一种高转矩密度非对称转子结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高转矩密度非对称转子结构，所述转子结构分为单向偏移非对称转子结构和双向偏移非对称转子结构。转子上分布铁氧体永磁体和钕铁硼永磁体，所述铁氧体永磁体为轮辐状分布。所述钕铁硼永磁体为“一”字型，且转子外圆处。所述单向偏移结构的钕铁硼的轴中心从相邻铁氧体的中心线逆时针偏转α角；所述双向偏移结构的钕铁硼分别顺时和逆时针旋转β角和γ角。本发明专利技术采用的混合永磁体结构，实现了混合永磁转矩峰值与磁阻转矩峰值在相同的电流角下同时达到最大，提高了永磁利用率和电机的输出转矩；有效的改善了气隙磁密波形，降低了齿槽转矩和转矩脉动，并降低了铁心损耗和涡流损耗。

A high torque density asymmetric rotor structure

【技术实现步骤摘要】
一种高转矩密度非对称转子结构
本专利技术涉及电机
，尤其涉及一种高转矩密度非对称少稀土永磁转子结构，该转子结构适用于压缩机、空调、电动工具和电动汽车等应用场合。
技术介绍
随着稀土永磁材料的发展，以钕铁硼为主的永磁电机由于具有高效率、高功率密、高可靠性等显著特点，且结构设计多种多样，因此对永磁电机结构的优化设计，能够最大限度的提高其性能和效率，在国民经济的各个领域中的应用越来越广泛。近年来稀土矿产的过度开采不仅使得稀土储备量大幅下降，而且对生态环境造成了严重破坏，为了保护稀土资源以及缓解由于稀土永磁需求量增加造成的价格飙升，出现了用非稀土永磁材料代替部分稀土永磁的少稀土混合永磁电机。少稀土混合永磁型电机是一种常见的转子永磁同步电机。一直以来，国内外学者研究的比较多的是转子永磁型电机，这是因为相比于传统交流同步电机，转子永磁型电机有诸多的优点。在转子永磁型电机中，转子极上通过永磁材料的使用来代替传统交流同步电机中的励磁绕组，减少了铜耗。由于少稀土电机采用低矫顽力的铁氧体永磁代替了一部分的稀土永磁，转矩输出能力受到限制且铁氧体永磁可能会出现退磁现象。永磁体被铁磁材料包围，容易导致磁极间漏磁，当电机旋转时造成气隙波形畸变，其径向分量会造成定子与转子间的振动，并导致电机固有性能的下降。因此，合理的设计两种永磁体的位置分布、磁路结构、永磁体槽型及定子磁路结构，对提高电机转矩特性、抗退磁能力及电机动态性能具有重要的理论意义和经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种少稀土非对称转子永磁电机的转子结构，采用该结构可以改变永磁转矩和磁阻转矩之间电流角的相对位置，提高转矩输出能力，降低转矩脉动，实现电机高效率及低转矩脉动运行，提高电机的工作性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是利用永磁体间的相对位置和磁障的改变，进而改变d轴和q轴之间的电角度，最终达到改变最大永磁转矩和磁阻转矩之间的电流角，并通过优化磁障大小和位置，改善磁路路径，有效提高输出转矩。一种高转矩密度非对称转子结构，转子结构同轴位于定子内部中心，包括硅钢片(1)、铁氧体永磁体(4)、钕铁硼永磁体(3)，转子每个极上固定镶嵌有一块矩形的铁氧体永磁体(4)，位于转子内部呈轮辐状分布，铁氧体径向对称轴与转子极中心线重合，钕铁硼永磁体(3)位于相邻的铁氧体永磁体(4)之间，呈一字型排开且位于靠近气隙处，在钕铁硼永磁体(3)两侧分别设置左侧磁障(5)、右侧磁障(6)，所述钕铁硼永磁体(3)根据分布形式的不同可分为单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构。进一步，铁氧体永磁体(4)沿切向充磁，相邻铁氧体永磁体(4)的充磁方向相反，钕铁硼永磁体(3)沿径向充磁，相邻钕铁硼永磁体(3)的充磁方向也相反。进一步，单向偏移非对称转子结构中，每块钕铁硼永磁体(3)的径向中心线与相邻铁氧体永磁体(4)的对称轴不重合，钕铁硼永磁体(3)的径向中心线从相邻铁氧体永磁体(4)的对称轴逆时针偏移α角，α的取值范围为0～180°/p，p为极对数；双向偏移非对称转子结构中，相邻钕铁硼永磁体(3)的径向中心线分别顺时针、逆时针偏移β角和γ角，β角和γ角需满足β+γ<180/p，p为极对数。进一步，单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构的铁氧体永磁和钕铁硼永磁体的用量分别相同，且形状大小相同，铁氧体永磁体(4)沿充磁方向的厚度是w2，沿转子径向方向的宽度是h2，钕铁硼永磁体(3)沿充磁方向的厚度是h1，沿转子切向方向的宽度w1，w1:w2＝1:3.7,h1:h2＝1:1.3。进一步，单向偏移非对称转子结构中，每块钕铁硼永磁体(3)左侧磁障(5)和右侧磁障(6)的宽度分别为w3、w4，w3:w4＝1：1.8；双向偏移非对称转子结构中，每块钕铁硼永磁体(3)左侧磁障(5)和右侧磁障(6)的宽度分别为w6、w7，w6:w7＝1：1；所有左侧磁障(5)和右侧磁障(6)径向的厚度与钕铁硼充磁方向的厚度相同，为w1。进一步，双向偏移非对称转子结构中，相近两个磁障的顶部之间设置有可以实现加强转子结构强度和隔磁作用的加强筋(7)。进一步，铁氧体永磁体(4)槽的顶部距离转子圆心01，钕铁硼永磁体(3)槽底部距离转子圆心02，02-01＝2mm。进一步，铁氧体永磁体(4)下方设有第三磁障(8)，第三磁障(8)上端面与铁氧体永磁体(4)下端面齐平，第三磁障(8)下端面与转子内圆融合；第三磁障(8)切向宽度w5与铁氧体永磁体(4)充磁方向宽度w2比值为1:2。本专利技术的一种高转矩密度非对称转子永磁电机的转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：1)本专利技术的转子同时采用了稀土永磁体和非稀土永磁体两种性能不同的材料，且非稀土永磁体用量占总永磁用量的70％以上，在确保该混合永磁转子的转矩密度不降低的前提下，永磁体成本降低50％以上，能在具备较高的转矩密度和功率密度的前提下满足电动汽车应用场合对转矩和功率的要求。2)采用的非对称转子结构，改变了原有的d轴和q轴的磁路，两者之间的电角度改变，进而改变了最大磁阻转矩和最大永磁转矩之间的电角度。通过合适的永磁体的位置设置，使磁阻转矩和永磁转矩在相近甚至相同电流角下同时达到峰值，进而有效提高了电机的输出转矩。3)采用的铁氧体永磁与钕铁硼永磁组合励磁，稀土永磁产生的磁通与铁氧体永磁产生的磁通相串联，特别对于单向偏移非对称转子永磁结构，高磁能积的钕铁硼永磁位于铁氧体永磁体的外侧，能有效提高铁氧体永磁的工作点，防止了铁氧体永磁的不可逆退磁。4)采用的铁氧体永磁体呈轮辐状分布结构，永磁体沿圆周切向方向交替充磁，钕铁硼永磁体呈“一”字型分布，沿径向方向交替充磁，利用“聚磁效应”有效提高了永磁材料的利用率和转矩密度。转子整体结构上采用了分块模块化的部件结构，有效降低了转子铁心的涡流损耗和铁耗。附图说明图1为单向偏移非对称转子永磁电机的转子局部结构示意图；图2为双向偏移非对称转子永磁电机的转子局部结构示意图；图3为单向偏移非对称转子永磁电机的转子截面结构示意图；图4为单向偏移非对称转子永磁电机的转子截面结构示意图；图5为单向偏移非对称转子永磁电机的永磁体结构和几何尺寸标注放大示意图。图6为双向偏移非对称转子永磁电机的永磁体结构和几何尺寸标注放大示意图。图中：1-硅钢片，3-钕铁硼永磁体，4-铁氧体永磁体，5-左侧的磁障，6-右侧的磁障，7-加强筋，8-第三磁障。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步阐述：如图1-4所示，一种高转矩密度非对称转子结构，转子结构同轴位于定子内部中心，包括硅钢片1、铁氧体永磁体4、钕铁硼永磁体3，转子每个极上固定镶嵌有一块矩形的铁氧体永磁体4，位于转子内部呈轮辐状分布，铁氧体径向对称轴与转子极中心线重合，钕铁硼永磁体3位于相邻的铁氧体永磁体4之间，呈一字型排开且位于靠近气隙处，在钕铁硼永磁体3两侧分别设置左侧磁障5、右侧磁障6，所述钕铁硼永磁体3根据分布形式的不同可分为单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构。单向偏移非对称转子结构中，每块钕铁硼永磁体3的径向中心线与相邻铁氧体永磁体4的对称轴不重合，钕铁硼永磁体3的径向中心线从相邻铁氧体永磁体4的对称轴逆时针偏移α角，α的取值范围为0～180°/p，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高转矩密度非对称转子结构，其特征在于：转子结构同轴位于定子内部中心，包括硅钢片(1)、铁氧体永磁体(4)、钕铁硼永磁体(3)，转子每个极上固定镶嵌有一块矩形的铁氧体永磁体(4)，位于转子内部呈轮辐状分布，铁氧体径向对称轴与转子极中心线重合，钕铁硼永磁体(3)位于相邻的铁氧体永磁体(4)之间，呈一字型排开且位于靠近气隙处，在钕铁硼永磁体(3)两侧分别设置左侧磁障(5)、右侧磁障(6)，所述钕铁硼永磁体(3)根据分布形式的不同可分为单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构。

【技术特征摘要】
1.一种高转矩密度非对称转子结构，其特征在于：转子结构同轴位于定子内部中心，包括硅钢片(1)、铁氧体永磁体(4)、钕铁硼永磁体(3)，转子每个极上固定镶嵌有一块矩形的铁氧体永磁体(4)，位于转子内部呈轮辐状分布，铁氧体径向对称轴与转子极中心线重合，钕铁硼永磁体(3)位于相邻的铁氧体永磁体(4)之间，呈一字型排开且位于靠近气隙处，在钕铁硼永磁体(3)两侧分别设置左侧磁障(5)、右侧磁障(6)，所述钕铁硼永磁体(3)根据分布形式的不同可分为单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构。2.根据权利要求1所述的一种高转矩密度非对称转子结构，其特征在于：铁氧体永磁体(4)沿切向充磁，相邻铁氧体永磁体(4)的充磁方向相反，钕铁硼永磁体(3)沿径向充磁，相邻钕铁硼永磁体(3)的充磁方向也相反。3.根据权利要求1所述的一种高转矩密度非对称转子结构，其特征在于：单向偏移非对称转子结构中，每块钕铁硼永磁体(3)的径向中心线与相邻铁氧体永磁体(4)的对称轴不重合，钕铁硼永磁体(3)的径向中心线从相邻铁氧体永磁体(4)的对称轴逆时针偏移α角，α的取值范围为0～180°/p，p为极对数；双向偏移非对称转子结构中，相邻钕铁硼永磁体(3)的径向中心线分别顺时针、逆时针偏移β角和γ角，β角和γ角需满足β+γ<180/p，p为极对数。4.根据权利要求2所述的一种高转矩密度非对称转子结构，其特征在于：单向偏移非对称转子结构以及双向偏移非对称转子结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝勇，曾现现，徐磊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32