一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，包含两个磁极，包括转子铁芯、永磁体槽及永磁体，所述永磁体槽设置在转子铁芯上，采用每极2层，所述永磁体放置在永磁体槽内，每层永磁体槽包括一个半圆环永磁体槽及两个矩形永磁体槽，所述矩形永磁体槽对称分布在半圆环永磁体槽两端，本实用新型专利技术结构、制造工艺简单、分析设计方便、机械集成度和机械强度高、驱动控制容易、在高转速工况下可靠性高，提高了电机的功率密度，在相同的容量下，减少了永磁体利用量，在当前全球稀土资源贫乏危机和推进可持续发展的背景下具有重大意义，为推动转子永磁磁阻混合励磁同步电机的实用化、产业化、商业化提供了新的思路和解决方案。

Permanent magnet reluctance hybrid excitation rotor structure of 2 pole permanent magnet synchronous motor

The utility model discloses a 2 hybrid excitation permanent magnet reluctance rotor structure of permanent magnet synchronous motor, comprising two poles, including a rotor core and a permanent magnet slot and the permanent magnet, the permanent magnet grooves are arranged on a rotor core, with each pole 2 layer, the permanent magnet is arranged on the permanent magnet slot within each layer of permanent magnet slot comprises a semicircular ring permanent magnet slot and two rectangular permanent magnet slot, the rectangular permanent magnet grooves are symmetrically distributed on the both ends of the semi-circular ring permanent magnet slot structure, the utility model, the manufacturing process is simple, convenient, mechanical analysis and design and integration of high mechanical strength, easy to drive and control in the condition of high speed, high reliability, improves the power density of the motor, in the same capacity, reduce the use amount of permanent magnets, great in the current global rare earth resource poor crisis and promote the sustainable development of the background It provides a new idea and solution for the practical, industrialization and commercialization of rotor permanent magnet reluctance hybrid excitation synchronous motor.

【技术实现步骤摘要】
一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构
本技术涉及一种2极永磁同步电机的转子结构，尤其涉及一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构。
技术介绍
永磁同步电机由于高性能稀土永磁体的应用，而与其他类型电机相比具有高效、高功率密度和高转矩密度的特点，因而应用领域正在不断扩大，应用范围从玩具、工业应用到舰船牵引用的大型永磁电机，在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛应用。针对永磁同步电机，目前存在两个相互联系的问题，其一，稀土永磁体的采用所带来的电机高成本问题；其二，采用稀土永磁体如何进一步提高电机功率密度转矩的问题。铁氧体永磁是一种价格低廉但磁性能较低的永磁体，该种永磁体替代稀土永磁体用于永磁同步电机中可以一定程度上降低电机的成本，但电机的功率密度和转矩密度都很低。如何将铁氧体永磁体替代稀土永磁体用于永磁同步电机中，从而得到与稀土永磁同步电机相近的功率密度转矩，如何使稀土永磁体具有更高的功率密度和转矩密度是永磁同步电机的重要研究内容。永磁同步电机可以是纯永磁励磁的转子磁路结构，也可以是永磁和磁阻混合励磁的转子磁路结构，基于后者的永磁同步电动机在没有任何代价的前提下产生的磁阻功率和磁阻转矩可以达到永磁功率和永磁转矩的40％以上，从而使永磁同步电动机的功率密度和转矩密度大大提高，在采用铁氧体永磁时也可以使电机的功率密度转矩密度基本不变。永磁和磁阻混合励磁的转子磁路结构，在永磁同步电机中主要用于4极及4极以上电机，在二极电机应用较少，这是由于2极永磁同步电机由于只有2极磁体，很难实现永磁和磁阻的混合励磁。但是二极永磁同步电机具有重要应用价值，比如分布发电或低温余热发电用的永磁同步发电机，在电动机中，由于2极电机具有的基本转速高，对高速的同步电动机也具有重要应用价值。永磁同步磁阻电动机的研究起源于1992年，IEEEIAS年会率先专门介绍和讨论了永磁同步磁阻电动机的基本理论和应用。之后许多国家的学者展开了一系列的研究工作，其中美国、意大利、日本学者在永磁同步磁阻电动机的设计上取得了一些进展。日本大阪府立大学的MorimotoS等人首先在2001年设计了一个四层磁障的冲片叠压式永磁同步磁阻电动机，优化后的结构中永磁体用量为同容量永磁电机的1/4，但产生的效率与传统内置式永磁电机相近。2007年，美国威斯康星大学麦迪逊分校的HanSH指出经过进一步结构优化后的永磁同步磁阻电动机可以做到比一般内置式永磁同步电动机额定转矩工作时转矩脉动更小。2011年，日本大阪府立大学MorimotoS等人在之前研究的指导下优化了转子结构，使优化后的电机性能显著提高，功率密度和效率与同容量内置式永磁电机相近。2012年，韩国成均馆大学JeongYunho设计了一台四层磁障、定子斜槽的铁氧体永磁同步磁阻电动机，实验测得永磁同步磁阻电动机反电动势幅值和谐波较小，因此转矩脉动较小，平均效率更高，且在高速运转时性能优异。但是平均转矩略小于内置式永磁同步电动机，且所需励磁电流较多，铜损稍大。同年，意大利帕多瓦大学的BarcaroM等学者指出，铁氧体剩磁一般为稀土材料的1/3，用铁氧体代替稀土永磁体，虽然转矩密度稍有下降，但是增大轴向长度后，性能接近。并进行了成本核算，即使铁氧体的用量为钕铁硼的两倍，经济成本远远小于稀土永磁同步电动机。我国对永磁同步磁阻电动机的研究起步较晚，可研究成果较少。最早在1997年，清华大学的赵争鸣教授向国内介绍永磁同步磁阻电动机，然后在2005年研究了永磁同步磁阻电动机的结构与电磁参数关系、转矩特性和控制策略。2013年，华北电力大学的徐扬研究了永磁同步磁阻电动机转矩脉动的组成。同年，山东大学的王秀和教授研究认为通过选择组合磁极各部分的极弧宽度，可以大量削减转矩脉动。目前，混合动力汽车、电动汽车和工业牵引起重等高
对运行可靠、功率密度大、控制平稳的电动机的需求与日俱增，然而非永磁材料的感应电机性能不尽人意，传统永磁同步电机不利于节省珍贵的稀土资源，从而对混合励磁的永磁同步电机永磁磁阻电动机的研究及应用提出了更高更迫切的要求。纵观前人所做的工作，永磁同步电机永磁磁阻电动机的种类和结构虽然较多，但大部分还不十分完善，仍处于实验室研究阶段，距实际应用还存在一定的距离。由于永磁同步电机永磁磁阻电动机结构和原理的特殊性，为最终实现其产业化、商业化，需重点研究和解决以下方面的问题：1.新转子结构的样机研发和现有电机转子结构的优化设计问题。根据不同应用场合对永磁同步电机永磁磁阻电机的不同要求，继续研制开发采用新转子结构的永磁同步电机永磁磁阻电动机，以扩展永磁同步电机永磁磁阻电动机的种类，拓宽永磁同步电机永磁磁阻的应用范围。优化现有永磁同步电机永磁磁阻电动机转子结构，使转子结构简单，便于制造，提高电机转子的机械集成度和机械强度。2.电机转子的制造和加工工艺问题。由于多永磁同步电机永磁磁阻电动机的转子结构与传统的内置式永磁同步电机有明显差别，所以许多用于内置式永磁同步电机设计的经验公式和图标曲线均不适用于永磁同步电机永磁磁阻电动机的转子设计。因此，必须根据永磁同步电机永磁磁阻电动机转子的具体结构特点，总结出设计经验公式，为以后永磁同步电机永磁磁阻电动机转子结构的优化设计提供参考。此外，由于电机转子结构复杂，加工比较困难，所以还必须重视转子加工工艺的研究，提高永磁同步电机永磁磁阻电动机转子加工的精确度。3.永磁同步磁阻电动机的转子永磁体材料的选择及用量优化问题。永磁同步磁阻电动机充分利用磁阻转矩，永磁转矩只起辅助作用，因此若选择性能好、剩磁大的永磁体材料或添加过多量，会引起严重饱和，减小弱磁调速范围，并且从经济成本角度考虑，在满足性能要求的情况下选择合适的永磁材料以及使用最少的永磁体，成为永磁同步磁阻电动机转子设计的一个关键技术。4.永磁同步磁阻电动机转矩脉动问题。高精度运动控制系统要求永磁同步磁阻电动机转矩平稳，转矩脉动过大会降低驱动系统的可靠性，不利于电机平稳运行。永磁同步磁阻电动机转矩脉动由空载时的齿槽转矩和负载时的纹波转矩组成。齿槽转矩是转子磁阻变化或者定子齿槽引起磁导变化产生的，与定子励磁无关。纹波转矩由定子电流磁动势和转子分布磁链作用产生，纹波转矩是转矩脉动的主要部分。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服二极永磁同步电机难以利用磁阻功率和磁阻转矩来提高电机功率密度和转矩密度的缺陷，提出一种针对二极永磁同步电机的永磁和磁阻混合励磁的转子磁路结构，提高2极永磁同步电机的功率密度、转矩密度，同时提高其运行效率，即使采用铁氧体永磁，也可以保证电机的功率密度、转矩密度和运行效率基本不变，而成本大大降低。本技术采用如下技术方案：一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，包含两个磁极N极和S极，包括转子铁芯、永磁体槽及永磁体，所述永磁体槽设置在转子铁芯上，所述永磁体放置于永磁体槽内。进一步的，所述两个磁极的分布是对称的，每个磁极是左右对称的，即所述的转子磁路结构无论在结构上还是在电磁上都是对称的。进一步的，所述转子铁芯由叠压硅钢片冲压而成。进一步的，所述永磁体槽采用每极2层。进一步的，所述每层的永磁体槽包括一个半圆环永磁体槽及两个矩形永磁体槽，所述矩形永磁体槽对称分布在半圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，其特征在于，包含两个磁极N极和S极，包括转子铁芯、永磁体槽及永磁体，所述永磁体槽设置在转子铁芯上，所述永磁体放置在永磁体槽内；所述永磁体槽采用每极2层；所述每层的永磁体槽包括一个半圆环永磁体槽及两个矩形永磁体槽，所述矩形永磁体槽对称分布在半圆环永磁体槽两端。

【技术特征摘要】
1.一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，其特征在于，包含两个磁极N极和S极，包括转子铁芯、永磁体槽及永磁体，所述永磁体槽设置在转子铁芯上，所述永磁体放置在永磁体槽内；所述永磁体槽采用每极2层；所述每层的永磁体槽包括一个半圆环永磁体槽及两个矩形永磁体槽，所述矩形永磁体槽对称分布在半圆环永磁体槽两端。2.如权利要求1所述的一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，其特征在于，所述两个磁极的分布是对称的，每个磁极是左右对称的，即所述的转子磁路结构无论在结构上还是在电磁上都是对称的。3.如权利要求1所述的一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，其特征在于，所述转子铁芯由叠压硅钢片冲压而成。4.如权利要求1所述的一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐衍亮，张懿夫，王冰冰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37