CN209608421U - 降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构，电机硅钢片转子叠片叠压完毕之后，采用陶瓷或其他隔热性能好的材料或其它防护手段将转子铁芯侧面非磁桥部分遮挡，只暴露出磁桥结构，作为热处理前的准备工作，然后采用电磁感应或高温喷枪如乙炔喷枪等热处理手段对磁桥部位加热，高温热处理完毕后，等待转子铁芯在空气中自然冷却，将陶瓷工装或其它防护件取下，即完成加工处理。

Description

降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构

技术领域

本实用新型涉及一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构，属电机制造领域。

背景技术

早在1923年，同步磁阻电机就被提出并加以研究，近些年来由于稀土材料价格的上涨，而交流同步磁阻电机（SynRM）或永磁体辅助式同步磁阻电机（PMSynRM）在转子中只需要很少甚至不需要稀土永磁材料，因此在近些年来得到了越来越多的关注。考虑到加工复杂度和机械应力问题，转子常采用横向叠压式加工方法，通过在转子硅钢片中冲压多个空气磁障来产生d轴与q轴磁阻差异。为了保证转子冲片的整体性，磁障之间需要用磁桥连接，同时也带来了一个很大的工程难题，即引入磁桥、增加磁桥宽度可以提升转子的机械完整性，为电机的转速提升带来空间，但同时也会给漏磁通提供通路，使电机的输出转矩降低，故制约了高速电机性能的进一步提升。因此，电磁性能和机械性能的两方面权衡，是磁桥设计和电机设计的关键所在。

目前解决这个两难问题通常采用的方法是重新设计转子几何结构或调整磁桥相关参数，主要包含以下几个方面：

1. 在磁桥的位置和数量上进行优化。《同步磁阻电机分析与设计（连载之八）转子磁桥分析》（《微电机》2017年1期）针对多层磁障的转子结构，分析了径向磁桥的位置与数量对电机电磁性能和机械性能的影响.对于多层磁障的转子，磁障中间的径向连接磁桥可提高转子机械强度。径向磁桥越多，电机电磁性能越弱，机械性能越强。同时，选择靠近轴的径向磁桥，有利于提高机械强度。

2. 在磁桥形状上进行优化。《Mechanical design and analysis of apermanent magnet rotors used in high-speed synchronous motor》（《EEA》 2014年62期）一文中比较了不同磁桥形状对应的机械应力分布。《同步磁阻电机分析与设计（连载之八）转子磁桥分析》（《微电机》2017年1期）也研究了不同周向磁桥形状对电机性能的影响，指出尖角型磁桥能减小q轴漏磁，但电机的机械强度被削弱。同时对于磁障层数较低的转子，圆弧型磁桥转矩脉动更小；而对于磁障层数较大的转子，尖角型磁桥转矩脉动更小。

3. 在磁桥宽度和磁障角参数组合上进行优化。《Permanent magnet synchronousreluctance machine-bridge design for two-layer applications》（2013 IEEE IEMDC）这一文章探讨了双层磁障结构转子磁障角和磁鞘宽度参数的不同组合对电机电磁和机械性能的不同的影响。较小的磁障角会带来较大的同步转矩和较小的磁阻转矩，而较大的磁障角则会带来较小的同步转矩和较大的磁阻转矩，因此最大的总转矩是在这一区间中达到的。随着磁桥宽度增加，由于漏磁增加，会导致同步转矩和磁阻转矩降低相比于磁阻转矩部分而言，同步转矩部分对磁桥宽度的变化更敏感。而磁桥宽度越大，所耐受的机械应力就越高。

4. 采用燕尾式转子结构。《Synchronous reluctance motor with form blockedrotor》（《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》2010年25期）一文提出了一种比传统的固定磁桥式设计机械稳定性更为优越的燕尾式磁障设计。这种重新设计后的几何结构能够将磁桥中的拉应力和剪应力转变为压应力施加在磁障中的环氧树脂填充体以及铁芯做的磁路上，实现一个鲁棒性很强的架构。这种新结构对电磁性能基本不会产生削弱作用。

通过上述分析可知，目前现有的解决磁桥结构引起的电磁性能和机械性能的两方面权衡问题的方法主要都是从几何结构、参数上入手。但因为这些方法都是从机械的角度入手解决问题，这些改进实际上对性能的提升作用是有限的。

实用新型内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能，为解决高速电机磁桥宽度加厚而导致的漏磁通增加这一矛盾提供了一个新的解决方案。

设计方案：为了实现上述设计目的。本实用新型在电机的结构和方法设计上，以降低磁桥磁导率为目的，电机转子叠片叠压完毕之后采用热处理工艺方法对转子铁芯侧面轴向（磁桥结构面）进行处理，使磁桥结构面在高温热处理完毕后，在空气中自然冷却，其磁桥结构面的金属晶粒和密度变大于其它部位。

技术方案：一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构，电机硅钢片转子叠片叠压完毕之后，转子铁芯侧面磁桥结构面的金属晶粒和密度变大于其它部位。

本实用新型与背景技术相比，能够有效地降低内置式永磁同步电机、同步磁阻电机或永磁辅助式同步磁阻电机横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率，且对转子总体的机械强度无影响。

附图说明

图1是电机硅钢片转子中对应于径向磁桥2的热处理区域3示意图。

图2是热处理时的具体操作方法以及保护工装的作用，陶瓷工装4作用是保护非磁桥区域不受热处理的影响，通过乙炔喷枪喷头5对转子铁芯轴向处理区域进行热处理。

图3是一种典型的采用横向叠压式转子设计的同步磁阻电机转子结构。在这个结构下，该转子存在周向磁桥1和径向磁桥2。

具体实施方式

实施例1：参照附图1和2。一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构，电机硅钢片转子叠片叠压完毕之后，转子铁芯侧面磁桥结构面3的金属晶粒和密度变大于其它部位。磁桥结构面3在600-700℃后自然冷却形成。

对于图1所示的电机转子铁芯，首先使用如图3所示陶瓷工装4（仅用于示意），将转子铁芯的侧面非磁桥区域遮挡，免于受到后续步骤的加工处理影响。

对图2所示的电机转子铁芯其侧面热处理区域3轴向地进行乙炔喷枪加热。对于一般的硅钢片，乙炔喷枪作用时间以热处理区域的金属达到600-700℃为准，使磁桥结构面3每一处磁桥所对应的位置都达到上述要求。

乙炔喷枪加热完毕后，将铁芯置于空气中等待其完全自然冷却，将陶瓷工装取下，即完成加工处理。

图3是同步磁阻电机经常采用的一种典型的转子结构，该结构采用横向叠压式转子设计，在硅钢片上冲压空气磁障，磁障之间通过硅钢片连接的地方即为磁桥。图示电机转自结构中存在两种类型的磁桥：周向磁桥1和径向磁桥2，本结构能够使周向磁桥1形成凹凸不平粗糙面，对于径向磁桥2不做处理。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本实用新型 的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本实用新型 设计思路的简单文字描述，而不是对本实用新型 设计思路的限制，任何不超出本实用新型 设计思路的组合、增加或修改，均落入本实用新型 的保护范围内。

Claims (1)

1.一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率结构，其特征是：电机转子结构中存在周向磁桥（1）和径向磁桥（2），周向磁桥（1）形成凹凸不平粗糙面。