CN210350876U - 一种永磁同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步磁阻电机，该电机包括定子和位于定子内的转子，定子和转子间具有气隙，其特征在于：沿着所述转子的圆周外侧分布有N组双层空气层，所述双层空气层包括内层安装槽和与内层安装槽配合的外层安装槽，所述外层安装槽半包于内层安装槽内；所述外层安装槽包括一直线安装槽，所述直线安装槽的端部为具有切削面的锐化端；本实用新型具有以下有益效果：每组直轴方向基于两层空气层，由于空气导磁性能远低于导磁铁芯，故交直轴磁路中磁阻不对称，使电机具有较高的凸极比（Lq/Ld）和交直轴电感之差（Lq‑Ld）。

Description

一种永磁同步磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步磁阻电机，具体地，是一种采用多层叠加磁钢转子结构的永磁同步磁阻电机。

背景技术

永磁电机由于其体积小，重量轻，效率高，功率密度大，转矩高，控制方便等优点，可以应用在电动汽车驱动电机上。

随着电力电子技术和控制理论的发展，永磁同步磁阻电机(SynchronousReluctance Machine)简称SynRM由于结构简单，制造容易，成本低，运行可靠等优点，广泛应用于工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。

目前永磁同步磁阻电机转子结构主要为内置式，由于其具有一定的磁阻性能，因此成为新能源汽车驱动电机主要采用的转子结构。但是随着永磁材料价格走高，生产成本加大，以及高性能驱动电机的需求，由于内置式永磁体结构电机漏磁、磁阻特性不突出，材料利用率低，弱磁范围较窄等问题，限制了常规内置式转子结构的使用率。尤其在超高速弱磁区域，深度弱磁控制引起气隙谐波增加，导致铁耗、转矩脉动、振动噪声大幅增加，永磁体在反向磁场下容易发生退磁，电机的稳定性得不到保证。

基于此，有必要实用新型一种新型永磁同步磁阻电机，从而有效提高电机的输出扭矩、功率和功率因素，降低高速弱磁区反电势，并显著提高电机调速范围。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种永磁同步磁阻电机，通过对电机内部部件转子的改进以及多层叠磁钢的设置，实现交轴电感大于直轴电感，提供电机磁阻特性，从而有效提高电机输出扭矩、功率因素和效率，并提升电机调速范围。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种永磁同步磁阻电机，该电机包括定子和位于定子内的转子，定子和转子间具有气隙，其特征在于：沿着所述转子的圆周外侧分布有N组双层空气层，所述双层空气层包括内层安装槽和与内层安装槽配合的外层安装槽，所述外层安装槽半包于内层安装槽内；

所述外层安装槽包括一直线安装槽，所述直线安装槽的端部为具有切削面的锐化端；

所述内层安装槽包括两个呈V形设置的斜向安装槽，所述斜向安装槽的端部为具有切削面的锐化端，所述两个呈V形设置的斜向安装槽之间设有第一间隙，所述第一间隙形成隔磁桥；

所述呈V形设置的斜向安装槽的外侧分别设置侧向空气孔，相邻两个双层空气层共用一个侧向空气孔，斜向安装槽和侧向空气孔之间设有第二间隙；

沿着所述转子的圆周内侧分布有N个外层减重孔和N个内层减重孔，所述的 N为正偶数。

进一步地，内层安装槽和外层安装槽内均设有相应的永磁体，安装槽的长度和宽度分别比相应的永磁体大0.01mm，以防止永磁体滑动。

进一步地，所述锐化端的端部具有斜角或倒圆角。

进一步地，第二间隙的宽度大于第一间隙。

进一步地，两个呈V形设置的斜向安装槽之间形成一定角度θ1，110° <θ1<130°

进一步地，所述磁钢沿直轴方向上的厚度为h，外层安装槽内永磁体的厚度 h1大于内层安装槽内永磁体的厚度h2，外层安装槽内永磁体提供永磁磁场激励源，内层安装槽内永磁体起辅助励磁作用，并分担高速弱磁时，反向直轴方向磁场，防止永磁体永久性退磁。

进一步地，侧向空气孔与气隙侧间隙为肋宽r1，外层安装槽端部与气隙侧间隙宽度为肋宽r2，r1为0.5～0.7r2。

进一步地，外层减重孔为棱形，棱端倒圆角，其中大棱角度θ2＝2*(180°-θ1)；内层减重孔为三角形，端角为倒圆角，底边为圆弧，圆弧圆心与电机圆心一致。

相对于现有技术，本实用新型的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本实用新型所述的改进方案，每组直轴方向基于两层空气层，由于空气导磁性能远低于导磁铁芯，故交直轴磁路中磁阻不对称，使电机具有较高的凸极比(Lq/Ld)和交直轴电感之差(Lq-Ld)；

2、外层安装槽内永磁体的厚度h1大于内层安装槽内永磁体的厚度h2，外层安装槽内永磁体提供永磁磁场激励源，内层安装槽内永磁体起辅助励磁作用，并分担高速弱磁时，反向直轴方向磁场，防止永磁体永久性退磁；

3、交轴侧留有侧向空气孔，侧向空气孔与气隙侧间隙为肋宽r1，外层安装槽端部与气隙侧间隙宽度为肋宽r2，r1为0.5～0.7r2。交轴空气孔可以增大交、直轴磁路磁阻，主要减小直轴电感，增大凸极比，在通入大电流激励下，交轴磁路饱和，交轴空气孔可以减小凸极率的下降速率。同时还可以优化气隙中磁密，减小谐波分量，降低电机振动及噪声；

4、外层减重孔为棱形，棱端倒圆角，其中大棱角度θ2＝2*(180°-θ1)；内层减重孔为三角形，端角为倒圆角，底边为圆弧，圆弧圆心与电机圆心一致，使其在减重的情况下，能够提高电机的输出扭矩；

5、由于这样特殊结构的转子和定子组成的永磁电机，结构十分简单，便于控制，功率密度进一步增大。用在电动汽车驱动电机上，可以进一步提高电机的转矩，减轻电机的重量和体积，增加电机工作的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型所述的转子铁芯图。

图2是图1的局部放大图。

图3是本实用新型所述的转子放置磁钢后的结构示意图。

图4的图3的局部放大示意图。

附图标记：

1外层安装槽、2内层安装槽、3侧向空气孔、4外层减重孔、5内层减重孔；

11直线安装槽、12外层安装槽锐化端；

21斜向安装槽、22具有切削面的锐化端、23隔磁桥。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

首先对本实用新型涉及的一些缩略语或专业术语进行定义：

磁阻电机：是一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。

交直轴：交轴也叫q轴，直轴也叫d轴，他们实际上是坐标轴，而不是实际的轴在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，将电机的数学模型转换到此坐标系下，可实现d轴和q轴的解耦,从而得到良好控制特性。

本实用新型提供了一种永磁同步磁阻电机，主要由定子、转子、转轴组成，定子和转子间具有气隙，转子由转轴支撑。所述定子包含定子本体、设置在定子本体上的定子绕组，其中电机定子由定子齿、定子轭和定子槽组成，定子槽采用梨形槽，槽内放有绕组，电枢绕组采用整数槽分布绕组。关于定子部分为现有技术，在本说明书中不再赘述。

参考图1中，沿着所述转子的圆周外侧分布有N组双层空气层，所述双层空气层包括内层安装槽2和与内层安装槽2配合的外层安装槽1，所述外层安装槽 1半包于内层安装槽2内；

所述外层安装槽1包括一直线安装槽11，所述直线安装槽11的端部为具有切削面的外层安装槽锐化端12；

所述内层安装槽2包括两个呈V形设置的斜向安装槽21，所述斜向安装槽21的端部为具有切削面的锐化端22，所述两个呈V形设置的斜向安装槽之间设有第一间隙，所述第一间隙形成隔磁桥23；

所述呈V形设置的斜向安装槽21的外侧分别设置侧向空气孔3，相邻两个双层空气层共用一个侧向空气孔3，斜向安装槽21和侧向空气孔3之间设有第二间隙；

沿着所述转子的圆周内侧分布有N个外层减重孔4和N个内层减重孔5，所述的N为正偶数。

进一步地，内层安装槽和外层安装槽内均设有相应的永磁体，安装槽的长度和宽度分别比相应的永磁体大0.01mm，以防止永磁体滑动。

进一步地，所述外层安装槽锐化端为沿直线安装槽11向两侧凸起的斜角，所述内层安装槽的两个呈V形设置的斜向安装槽21的外侧端设有向外侧延伸的三角形凸起，所述三角形凸起的端部呈圆角状，且朝向外层安装槽锐化端。安装槽 21外侧延伸的三角形凸起部分可以减小漏磁；安装槽21内测锐化端为减小槽内永磁体漏磁。

进一步地，斜向安装槽21和侧向空气孔3之间的第二间隙的宽度大于两个呈V形设置的斜向安装槽之间的第一间隙。中间间隙优化第一目标为保证电机极限转速下转子结构强度，因为高速工况下，电机离心力主要由中间气隙和两侧气隙承担，中间气隙为主要承受点，第二目标为降低直轴电感和减小漏磁；安装槽21和外侧空气孔3之间的气隙除了保证直轴电感和结构强度外，还需要尽可能的保证交轴电感不被降低过多，保证电机设计需要的凸极比(Lq/Ld)和 Lq-Ld)。减小直轴电感可以减小反电势电压，增加弱磁范围，高凸极比和交直轴电感之差可以增加电感磁阻特性和系统功率因素。因此第二间隙宽度大于第一间隙。

进一步地，两个呈V形设置的斜向安装槽之间形成一定角度θ1，110° <θ1<130°，优选的角度为115°--123°，V形为基本的聚磁结构，在相同的磁钢用量下，V形磁钢产生的磁场强度较好，能够使气隙不存在0磁密区域，从而使气隙磁密具有较好的正弦度，并能减小气隙中的谐波含量。

进一步地，所述磁钢沿直轴方向上的厚度为h，外层安装槽内永磁体的厚度 h1大于内层安装槽内永磁体的厚度h2，外层安装槽内永磁体提供永磁磁场激励源，内层安装槽内永磁体起辅助励磁作用，并分担高速弱磁时，反向直轴方向磁场，防止永磁体永久性退磁。外层永磁体厚度大于内层永磁体厚度，是因为外侧作为主磁场需要足够的励磁磁通，电机在满负载运行情况下，可以尽可能降低电机的电负荷，在满足相同磁负荷下，外层可以使磁钢用量更少；内层主要为辅助励磁，在保证电机磁负荷、磁阻性能、退磁能力等要求下，可以降低磁钢用量。

进一步地，侧向空气孔与气隙侧间隙为肋宽r1，外层安装槽端部与气隙侧间隙宽度为肋宽r2，r1为0.5～0.7r2，优选r1＝0.65r2。交轴空气孔可以增大交、直轴磁路磁阻，主要减小直轴电感，增大凸极比，在通入大电流激励下，交轴磁路饱和，交轴空气孔可以减小凸极率的下降速率。同时还可以优化气隙中磁密，减小谐波分量，降低电机振动及噪声。

进一步地，外层减重孔为棱形，棱端倒圆角，其中大棱角度θ2＝2*(180°-θ1)；内层减重孔为三角形，端角为倒圆角，底边为圆弧，圆弧圆心与电机圆心一致。

本实用新型在实施时，电机在不挖空气层时，Ld＝Lq,当电机外层空气层1和空气层2作为电机基本的磁阻结构，在转子直轴磁路中设置了2层空气磁障，可以增加直轴磁阻磁阻，大幅度减小直轴电感，小幅度减小交轴电感；在安装槽内放置永磁体，因为永磁体磁导率与空气一致，不改变电机磁阻特性，为减小漏磁，和电机结构强度，需要对安装槽端部进行倒圆角和锐化角，通过复杂的优化算法，以输出扭矩、效率、功率因素为目标函数，优化电机性能。其次该结构组合使得交轴磁路主要集中在第一、第二层磁钢之间，转子磁轭密度降低，从而减小转子轭部厚度，减小的转子轭采用去重挖空措施，可以有效地降低转子转动惯量，

提高转子动态响应性能。对于高速电机需要考虑其电磁噪声，在q轴挖孔，可以有效地降低气隙谐波，削弱共振点电磁噪声，在空气孔和V形空气层留有气隙为保证磁阻磁路不被破坏，保证交轴电感不会降低很多。此外该组合结构下的转子可以有效地削弱电机转子3次5次谐波，波形正弦度更高，可以有效地降低铁芯损耗。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (6)

1.一种永磁同步磁阻电机，该电机包括定子和位于定子内的转子，定子和转子间具有气隙，其特征在于：沿着所述转子的圆周外侧分布有N组双层空气层，所述双层空气层包括内层安装槽和与内层安装槽配合的外层安装槽，所述外层安装槽半包于内层安装槽内；所述外层安装槽包括一直线安装槽，所述直线安装槽的端部为具有切削面的锐化端；所述内层安装槽包括两个呈V形设置的斜向安装槽，所述斜向安装槽的端部为具有切削面的锐化端，所述两个呈V形设置的斜向安装槽之间设有第一间隙，所述第一间隙形成隔磁桥；所述呈V形设置的斜向安装槽的外侧分别设置侧向空气孔，相邻两个双层空气层共用一个侧向空气孔，斜向安装槽和侧向空气孔之间设有第二间隙；沿着所述转子的圆周内侧分布有N个外层减重孔和N个内层减重孔，所述的N为正偶数。

2.如权利要求1所述的一种永磁同步磁阻电机，其特征在于内层安装槽和外层安装槽内均设有相应的永磁体，安装槽的长度和宽度分别比相应的永磁体大0.01mm，以防止永磁体滑动。

3.如权利要求1所述的一种永磁同步磁阻电机，其特征在于所述锐化端的端部具有斜角或倒圆角。

4.如权利要求1所述的一种永磁同步磁阻电机，其特征在于第二间隙的宽度大于第一间隙。

5.如权利要求1所述的一种永磁同步磁阻电机，其特征在于两个呈V形设置的斜向安装槽之间形成一定角度θ1，110°<θ1<130°。

6.如权利要求1所述的一种永磁同步磁阻电机，其特征在于：所述外层安装槽内永磁体的厚度h1大于内层安装槽内永磁体的厚度h2，外层安装槽内永磁体提供永磁磁场激励源，内层安装槽内永磁体起辅助励磁作用，并分担高速弱磁时，反向直轴方向磁场，防止永磁体永久性退磁。

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