CN208767862U - 一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，包括机壳、定子铁心、转子铁心、电枢绕组、端盖、轴承、转轴和永磁体；定子铁心嵌入机壳内固定，电枢绕组位于定子铁心槽内，转子铁心装配于转轴上，转轴穿过机壳两端的端盖并通过端盖内的轴承进行支撑；转子铁心沿圆周方向加工2p个磁极组槽，各磁极组槽沿转子铁心周向均匀分布；磁极组槽内设有永磁体，相邻磁极组槽内永磁体极性相反，相隔磁极组槽结构相同，相隔磁极组槽内相应的永磁体也相同。本实用新型有利于提高电机磁阻转矩利用率，减少永磁体用量，提高电机效率，增加电机调速范围，增强转子机械可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于径向磁通电机领域，主要涉及一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机。
背景技术
传统内置式永磁同步电机通常在转子内设置一层永磁体，该结构主要利用永磁体产生的永磁转矩，对磁阻转矩的利用率较低，存在永磁体使用量大、弱磁困难、电机转速受限、电机功率密度低等问题。尤其是电机在高速区反电动势过高，一旦失控将会损坏驱动系统，影响电机高速运行下的安全性能。因此，有必要研发一种高效、高功率密度、宽调速范围的高性能永磁电机。
稀土类永磁体价格昂贵，其中含有的稀土元素不可再生，同时稀土元素的开采对环境污染较大。
许多研究人员提出了永磁磁阻电机的转子结构，但都存在不同程度的缺陷，制约电机的综合性能：
（1）中国专利CN102761222A提出了一种永磁辅助同步磁阻电机及其转子以及该电机的安装方法。该辅助同步磁阻电机转子在圆周方向均匀分布四个永磁体槽组，每个永磁体槽组至少包含两层永磁体槽，为了提高电机磁阻转矩的利用率，发明对电机转子永磁体层放入转子的深度进行了设计。该发明的特点是：每个永磁体槽组中永磁体槽层数的增加提高了磁阻转矩利用率，但发明中的永磁体槽呈弧形，弧形永磁块的加工制造成本增加，且该转子结构不适合采用高性能永磁体；
（2）中国专利CN105958692A公开了一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，在转子圆周均匀设置通槽组，每组通槽包含3层U形通槽，将永磁体嵌入U形通槽的直底边。该发明的特点是：3层U形通槽提高了电机磁阻转矩利用率，有利于提高电机的转矩密度，但该发明所提出的转子结构电机气隙磁密波形畸变率增加，导致电机损耗与转矩脉动增加，而且由于缺乏加强筋，转子转速受限；
（3）中国专利CN105846579A公开了一种永磁磁阻式电机，在转子每极上沿径向方向对称排布设置若干隔磁槽，提高了电机的磁阻转矩利用率，永磁体位于隔磁槽法线方向，通过在隔磁槽间设置肋片减小转子离心力，并且在转子外加装保护套筒避免转子在高速运行中受离心力作用而损坏。该发明的特点是：多层隔磁槽增加了电感差值提高了磁阻转矩利用率，肋片与保护套保证了电机高速运行下的安全可靠性，但该结构的永磁体放置方式导致气隙磁密畸变率增加，电机损耗与转矩脉动增加，同时由于转子外加装了不导磁的保护套筒导致电机有效气隙增加，限制了磁阻转矩的利用；
（4）中国专利CN107979197A提出了一种非对称转子冲片永磁辅助同步磁阻电机，永磁磁阻转子每个磁极均有一个永磁体组，永磁体组沿磁极轴线排列，在永磁体两侧设置关于磁极轴线不对称的磁阻槽。该发明的特点是：提高了磁阻转矩利用率，减少了永磁体用量，降低了电机材料成本，通过不对称的磁路结构减小了电机转矩脉动，但该结构分层数多且磁路不平衡，制造加工工艺复杂；
（5）中国专利CN202872490U提出了一种聚磁式永磁磁阻转子结构，转子每个槽组包含4个槽，4个槽均放置永磁体，该发明的特点是：具有聚磁能力，提高了凸极率，增加了永磁体的利用率，但由于第一层永磁体缺乏加强筋的保护导致转子可靠性较差，同时，下层永磁体填充过多导致气隙磁密波形畸变率增加；
（6）意大利专利WO2009063350A2公开了一种永磁磁阻转子结构，每个磁极包含三层隔磁槽，第一层隔磁槽无加强筋，第二层、第三层隔磁桥间设置加强筋，第一层隔磁槽内放置永磁体，在第二层、第三层隔磁槽内放置永磁体，且永磁体放置于加强筋两侧。该发明的特点是：减少了永磁体用量，提高了磁阻转矩利用率，但由于分层数多，容易使转子磁路饱和，且第一层隔磁槽无加强筋，高转速下容易导致转子损坏。
实用新型内容
实用新型目的
为了有效节约资源、减轻环境负担，同时为了提高电机性能，减小永磁电机中永磁体用量，增大电机恒功率运行区域，解决永磁电机磁阻转矩利用率低的问题，本实用新型提供了一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机。
技术方案
一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，包括机壳、定子铁心、转子铁心、电枢绕组、端盖、轴承、转轴和永磁体；其特征在于：定子铁心嵌入机壳内固定，电枢绕组位于定子铁心槽内，转子铁心装配于转轴上，转轴穿过机壳两端的端盖并通过端盖内的轴承进行支撑；转子铁心沿圆周方向加工2p个磁极组槽，p为电机极对数，相邻磁极组槽内永磁体称为一个极对，各磁极组槽沿转子铁心周向均匀分布；磁极组槽内设有永磁体，相邻磁极组槽内永磁体极性相反，相隔磁极组槽结构相同，相隔磁极组槽内相应的永磁体也相同。
定子铁心由定子冲片轴向叠压而成，转子铁心由转子冲片轴向叠压而成。
转子铁心每个磁极组槽包含内外两个磁极槽，靠近轴心的磁极槽为内侧磁极槽，远离轴心的磁极槽为外侧磁极槽，外侧磁极槽包含两个槽，内侧磁极槽包含三个槽，内侧磁极槽的三个槽呈U形把呈V形的外侧磁极槽半包围在内部。
转子铁心的外侧磁极槽a与外侧磁极槽b之间的夹角为θ 1，0°≤θ 1≤180°，内侧磁极槽c与转子铁心截面直径方向相垂直，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b分列于内侧磁极槽c两侧，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b之间的夹角为θ 2，0°≤θ 2≤180°。
外侧磁极槽a与外侧磁极槽b槽内均放置永磁体，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b槽内放置永磁体，内侧磁极槽c槽内放置不导磁材料或空置。
外侧磁极槽a和外侧磁极槽b内的永磁体规格相同，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b内的永磁体规格相同。
外侧磁极槽a和外侧磁极槽b不贯通，两槽间有加强筋。
内侧磁极槽a与内侧磁极槽c不贯通，两槽间有加强筋，内侧磁极槽b与内侧磁极槽c不贯通，两槽间有加强筋。
优点及效果
本实用新型是一种少永磁体高性能永磁磁阻电机，具有如下优点和有益效果：
（1）本实用新型能够有效提高磁阻转矩的利用率，减少永磁体的用量，降低电机成本，提高电机转矩密度；
（2）本实用新型能够有效拓宽电机恒功率运行区，增强电机在高速区域运行的可靠性；
（3）本实用新型能够有效改善气隙磁密波形，减小电机损耗与转矩脉动。
（4）本实用新型能够有效利用磁阻转矩，节省永磁材料，高转速运行工况下可靠性高，转矩脉动小。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为定转子铁心正视图。
图3为转子冲片正视图。
附图标记说明：
1、机壳；2、定子铁心；3、转子铁心；4、电枢绕组；5、端盖；6、轴承；7、转轴；10、定子冲片；20、转子冲片；21、外侧槽a；22、外侧槽b；23、内侧槽a；24、内侧槽b；25、内侧槽c。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
如图1、图2和图3所示，一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，包括机壳1、定子铁心2、转子铁心3、电枢绕组4、端盖5、轴承6、转轴7和永磁体。定子铁心2由定子冲片10轴向叠压而成，转子铁心3由转子冲片20轴向叠压而成。定子铁心2嵌入机壳1内固定，定子铁心2与机壳1间过盈配合或通过粘接胶粘接固定都可，电枢绕组4位于定子铁心2槽内，转子铁心3装配于转轴7上，转子铁心3与转轴7通过过盈配合或键槽配合进行装配都可，转轴7穿过机壳1两端的端盖5并通过端盖5内的轴承6进行支撑；转子铁心3沿圆周方向加工2p个磁极组槽，p为电机极对数，相邻磁极组槽内永磁体称为一个极对，各磁极组槽沿转子铁心3周向均匀分布；磁极组槽内设有永磁体，相邻磁极组槽内永磁体极性相反，相隔磁极组槽结构相同，相隔磁极组槽内相应的永磁体也相同。转子铁心3每个磁极组槽包含内外两个磁极槽，靠近轴心的磁极槽为内侧磁极槽，远离轴心的磁极槽为外侧磁极槽，外侧磁极槽包含两个槽，内侧磁极槽包含三个槽，内侧磁极槽的三个槽呈U形把呈V形的外侧磁极槽半包围在内部。转子铁心2的外侧磁极槽a21与外侧磁极槽b22之间的夹角为θ 1，0°≤θ 1≤180°，内侧磁极槽c25与转子铁心3截面直径方向相垂直，内侧磁极槽a23与内侧磁极槽b24分列于内侧磁极槽c25两侧，内侧磁极槽a23与内侧磁极槽b24之间的夹角为θ 2，0°≤θ 2≤180°。外侧磁极槽a21与外侧磁极槽b22槽内均放置永磁体，内侧磁极槽a23与内侧磁极槽b24槽内放置永磁体，内侧磁极槽c25槽内放置不导磁材料或空置。外侧磁极槽a21和外侧磁极槽b22内的永磁体规格相同，内侧磁极槽a23与内侧磁极槽b24内的永磁体规格相同。外侧磁极槽a21和外侧磁极槽b22内的永磁体规格不同于内侧磁极槽a23与内侧磁极槽b24内的永磁体规格。内外规格不同的永磁体可以优化电机的气隙磁密波形，提高电机的性能。外侧磁极槽a21和外侧磁极槽b22不贯通，两槽间有加强筋；内侧磁极槽a23与内侧磁极槽c25不贯通，两槽间有加强筋；内侧磁极槽b24与内侧磁极槽c25不贯通，两槽间有加强筋。加强筋起到了加强与隔磁的作用，主要作用是加强。
本实用新型的工作过程如下：本实用新型提出的永磁磁阻同步电机，定子槽中的绕组接通电源，电流流过绕组产生旋转磁场，该旋转磁场与永磁磁阻转子产生的磁场相互作用使得永磁磁阻转子旋转输出机械能，采用本实用新型提出的永磁磁阻转子结构，能够有效提高磁阻转矩在有效转矩中的占比，减小气隙磁密波形畸变率，减小永磁磁阻同步电机的振动噪声与损耗，同时提高了永磁磁阻同步电机高速运行工况下的可靠性。
本实用新型所述的一种永磁同步磁阻电机及其转子，具有制造简单、磁阻转矩利用率高、转子可靠性高、损耗小、转矩脉动小的优点，利于节能。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，包括机壳、定子铁心、转子铁心、电枢绕组、端盖、轴承、转轴和永磁体；其特征在于：定子铁心嵌入机壳内固定，电枢绕组位于定子铁心槽内，转子铁心装配于转轴上，转轴穿过机壳两端的端盖并通过端盖内的轴承进行支撑；转子铁心沿圆周方向加工2p个磁极组槽，p为电机极对数，相邻磁极组槽内永磁体称为一个极对，各磁极组槽沿转子铁心周向均匀分布；磁极组槽内设有永磁体，相邻磁极组槽内永磁体极性相反，相隔磁极组槽结构相同，相隔磁极组槽内相应的永磁体也相同。
2.根据权利要求1所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：定子铁心由定子冲片轴向叠压而成，转子铁心由转子冲片轴向叠压而成。
3.根据权利要求1所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：转子铁心每个磁极组槽包含内外两个磁极槽，靠近轴心的磁极槽为内侧磁极槽，远离轴心的磁极槽为外侧磁极槽，外侧磁极槽包含两个槽，内侧磁极槽包含三个槽，内侧磁极槽的三个槽呈U形把呈V形的外侧磁极槽半包围在内部。
4.根据权利要求3所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：转子铁心的外侧磁极槽a与外侧磁极槽b之间的夹角为θ 1，0°≤θ 1≤180°，内侧磁极槽c与转子铁心截面直径方向相垂直，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b分列于内侧磁极槽c两侧，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b之间的夹角为θ 2，0°≤θ 2≤180°。
5.根据权利要求4所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：外侧磁极槽a与外侧磁极槽b槽内均放置永磁体，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b槽内放置永磁体，内侧磁极槽c槽内放置不导磁材料或空置。
6.根据权利要求5所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：外侧磁极槽a和外侧磁极槽b内的永磁体规格相同，内侧磁极槽a与内侧磁极槽b内的永磁体规格相同。
7.根据权利要求4所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：外侧磁极槽a和外侧磁极槽b不贯通，两槽间有加强筋。
8.根据权利要求4所述的少永磁体高性能永磁磁阻同步电机，其特征在于：内侧磁极槽a与内侧磁极槽c不贯通，两槽间有加强筋，内侧磁极槽b与内侧磁极槽c不贯通，两槽间有加强筋。
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