带空气磁障的永磁同步电机转子制造技术

一种带空气磁障的永磁同步电机转子，涉及电机技术领域，所解决的是提高弱磁扩速能力的技术问题。该转子包括转子铁心，及固定在转子铁心外周面的多个表面磁体，各个表面磁体围绕转子铁心的轴心对称间隔布设；所述表面磁体的中部沿转子铁心的径向向外弧形凸出，使得表面磁体在转子铁心的径向截面中呈中间厚两侧薄的面包状，并且转子铁心的直轴将表面磁体划分为对称的两半；所述转子铁心的外周面上形成有多个径向向内凹陷的表面磁障凹槽，各个表面磁障凹槽分布在各个表面磁体之间，每两个相邻的表面磁体之间布设有一个表面磁障凹槽，并且转子铁心的交轴将表面磁障凹槽划分为对称的两半。本发明专利技术提供的转子，能改善电机动态性能。

Permanent Magnet Synchronous Motor Rotor with Air Magnetic Barrier

The utility model relates to a permanent magnet synchronous motor rotor with air magnetic barrier, which relates to the technical field of motor, and solves the technical problem of improving the ability of weak magnetic speed expansion. The rotor comprises a rotor core and a plurality of surface magnets fixed on the outer surface of the rotor core, each surface magnet is arranged symmetrically around the axis of the rotor core; the middle part of the surface magnet is arced outward along the radial direction of the rotor core, so that the surface magnet is bread-like in the radial section of the rotor core, and the straight axis of the rotor core will surface. The magnet is divided into two symmetrical halves; the outer surface of the rotor core is composed of several surface magnetic barrier grooves with radial inward sags, and each surface magnetic barrier groove is distributed among the surface magnets. A surface magnetic barrier groove is arranged between each two adjacent surface magnets, and the surface magnetic barrier groove is divided into two symmetrical halves by the axis of the rotor core. The rotor provided by the invention can improve the dynamic performance of the motor.

【技术实现步骤摘要】
带空气磁障的永磁同步电机转子
本专利技术涉及电机技术，特别是涉及一种带空气磁障的永磁同步电机转子的技术。
技术介绍
电机是电气驱动系统的核心，电机的性能、效率直接影响电动汽车的性能。目前用于电动汽车的宽调速、高转矩永磁同步电机（PMSM）还存在着技术瓶颈，存在功率密度低，高速恒功率范围窄、力矩波动大、过载能力低和可靠性差等缺陷，难以满足要求。根据转子永磁体配置位置的不同，可以把PMSM分为表面安装式永磁转子结构和内置式永磁转子结构两大类。内置式永磁同步电机（IPMSM）相比表面安装式永磁同步电机（SPMSM）的优点在于：IPMSM的转子为典型的凸极结构，交轴电感大于直轴电感（Lq＞Ld），属于弱磁型结构，有凸极效应，凸极率=（Lq/Ld）＞1，使电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的起动特性、过载能力和功率密度，易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行，但是必须通过弱磁（即：增加定子直轴去磁电流分量）来获得磁阻转矩，存在着漏磁大，恒转矩小的缺陷。表面安装式永磁同步电机（SPMSM）相比内置式永磁同步电机（IPMSM）的优点在于：SPMSM漏磁少，转矩大，转矩脉动低，结构简单，制造成本低，转动惯量小等特点，适合用于低速、大转矩的直接驱动系统。但长期以来SPMSM传统结构存在着以下缺陷：永磁体通常呈瓦片形（弧形），并位于转子铁心的外表面上，由于永磁体的相对回复磁导率接近空气，交、直轴气隙均匀，交、直轴电感相等（Ld=Lq），电磁性能上属于隐极磁路，不产生磁阻转矩，而且由于等效气隙较大，比IPMSM更难解决弱磁扩速，必须在定子绕组中通入很大的直轴电流，达到弱磁扩速的目的，这种方法会减小转矩，增加定子损耗，降低驱动系统效率，且功率密度低，并可能导致永磁体不可逆退磁危险，弱磁扩速能力差是阻碍SPMSM向高速发展的根本原因。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种弱磁扩速能力好的带空气磁障的永磁同步电机转子。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种带空气磁障的永磁同步电机转子，包括转子铁心，及固定在转子铁心外周面的多个表面磁体，各个表面磁体围绕转子铁心的轴心对称间隔布设；其特征在于：所述表面磁体的中部沿转子铁心的径向向外弧形凸出，使得表面磁体在转子铁心的径向截面中呈中间厚两侧薄的面包状，并且转子铁心的直轴将表面磁体划分为对称的两半；所述转子铁心的外周面上形成有多个径向向内凹陷的表面磁障凹槽，各个表面磁障凹槽分布在各个表面磁体之间，每两个相邻的表面磁体之间布设有一个表面磁障凹槽，并且转子铁心的交轴将表面磁障凹槽划分为对称的两半。进一步的，所述表面磁障凹槽是径向向内弧形凹陷的弧形凹槽；所述转子铁心上设有多个内部磁障槽，所述内部磁障槽是向内弧形凸出的弧线形槽，并且内部磁障槽的数量与表面磁障凹槽的数量一致，各个内部磁障槽与各个表面磁障凹槽一一对应，并且相互对应的内部磁障槽、表面磁障凹槽都同心布设，并且转子铁心的交轴将内部磁障槽划分为对称的两半。进一步的，设表面磁障凹槽的半径为L1，内部磁障槽在转子铁心径向上的宽度为h1，表面磁体在转子铁心直轴处的厚度为hm1，则有（L1+h1）>hm1。进一步的，所述表面磁障凹槽为径向向内凹陷的等腰梯形凹槽，所述转子铁心上设有多个内部磁障槽，所述内部磁障槽是向内凸出且呈等腰梯形弯折的三折线形线槽，并且内部磁障槽的数量与表面磁障凹槽的数量一致，各个内部磁障槽围绕转子铁心的轴心对称间隔布设，并且转子铁心的交轴将内部磁障槽划分为对称的两半。进一步的，所述表面磁障凹槽为径向向内凹陷的U型凹槽。进一步的，设表面磁障凹槽的深度为L3，表面磁体在转子铁心直轴处的厚度为hm3，则有L3>hm3。本专利技术提供的带空气磁障的永磁同步电机转子，通过面包状的表面磁体与空气磁通屏障构成增磁型结构，克服了现有表面安装式永磁同步电机和内置式永磁同步电机的弊病，通过增磁电流+Id辅助表面磁体的磁通量，起增磁作用，能降低表面磁体退磁风险，能减少表面磁体的体积、重量、成本，从而能减小转子离心力，提高弱磁扩速能力，扩大恒功率范围运行。附图说明图1是本专利技术第一实施例的带空气磁障的永磁同步电机转子的结构示意图；图2是本专利技术第二实施例的带空气磁障的永磁同步电机转子的结构示意图；图3是本专利技术第三实施例的带空气磁障的永磁同步电机转子的结构示意图；图4是现有的交、直轴电感相等（Ld=Lq）的电机与本专利技术第三实施例的转矩/转速特性曲线图。具体实施方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围，本专利技术中的顿号均表示和的关系，本专利技术中的英文字母区分大小写。如图1所示，本专利技术第一实施例所提供的一种带空气磁障的永磁同步电机转子，包括转子铁心11，及固定在转子铁心外周面的多个表面磁体12，各个表面磁体围绕转子铁心的轴心对称间隔布设；所述表面磁体12的中部沿转子铁心11的径向向外弧形凸出，使得表面磁体12在转子铁心的径向截面中呈中间厚两侧薄的面包状，并且转子铁心11的直轴（磁极中心线，d轴）将表面磁体12划分为对称的两半；所述转子铁心11的外周面上形成有多个径向向内弧形凹陷的表面磁障凹槽13，各个表面磁障凹槽13分布在各个表面磁体12之间，每两个相邻的表面磁体12之间布设有一个表面磁障凹槽13，并且转子铁心的交轴（极间中心线，q轴）将表面磁障凹槽13划分为对称的两半；所述转子铁心11上设有多个内部磁障槽14，所述内部磁障槽14是向内弧形凸出的弧线形槽，并且内部磁障槽14的数量与表面磁障凹槽13的数量一致，各个内部磁障槽14与各个表面磁障凹槽13一一对应，并且相互对应的内部磁障槽14、表面磁障凹槽13都同心布设，构成内外双重空气磁通屏障，并且转子铁心的交轴（q轴）将内部磁障槽14划分为对称的两半。设表面磁障凹槽13的半径为L1，内部磁障槽14在转子铁心径向上的宽度为h1，表面磁体12在转子铁心直轴处的厚度为hm1，则有（L1+h1）>hm1。本专利技术第一实施例采用面包状的表面磁体与内外双重空气磁通屏障的组合来优化磁路结构，阻挡转子铁心交轴的磁通路径，增加转子铁心交轴的有效气隙，使转子铁心交轴的合成总气隙长度大于表面磁体的径向磁化厚度，造成转子铁心交轴（q轴）磁阻Rq大于转子铁心直轴（d轴）磁阻Rd（即：Rq>Rd），而电感与磁阻成反比，使得转子铁心直轴电感大于转子铁心交轴电感（即：Ld>Lq），形成Ld>Lq的增磁型结构，通过增磁电流+Id（正直轴电流）来获得磁阻转矩，随着电机转速增加并达到电压极限，+Id逐步减小，使得Id最终变为-Id，以进一步抑制电压，在额定转速以上只需要少量的-Id即可获得良好的弱磁扩速能力，能扩大恒功率范围运行，有效降低损耗，提高系统效率、功率密度和转矩密度。如图2所示，本专利技术第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中，转子铁心21外周面上的表面磁障凹槽23为径向向内凹陷的等腰梯形凹槽，转子铁心21上的内部磁障槽24是向内凸出且呈等腰梯形弯折的三折线形线槽，各个内部磁障槽24围绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带空气磁障的永磁同步电机转子，包括转子铁心，及固定在转子铁心外周面的多个表面磁体，各个表面磁体围绕转子铁心的轴心对称间隔布设；其特征在于：所述表面磁体的中部沿转子铁心的径向向外弧形凸出，使得表面磁体在转子铁心的径向截面中呈中间厚两侧薄的面包状，并且转子铁心的直轴将表面磁体划分为对称的两半；所述转子铁心的外周面上形成有多个径向向内凹陷的表面磁障凹槽，各个表面磁障凹槽分布在各个表面磁体之间，每两个相邻的表面磁体之间布设有一个表面磁障凹槽，并且转子铁心的交轴将表面磁障凹槽划分为对称的两半。

【技术特征摘要】
1.一种带空气磁障的永磁同步电机转子，包括转子铁心，及固定在转子铁心外周面的多个表面磁体，各个表面磁体围绕转子铁心的轴心对称间隔布设；其特征在于：所述表面磁体的中部沿转子铁心的径向向外弧形凸出，使得表面磁体在转子铁心的径向截面中呈中间厚两侧薄的面包状，并且转子铁心的直轴将表面磁体划分为对称的两半；所述转子铁心的外周面上形成有多个径向向内凹陷的表面磁障凹槽，各个表面磁障凹槽分布在各个表面磁体之间，每两个相邻的表面磁体之间布设有一个表面磁障凹槽，并且转子铁心的交轴将表面磁障凹槽划分为对称的两半。2.根据权利要求1所述的带空气磁障的永磁同步电机转子，其特征在于：所述表面磁障凹槽是径向向内弧形凹陷的弧形凹槽；所述转子铁心上设有多个内部磁障槽，所述内部磁障槽是向内弧形凸出的弧线形槽，并且内部磁障槽的数量与表面磁障凹槽的数量一致，各个内部磁障槽与各个表面磁障凹槽一一对应，并且相互对应的内部磁障槽、表面磁障凹槽都同心布设，并且转子铁心的交轴将内部磁障槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：林德芳，
申请(专利权)人：上海特波电机有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31