CN202444392U - 永磁辅助同步磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种永磁辅助同步磁阻电机。本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机包括：转子，包括转子铁芯，转子铁芯内设置多组磁极单元；定子，环绕转子并与转子之间具有间隙，包括在圆周方向设置多个槽和齿的定子铁芯和置于槽中的绕组；每组磁极单元包括多层径向布置的永磁体槽和置于永磁体槽中的永磁体，转子轴向长度大于定子轴向长度。本实用新型的主要优点是：设置多层永磁体槽和多层磁体，使得电机在充分利用永磁磁链的基础上，电机产生磁阻转矩的能力也大大提高，实现了采用铁氧体永磁体的电机高效化的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机领域，特别是一种永磁辅助同步磁阻电机。
背景技术
图1示出了现有技术的内置式永磁同步电机的剖面图，该电机包括转子2和位于转子2外面并与转子2具有一定间隙g的定子3。其中的定子3由在圆周方向设有多个槽32和齿33的定子铁芯31和置于槽32中的绕组(图中未示出)构成；其中转子2由内设有多组磁极单元的转子铁芯21和置于铁芯中的永磁体槽5中的永磁体4组成。其中的图1a中采用磁性能高的永磁材料如稀土永磁体。图1b中采用磁性能较弱的永磁材料如铁氧体。
现有技术的内置式永磁同步电机，其主要通过采用高磁性能永磁体来提高电机性能，常见的做法就是内置稀土类永磁体。但是由于稀土是不可再生资源，且为国家重点战略物资，其价格昂贵，限制了采用稀土永磁体的电机更广泛的应用。
现有技术中也有采用磁性能相对较弱的永磁体(如铁氧体等)来代替稀土永磁体制成内置永磁同步电机，并采用转子高度大于定子高度的方式来提高电机的效率，但由于电机本身的d、q轴磁阻差异小，电机产生磁阻转矩的能力有限，因此使得采用上述转子高度大于定子高度的方法也无法满足电机高效化的需求。
实用新型内容
本实用新型提供一种永磁辅助同步磁阻电机，克服现有技术中采用稀土永磁体的电机成本高和非稀土永磁体电机效率不高的问题。
本实用新型通过如下技术方案实现：一种永磁辅助同步磁阻电机，包括：转子，包括转子铁芯，转子铁芯内设置多组磁极单元；定子，环绕转子并与转子之间具有间隙，包括在圆周方向设置多个槽和齿的定子铁芯和置于槽中的绕组；每组磁极单元包括多层径向布置的永磁体槽和置于永磁体槽中的永磁体，转子的轴向长度大于定子的轴向长度。
进一步地，永磁体槽为两层，分别为内层永磁体槽和外层永磁体槽，永磁体分别为内层永磁体和外层永磁体。
进一步地，永磁体的端部与永磁体槽的的端部内壁之间具有间距，间距距离不小于永磁体槽端部与转子外径之间的最短间距的1.5倍。
进一步地，内层永磁体和外层永磁体之间的间距大于定子的齿的齿靴宽度的1/12。
进一步地，转子高度与定子高度比小于或者等于1.4。
进一步地，转子的外径与定子的外径比大于或者等于0.55。
进一步地，转子的外径与定子的外径比为小于或者等于0.65。
进一步地，转子与定子之间的间隙宽度大于或者等于0.3mm，且小于或者等于0.45mm。
进一步地，永磁体槽为弧形、U形、V形或多段矩形中任一的截面形状。
进一步地，永磁体层数小于永磁体槽层数。
进一步地，转子铁芯中的永磁体槽为三段矩形连接组合而成，内层永磁体和外层永磁体均为一块截面为矩形的磁体，置于同层永磁体槽的中部。
进一步地，转子铁芯中的永磁体槽为三段矩形连接组合而成，内层永磁体和外层永磁体分为两块截面为矩形的磁体，分别置于同层永磁体槽的两端部。
进一步地，转子铁芯中的永磁体槽为弧形，内层永磁体和外层永磁体均为一块截面为弧形的磁体，置于同层永磁体槽的中部。
进一步地，转子铁芯中的内层永磁体槽为三段矩形连接组合而成，外层永磁体槽为弧形，内层永磁体为一块截面为矩形的磁体，置于内永磁体槽的中部，外层永磁体为一块截面为弧形的磁体，置于外永磁体槽的中部。
通过上述技术方案，本实用新型的主要优点是：设置多层永磁体槽和多层磁体，使得电机在充分利用永磁磁链的基础上，电机产生磁阻转矩的能力也大大提高，实现了采用铁氧体永磁体的电机高效化的目的。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1a示出了现有技术中的稀土永磁同步电机的剖面图；
图1b示出了现有技术中的非稀土永磁同步电机的剖面图；
图2示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的剖面图；
图3示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子高度与定子高度的示意图；
图4示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子与定子高度比值对电感影响的图表；
图5示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子与定子外径比值对电磁参数影响的图表；
图6示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机气隙宽度对电感影响的图表；
图7示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子中的永磁体端部距离同层永磁体槽端部的间距示意图；
图8示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子中的永磁体端部距离同层永磁体槽端部的间距比值对退磁电流影响的图表；
图9a示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的第一实施例的剖面图；
图9b示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的第二实施例的剖面图；
图9c示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的第三实施例的剖面图；
图9d示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的第四实施例的剖面图；
图10a示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的转子铁芯的局部剖面图；以及
图10b示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的局部剖面图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图2中示出了本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机的剖面图，该电机包括转子2和位于转子2外面并与转子2具有一定间隙g的定子3。其中的定子3包括在圆周方向设有多个槽32和多个齿33的定子铁芯31和置于槽32中的绕组(图中未示出)。其中，转子2包括内设有多组磁极单元的转子铁芯21组成，所有磁极单元在转子圆周方向排列成N极和S极交替的形式，每个磁极单元包括两层永磁体槽5和置于永磁体槽内的永磁体，两层永磁体槽5相对转子中心的径向方向由内向外分别为内层永磁体槽和外层永磁体槽，相应地永磁体分为内层永磁体42和外层永磁体41。
为了提高电机的抗退磁能力，内、外永磁体的端部421、422、411、412分别与同层永磁体槽端部51、52间保持一定的距离。此外，为增大电机的d、q轴电感差，提高电机产生磁阻转矩的能力，需要将内外层永磁体间距设计在一定的范围内，对于每极每相槽数小于1的情况，该间距为L大于1/12的定子齿33的齿靴宽度w，最优的为w/12≤L≤w/3。
图3为定转子高度和外径的示意图，D2为转子2外径，D3为定子3外径，h2为转子2高度，h3为定子3高度。图4示出了电机转子高度大于定子高度时对电机电磁参数的影响，其验证了通过增大转子高度与定子高度的比值，除了更多利用电机的永磁转矩外，还能增大电机的磁阻转矩。从图中可看出，随着转子高度的增大，永磁磁链和电机q轴电感有所增大，但电机的d轴电感基本保持不变，当转子高度增大到与定子高度比值达到1.3以上时，q轴电感和磁链都增加很缓慢，当该比值达到或超过1.4时，q轴电感和磁链基本不变。所以，优选地，所述转子2高度与所述定子3高度比小于或者等于1.4。
图5示出了图2中电机转子外径与定子外径比对电机电感参数的影响，从图中可知，在保持电机定子外径不变的情况下，增大电机的转子外径可以增大电机的d、q轴电感差，提高电机产生磁阻转矩的能力，考虑到工艺可行性，电机转子外径与定子外径比最佳为大于或者等于0.55，且小于或者等于0.65。
在电机气隙宽度方面，减小电机气隙宽度对提高电机永磁转矩有利，这对于现有技术的内置式永磁同步电机来说也是成立的。但对于本实用新型的永磁辅助式同步磁阻电机，减小电机气隙宽度除了增大电机永磁转矩外，还能有效地提高电机的磁阻转矩，从而进一步地提升电机的效率，这与现有技术中采用低磁性能铁氧体永磁体的内置式永磁同步电机相比，性能优势更为明显。
图6中示出了电机的气隙宽度对电感参数的影响，从图中可看出，电机气隙宽度逐渐减小的情况下，电机的d轴电感略有下降，但q轴电感增加迅速增加，特别是当气隙宽度减小到0.5mm以下时，q轴电感的增大更为明显，这对提高电机磁阻转矩非常有利，尽管如此，考虑到小气隙宽度下电机制作和装配工艺的难度，通常电机的气隙宽度不小于0.3mm。
图7为图2中的永磁辅助同步磁阻电机的电机转子的局部图，图8为图2中的永磁辅助同步磁阻电机的永磁体端部与同层永磁体槽的端部内壁之间的距离δ与永磁体槽端部与转子外缘之间的最短距离tw的比值与电机电感参数间的关系，从图中可看出，适当地增大δ可以提高电机的退磁电流，且δ增大到与tw的比值大于1.5时，退磁电流提升较少，另外考虑到每极气隙磁通大小，δ不适于增加太大。所以，优选地，所述永磁体的端部与所述永磁体槽5的端部内壁之间具有间距，所述间距距离不小于所述永磁体槽5的端部与所述转子2的外径之间的最短间距的1.5倍。
图9为图2中电机的其他实施例中转子的剖面图。图9a示出了铁芯21中的永磁体槽5为三段矩形连接组合而成，内层永磁体42和外层永磁体41为一块截面为矩形的磁体，置于永磁体槽的中部。图9b示出了铁芯21中的永磁体槽5为三段矩形连接组合而成，内层永磁体42和外层永磁体41分为两块截面为矩形的磁体，分别置于永磁体槽的两端部。图9c示出了铁芯21中的永磁体槽5为弧形，内层永磁体42和外层永磁体41均为一块截面为弧形的磁体，置于永磁体槽的中部。图9d示出了铁芯21中的内永磁体槽为三段矩形连接组合而成，外永磁体槽为弧形，内层永磁体42为两块截面为矩形的磁体，分别置于内永磁体槽的两端部，外层永磁体41为一块截面为弧形的磁体，置于外永磁体槽的中部。作为布置的可选择方案，永磁体的层数可以与永磁体槽一样，也可以小于永磁体槽的层数，各层永磁体的形状也不一定与同层永磁体槽的形状一致。
图10为采用压粉铁芯和叠压硅钢片板相结合制作的图2中转子铁芯剖面图及转子剖面图。其中图10a为采用压粉铁芯一体成型的转子铁芯21，其包括轴孔R、隔磁区间7和用于放置加强杆的孔6。图8b为采用本实用新型技术的电机转子剖面图，其中在隔磁区间7内同时放置了内外永磁体41和42及采用高导磁率和高磁通密度制成的内外永磁间的导磁通道8，在永磁体41与42的两端部与隔磁区间7两端部的间隙部分填充了非导磁材料(如树脂等)用于防止永磁体在隔磁区间7发生相对运动；另一方面，为防止在电机运转过程中，内外层永磁体的离心力导致转子外缘发生变形等情况，在孔6中放置了加强杆(图中未示出)，其与转子上下挡板构成一体以加强转子的机械强度，保证电机运转的可靠性。
本实用新型提供的一种永磁辅助同步磁阻电机的安装方法，包括以下步骤：
步骤一，将永磁体插入转子铁芯21中的永磁体槽5，使转子2的轴向长度大于所述定子3的轴向长度；
步骤二，将转子铁芯21两端用挡板封盖，从而将永磁体固定在永磁体槽5中；
步骤三，将封盖好的转子铁芯21放置于定子3中，并盖合好电机外壳。
根据本实用新型的永磁辅助同步磁阻电机，具有如下有益效果：
本实用新型中通过将电机转子高度设计为大于定子高度，且在转子上采用特殊的结构设计，使得电机在充分利用永磁磁链的基础上，电机产生磁阻转矩的能力也大大提高，实现了采用铁氧体永磁体的电机高效化的目的。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种永磁辅助同步磁阻电机，包括：(此部分字体格式需要一致)转子(2)，包括转子铁芯(21)，所述转子铁芯(21)内设置多组磁极单元；
定子(3)，环绕所述转子(2)并与所述转子(2)之间具有间隙，包括在圆周方向设置多个槽(32)和齿(33)的定子铁芯(31)和置于所述槽(32)中的绕组；
其特征在于，每组所述磁极单元包括多层径向布置的永磁体槽(5)和置于所述永磁体槽中的永磁体；所述转子(2)的轴向长度大于所述定子(3)的轴向长度。
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，所述永磁体槽(5)为两层，分别为内层永磁体槽和外层永磁体槽，所述永磁体分别为内层永磁体(42)和外层永磁体(41)。
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，所述永磁体的端部与所述永磁体槽(5)的端部内壁之间具有间距，所述间距距离不小于所述永磁体槽(5)的端部与所述转子(2)的外径之间的最短间距的1.5倍。
4.根据权利要求2所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述内层永磁体(42)和所述外层永磁体(41)之间的间距大于所述定子(3)的所述齿(33)的齿靴宽度的1/12。
5.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(2)高度与所述定子(3)高度比小于或者等于1.4。
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，所述转子(2)的外径与所述定子(3)的外径比大于或者等于0.55。
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，所述转子(2)的外径与所述定子(3)的外径比小于或者等于0.65。
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，所述转子(2)与所述定子(3)之间的间隙宽度大于或者等于0.3mm，且小于或者等于0.5mm。
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，所述永磁体槽(5)为弧形、U形、V形和多段矩形中任一的截面形状。
10.根据权利要求2所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯(21)中的所述永磁体槽(5)为三段矩形连接组合而成，所述内层永磁体(42)和所述外层永磁体(41)均为一块截面为矩形的磁体，置于同层所述永磁体槽(5)的中部。
11.根据权利要求2所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯(21)中的所述永磁体槽(5)为三段矩形连接组合而成，所述内层永磁体(42)和所述外层永磁体(41)分为两块截面为矩形的磁体，分别置于同层所述永磁体槽(5)的两端部。
12.根据权利要求2所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯(21)中的所述永磁体槽(5)为弧形，所述内层永磁体(42)和所述外层永磁体(41)均为一块截面为弧形的磁体，置于同层所述永磁体槽(5)的中部。
13.根据权利要求2所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯(21)中的所述内层永磁体槽为三段矩形连接组合而成，所述外层永磁体槽为弧形，所述内层永磁体(42)为一块截面为矩形的磁体，置于所述内永磁体槽的中部，所述外层永磁体(41)为一块截面为弧形的磁体，置于所述外永磁体槽的中部。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20120919 Effective date of abandoning: 20130814 |
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