层磁钢靠近转子外周可设置为拱弧形或者反V型，以增大最外层磁钢到转子外周的最小距离r1，进一步保证电机工艺及电机的起动能力。

在一个实施例中，导体槽4的靠近转子外圆的一侧与转子外圆之间的距离为d4，q轴导体槽41的靠近永磁体槽5一侧与同一层的永磁体槽5之间的距离为d5，其中0＜d4≤1.75*d，0＜d5≤1.75*d，d为定子内圆和转子外圆之间气隙的厚度。这样设置不仅可以保证转子部分结构的机械强度，而且能够减少导体槽与磁钢之间的漏磁，提升电机效率。

在一个实施例中，转子铁芯2的两端设置有盖片，盖片与转子铁芯2的导磁冲片3的材料相同，结构不同，盖片对应导体槽4开设有与导体槽4结构相适配的连通槽，盖片覆盖永磁体槽5的两端端部，转子铁芯2的至少一端的盖片覆盖靠近转子外圆的最外层磁钢6的部分。盖片能够增大最外层磁钢到转子外圆的最小距离，从而加大转子端环的面积，改善电机的起动，并且避免磁钢退磁。

在一个实施例中，转子结构还包括短路端环9，短路端环9覆盖导体槽4，并将导体槽4短路连接，短路端环9外周为圆形，短路端环9包括端环内孔，端环内孔为由直线段围成的多边形或由直线段和弧线段围成的多边形，同一极下，短路端环9在d轴至q轴区域的不同位置处的径向宽度不同，短路端环9的最小径向宽度r2与转子外圆的半径R之间的关系满足：0.14≤r2/R≤0.3。这样设置可以保证一定的端环径向宽度，改善电机起动能力；同时位于d轴方向上的端环也有助于改善电机抗退磁能力。

在一个实施例中，转子结构还包括短路端环9，转子铁芯2的两端设置有盖片，盖片对应导体槽4开设有与导体槽4结构相适配的连通槽，盖片覆盖永磁体槽5的两端端部，其中一端的盖片覆盖靠近转子外圆的最外层磁钢6的部分，另一端的盖片位于转子外圆的最外层磁钢6的径向外侧，短路端环9设置在盖片上，并且覆盖连通槽，短路端环9的结构与其所在端的盖片的结构相适配，短路端环9的最小径向宽度r2与转子外圆的半径R之间的关系满足：0.14≤r2/R≤0.3，从而保证转子结构具有一定面积的端环，有助于改善电机起动能力，避免磁钢退磁。

在本实施例中，盖片包括第一盖片101和第二盖片102，短路端环9包括第一端环111和第二端环112，其中第一盖片101覆盖永磁体槽5的两端端部，不覆盖最外层的磁钢6，使得磁钢6完全位于第一盖片101外侧；第二盖片102覆盖永磁体槽5以及部分最外层的磁钢6，从而能够增大最外层磁钢到转子外圆的最小距离，加大转子端环的面积，改善电机的起动，并且避免磁钢退磁。第一端环111的结构与第一盖片101相适配，并完全覆盖第一盖片101，第二端环112的结构与第二盖片102相适配，并完全覆盖第二盖片102。

通过上述的方式，可以使得转子铁芯2两端的盖片和端环分别采用不同的结构，能够提高转子结构的设计灵活性和适用性。

结合参见图8所示，为本发明的实施例的电机与相关技术的电机的磁钢在不同工况下的温升对比图，相同工况下相比于现有技术，本发明技术能够降低至少20％的温升，从而改善电机永磁体再重载温升高可能出现的退磁问题；参见图9～图10所示，本发明技术能够改善重载下温升高易退磁等问题，参见图9所示，本发明技术磁场谐波少涡流损耗小，散热好，电机运行时永磁体温升低，永磁体磁密高，永磁体抗退磁能力提升。

结合参见图21所示，为本发明的实施例的电机与相关技术的电机的起动过程转速对比图，从图中可以看出，相比于相关技术的电机而言，本发明实施例的电机能够更好地牵入同步并稳定运行，具有更强的起动同步能力。

结合参见图22所示，为本发明的实施例的电机与相关技术的电机在起动过程中的磁钢磁密变化图，从图中可以看出，相比于相关技术的电机而言，本发明实施例的电机的磁钢磁密更高，抗退磁能力更强。

结合参见图23所示，为本发明的实施例的电机与相关技术的电机的各转矩对比图，同一工况下相比于现有技术，本发明电机的各转矩均有所增加，总转矩大，输出能力强。

结合参见图20所示，为本发明的实施例的电机的转子结构与定子结构的配合结构示意图；图24～图26分别为本发明的实施例的电机与相关技术的电机的反电势波形对比图、电流波形对比图以及谐波幅值对比图，本发明技术的反电势波形、电流波形均呈现较优的正弦性，谐波幅值更低，能够改善电机谐波，减小电机振动噪声。

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、操作、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。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，包括定子结构(8)和转子结构(1)，所述定子结构(8)套设在所述转子结构(1)外，并与所述转子结构(1)之间形成气隙；

所述转子结构包括：

转子铁芯(2)，所述转子铁芯(2)包括多个轴向堆叠的导磁冲片(3)，所述转子铁芯(2)的一个极下设置有多个导体槽(4)和多层永磁体槽(5)，所述导体槽(4)分布在所述转子铁芯(2)的外周；

磁钢(6)，设置在所述永磁体槽(5)内；

所述转子铁芯(2)包括d轴和q轴，在一个极下，d轴位于该极的对称中心线上，q轴位于相邻两极的对称中心线上，所述永磁体槽(5)沿d轴方向间隔设置，所述导体槽(4)包括d轴导体槽(42)和q轴导体槽(41)，所述d轴导体槽(42)位于所述磁钢(6)靠近所述转子铁芯(2)的转子外圆的一侧，所述q轴导体槽(41)位于所述永磁体槽(5)的两端，并且沿着所述永磁体槽(5)的靠近所述q轴导体槽(41)一端的延伸方向延伸；所述定子结构(8)包括定子铁芯，所述定子铁芯上均匀分布有多个交替排布的定子齿和定子槽，当所述转子结构(1)的任意d轴中心线与所述定子结构(8)的定子齿中心线对齐时，与该d轴中心线相邻的d轴中心线与定子槽中心线对齐，与该d轴中心线相邻的q轴中心线与定子齿中心线或定子槽中心线均形成错位。

2.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述q轴导体槽(41)沿q轴方向的长度为L2，沿垂直于q轴方向的宽度为w2，沿着远离q轴的方向，L2逐渐减小，L2与w2的比值L2/w2逐渐减小；至少部分所述q轴导体槽(41)沿q轴方向的长度L2与所述转子外圆的半径R之间的关系满足：0.15≤L2/R≤0.35。

3.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，3≤L2/w2≤7。

4.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述磁钢(6)沿d轴方向的宽度为w1，所述q轴导体槽(41)沿垂直于q轴方向的宽度w2与同一层的所述磁钢(6)沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w2＞w1。

5.根据权利要求4所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，w1和w2之间的关系满足1.2≤w2/w1≤2。

6.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，与q轴相邻的两个所述q轴导体槽(41)之间的导磁通道在垂直于q轴方向上的最小宽度为q1，位于q轴同一侧的所有相邻的所述q轴导体槽(41)之间的导磁通道在垂直于q轴方向的宽度中的最小值为qz，q1＜qz。

7.根据权利要求6所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，同一极下，沿着远离q轴的方向上，所述导磁通道在垂直于q轴方向的宽度递减。

8.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，同一极下，相邻的所述q轴导体槽(41)之间的导磁通道在垂直于q轴方向的最小宽度为qn，与所述相邻的q轴导体槽(41)对应的相邻所述永磁体槽(5)之间的导磁通道沿d轴方向的最小宽度为dz，0.9qn≤dz≤1.35qn。

9.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，同一极下，位于所述磁钢(6)靠近所述转子外圆一侧的所述d轴导体槽(42)的数量为至少两个，所述d轴导体槽(42)在垂直于d轴方向的总长度L5大于所述磁钢(6)在垂直于d轴方向的长度L1。

10.根据权利要求9所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，1.2≤L5/L1≤2。

11.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，相邻的所述d轴导体槽(42)之间的间距在垂直于d轴方向的宽度为w4，所述磁钢(6)沿d轴方向的宽度为w1，w4≥2w1；和/或，所述d轴导体槽(42)在d轴方向上的最大宽度w5与所述磁钢(6)沿d轴方向的宽度w1之间的关系满足w5≥2w1。

12.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(2)的中心轴线的横截面上，所述永磁体槽(5)关于d轴对称，所述永磁体槽(5)包括弧线段和/或直线段，所述永磁体槽(5)包括与d轴垂直的中间部分和与q轴平行的两端部分，所述磁钢(6)设置在所述永磁体槽(5)的中间部分，所述磁钢(6)两端的永磁体槽(5)内填充空气。

13.根据权利要求12所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述中间部分位于所述磁钢(6)两端的宽度沿着远离所述磁钢(6)的方向递增至与所述两端部分在衔接位置处的宽度。

14.根据权利要求13所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述两端部分在垂直于q轴方向的最大宽度为w5，其中w2与w5之间的关系满足0.8w2≤w6≤1.1w2。

15.根据权利要求12所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述永磁体槽(5)位于所述磁钢(6)一端的空气部分在垂直于d轴方向的长度为L3，同一层的所述q轴导体槽(41)沿q轴方向的长度为L2，L3与L2的比值沿着靠近所述转子外圆的方向递减。

16.根据权利要求15所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，至少位于最内层的所述永磁体槽(5)位于所述磁钢(6)一端的空气部分的长度L3大于同一层的所述q轴导体槽(41)沿q轴方向的长度L2。

17.根据权利要求16所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，沿d轴方向位于最外层的所述永磁体槽(5)位于所述磁钢(6)一端的空气部分的长度L3小于同一层的所述q轴导体槽(41)沿q轴方向的长度L2。

18.根据权利要求17所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，0.35≤L3/L2≤0.8。

19.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述磁钢(6)在垂直于d轴方向上的长度为L1，与该磁钢(6)位于同一层的所述永磁体槽(5)在垂直于d轴方向的总长度为L4，L1与L4之间的比值k4沿着靠近所述转子外圆的方向递增。

20.根据权利要求19所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，沿d轴方向位于最内层的所述磁钢(6)的长度L1与同一层的所述永磁体槽(5)的长度L4之间的比值k4满足0.2≤k4≤0.4，且沿着靠近所述转子外圆的方向，相邻层k4的增加比例大于或等于1.25。

21.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子结构还包括短路端环(9)，所述短路端环(9)覆盖所述导体槽(4)，并将所述导体槽(4)短路连接，所述短路端环(9)外周为圆形，所述短路端环(9)包括端环内孔，所述端环内孔为由直线段围成的多边形或由直线段和弧线段围成的多边形，同一极下，所述短路端环(9)在d轴至q轴区域的不同位置处的径向宽度不同，所述短路端环(9)的最小径向宽度r2与所述转子外圆的半径R之间的关系满足：0.14≤r2/R≤0.3。

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