CN117060617B - 一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，包括：转子和转轴，转子和转轴同轴设置；转子包括转子铁心、双“一”型永磁单元和直侧翼永磁单元，转子铁心上设有多组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元，双“一”型闭口通槽包括两个等结构“一”型闭口通槽并列布置且间隔有转子铁心，在双“一”型闭口通槽内固定嵌满双“一”型永磁单元，在“U”型闭口通槽单元每层直侧翼槽内固定嵌入直侧翼永磁单元。本发明将“非稀土”永磁概念、永磁辅助磁阻电机结构、串联式永磁‑磁阻磁路结构相结合，可实现低成本、高效率和高转矩密度的电机性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构。
背景技术
同步磁阻电机是一种采用磁阻转矩作为主要转矩的同步电机，它的转子上没有永磁体或者电磁体，而是由磁阻材料制成的。当电机通电时，定子上的电流会产生磁场，这个磁场会与转子上的磁阻材料相互作用，从而产生转矩。同步磁阻电机转子上无绕组，制造成本低，且控制起来较为简单；但是它的转矩密度较低，功率密度和效率仍需要提高。
永磁同步电动机具有结构简单、损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高等显著特点。随着国际社会对低碳经济和节能减排要求的日益提高，永磁同步电动机系统凭借其性能优势在伺服系统、电动汽车、轨道交通、采暖通风、石油、风力发电等诸多领域获得了越来越广泛的应用。由于稀土永磁材料价格高提高了电机成本，学者们提出“非稀土”永磁辅助磁阻电机，通过在同步磁阻电机的转子磁障中插入适量铁氧体，既解决了磁阻电机功率因数低、转矩和功率密度不高的问题，还保留了同步磁阻电机低成本、宽调速范围的优点，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。但由于铁氧体的特点是剩磁低，因此铁氧体永磁辅助同步磁阻电机需要从结构上进行优化以进一步提高电机的气隙磁密。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，将“非稀土”永磁概念、永磁辅助磁阻电机结构、串联式永磁-磁阻磁路结构相结合，可实现低成本、高效率和高转矩密度的电机性能需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，包括：转子和转轴，转子和转轴同轴设置；转子包括转子铁心、双“一”型永磁单元和直侧翼永磁单元，转子铁心上设有多组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元，每组“U”型闭口通槽单元为四层轴向对称槽结构且其中心轴处被双“一”型闭口通槽分隔为两个互不连接、结构相同的半“U”型槽，双“一”型闭口通槽包括两个等结构“一”型闭口通槽并列布置且间隔有转子铁心，其长度从靠近转子外端面贯穿到“U”型闭口通槽单元最内层直底边槽的内端面，在双“一”型闭口通槽内固定嵌满双“一”型永磁单元，在“U”型闭口通槽单元每层直侧翼槽内固定嵌入直侧翼永磁单元，双“一”型永磁单元内两块永磁体切向同向充磁，转子圆周上多组双“一”型永磁单元间为切向交替充磁方式，四层直侧翼永磁单元均为沿着与直侧翼长度垂直的方向向转子外侧充磁。
优选的，转子铁心上设有6组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元。
优选的，定子由定子铁心和定子绕组组成，定子铁心上设有多个沿圆周均匀分布的定子线槽，定子绕组布置于定子线槽内，定子叠片和转子铁心之间设置有气隙。
优选的，6个双“一”型闭口通槽穿插在“U”型闭口通槽单元直底边槽径向的中线，各层“U”型通槽直侧翼槽均设有直侧翼永磁单元，双“一”型闭口通槽之间留有一个气隙。
优选的，“U”型闭口通槽单元直底边槽内、直侧翼槽内直侧翼永磁单元两侧均嵌满隔磁磁障。
优选的，“U”型闭口通槽单元的四层直底边槽相邻端面、四层直侧翼槽相邻端面均分别相互平行。
优选的，双“一”型永磁单元的周向四个端面为平行布置。
优选的，双“一”型永磁单元外径与转子外径间布置有导磁桥。
优选的，双“一”型永磁单元和直侧翼永磁单元均采用铁氧体材料。
优选的，磁障均采用环氧树脂基复合材料。
本发明的有益效果为：本发明引入双“一”型切向交替充磁永磁体，在原有磁阻磁路中串联永磁磁路，输出“永磁-磁阻”转矩分量，辅以直侧翼永磁体的辅助永磁转矩分量，可提高电机的转矩输出能力和转矩密度，双“一”型切向交替充磁永磁体将永磁体分段，在永磁体之间依旧用气隙隔开，可以避免永磁体在转轴处形成极间漏磁，减小了永磁体不可逆退磁风险，可提高电机的转矩输出能力和转矩密度；同步磁阻电机转子上无绕组，制造成本低，且控制起来较为简单，提出“少稀土”概念，采用铁氧体永磁辅助磁阻电机，永磁同步电动机具有结构简单、损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高等显著特点，铁氧体比稀土永磁材料价格低从而降低电机成本。
附图说明
图1为本发明的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构示意图。
图2(a)为本发明的转子槽结构示意图。
图2(b)为本发明的转子槽结构示意图。
图3为本发明的转子上永磁单元结构示意图。
图4为本发明的转子永磁单元充磁方向示意图。
其中，1-定子；1-1-定子铁心；1-2-定子线槽；1-3-定子绕组；2-转子；2-1-转子铁心；2-2-“U”型闭口通槽单元；2-2-1-直底边；2-2-2-直侧翼；2-3-双“一”型闭口通槽；2-4-双“一”型永磁单元；2-5-直侧翼永磁单元；2-6-磁障；3-转轴。
具体实施方式
如图1所示，为采用本发明转子结构的电机径向剖面视图，包括同轴设置的定子1、转子2和转轴3。定子1由定子铁心1-1和定子绕组1-3组成，定子铁心1-1上设有多个沿圆周均匀分布的定子线槽1-2，定子绕组1-3布置于定子线槽1-2内。转子2包括转子铁心2-1和双“一”型永磁单元2-4、直侧翼永磁单元2-5；如图2(a)、图2(b)所示，为转子上“U”型槽结构示意图。转子铁心2-1上设有6组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元2-2，每组“U”型闭口通槽单元2-2为四层轴向对称槽结构且其中心轴处被双“一”型闭口通槽2-3分隔为两个互不连接、结构相同的半“U”型槽，包括四层直底边2-2-1槽和四层直侧翼2-2-2槽；双“一”型闭口通槽2-3由两个等结构“一”型闭口通槽并列布置且间隔有转子铁心2-1，其长度从靠近转子2外端面贯穿到“U”型闭口通槽单元2-2最内层直底边2-2-1槽的内端面。
如图3所示，在双“一”型闭口通槽2-3内固定嵌满双“一”型永磁单元2-4，在“U”型闭口通槽单元2-2每层直侧翼2-2-2槽内固定嵌入直侧翼永磁单元2-5。每个“U”型闭口通槽单元2-2直侧翼2-2-2槽内直侧翼永磁单元2-5两侧、直底边2-2-1槽内均嵌满隔磁磁障，双“一”型永磁体与转子外径间布置有导磁桥。如图4所示，双“一”型永磁单元2-4内两块永磁体切向同向充磁，转子2圆周上6组双“一”型永磁单元2-4间为切向交替充磁方式，四层直侧翼永磁单元2-5均为沿着与直侧翼2-2-2长度垂直的方向向转子2外侧充磁。每组“U”型通槽单元的四层直底边槽相邻端面、四层直侧翼槽相邻端面均分别相互平行，双“一”型永磁体的切向四端面相互平行，“U”型通槽单元的两个相邻直侧翼槽相邻端面平行布置。本发明中，转子2内磁障2-6均采用环氧树脂基复合材料，双“一”型永磁单元2-4、直侧翼永磁单元2-5均采用铁氧体材料。
如图4所示，本发明中引入两组永磁单元：直侧翼永磁单元2-5和双“一”型永磁单元2-4，两组永磁单元的结构和充磁方式均具有聚磁性。其中直侧翼永磁单元2-5属于常规永磁辅助磁阻电机结构，用于为磁阻电机提供辅助永磁转矩输出，而双“一”型切向交替充磁永磁单元磁路处于常规永磁辅助磁阻电机的磁阻磁路中，具有“永磁+磁阻”的串联磁路结构特点，该磁路最终可输出磁阻转矩和永磁转矩的叠加作用，辅以直侧翼永磁体的辅助永磁转矩，最终可提高电机的转矩输出能力，使得该电机结构具有高转矩密度、高效率和低成本的优点。
Claims (9)
1.一种双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，包括：转子(2)和转轴(3)，转子(2)和转轴(3)同轴设置；转子(2)包括转子铁心(2-1)、双“一”型永磁单元(2-4)和直侧翼永磁单元(2-5)，转子铁心(2-1)上设有多组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元(2-2)，每组“U”型闭口通槽单元(2-2)为四层轴向对称槽结构且其中心轴处被双“一”型闭口通槽(2-3)分隔为两个互不连接、结构相同的半“U”型槽，双“一”型闭口通槽(2-3)包括两个结构相同的“一”型闭口通槽并列布置且间隔有转子铁心(2-1)，其长度从靠近转子(2)外端面贯穿到“U”型闭口通槽单元(2-2)最内层直底边(2-2-1)槽的内端面，6个双“一”型闭口通槽(2-3)穿插在“U”型闭口通槽单元(2-2)直底边(2-2-1)槽径向的中线，双“一”型闭口通槽(2-3)之间留有一个气隙；在双“一”型闭口通槽(2-3)内固定嵌满双“一”型永磁单元(2-4)，在“U”型闭口通槽单元(2-2)每层直侧翼(2-2-2)槽内固定嵌入直侧翼永磁单元(2-5)，双“一”型永磁单元(2-4)内两块永磁体切向同向充磁，转子(2)圆周上多组双“一”型永磁单元(2-4)间为切向交替充磁方式，四层直侧翼永磁单元(2-5)均为沿着与直侧翼(2-2-2)长度垂直的方向向转子(2)外侧充磁。
2.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，转子铁心(2-1)上设有6组沿圆周均匀分布、开口朝外的“U”型闭口通槽单元(2-2)。
3.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，转子铁心(2-1)和定子叠片之间设置有气隙。
4.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，“U”型闭口通槽单元(2-2)直底边(2-2-1)槽内、直侧翼(2-2-2)槽内直侧翼永磁单元(2-5)两侧均嵌满隔磁磁障(2-6)。
5.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，“U”型闭口通槽单元(2-2)的四层直底边(2-2-1)槽相邻端面、四层直侧翼(2-2-2)槽相邻端面均分别相互平行。
6.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，双“一”型永磁单元(2-4)的周向四个端面为平行布置。
7.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，双“一”型永磁单元(2-4)外径与转子(2)外径间布置有导磁桥。
8.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，双“一”型永磁单元(2-4)和直侧翼永磁单元(2-5)均采用铁氧体材料。
9.如权利要求1所述的双永磁单元辅助磁阻电机的转子结构，其特征在于，磁障(2-6)均采用环氧树脂基复合材料。
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