一种永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子制造技术

本公开提出了一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子，转子设计为非对称结构，包括隔磁桥的结构非对称设置和永磁体的结构非对称设置，可以使电机利用较少的永磁体产生较高的气隙磁密，并降低转矩脉动,保证电机平稳高效运行，同时通过转子非对称结构改变永磁转矩和磁阻转矩的耦合及叠加关系，使永磁转矩和磁阻转矩的最大值能够在相同的电流相位角处叠加，从而充分利用电机的两种转矩成分，在不改变电机尺寸、材料及输入条件的前提下，使电机的电磁转矩获得显著提高，从而进一步提高电机的转矩密度、效率及功率因数等整体性能。

A Permanent Magnet Concentrating Synchronous Reluctance Motor and Its Asymmetric Rotor

A high performance permanent magnet concentrating synchronous reluctance motor and its asymmetric rotor are proposed. The rotor is designed as an asymmetric structure, including the asymmetric structure of the magnetic isolation bridge and the asymmetric structure of the permanent magnet, which can make the motor use fewer permanent magnets to produce higher air gap flux density, reduce the torque ripple, ensure the smooth and efficient operation of the motor, and at the same time, through the asymmetric structure of the rotor pair. The structure changes the coupling and superposition relationship between permanent magnet torque and reluctance torque so that the maximum of permanent magnet torque and reluctance torque can be superimposed at the same current phase angle, thus making full use of the two torque components of the motor, without changing the size, material and input conditions of the motor, the electromagnetic torque of the motor can be significantly improved, thereby further improving the motor's torque. The overall performance of density, efficiency and power factor.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子
本公开涉及电机
，具体的说，是涉及一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。现代机械制造、交通运输、航空航天、农业生产及家用电器等领域对高性能高品质电机有着迫切的需求。近年来，随着永磁材料和控制技术的发展，永磁同步电机因具有转矩密度大、效率高、稳态性能好及运行可靠性高等优点在电机应用领域受到了极大的青睐。但是，由于永磁同步电机弱磁调速性能低及制造成本高等自身特点的制约，其大规模应用与推广仍然存在较大的问题。基于此，有学者提出一种永磁辅助式同步磁阻电机，其有机综合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点。永磁辅助式同步磁阻电机主要有以下特点：(1)交直轴电感相差很大，具有比较大的凸极比，一般在3以上，因此可以充分利用磁阻转矩，产生高转矩密度；(2)与相同转矩能力的永磁同步电机相比，所需要的永磁体用量少，亦可采用低成本的铁氧体永磁材料，减少电机制造成本；(3)与异步电机、开关磁阻电机及同步磁阻电机相比，具有较高的转矩密度、效率和功率因数，利于减小逆变器的容量；(4)电机永磁磁场较弱，电枢磁场的弱磁能力较强，调速性能优异。永磁辅助式同步磁阻电机尚未得到大规模的普及，其主要问题与难点在于：(1)永磁辅助式同步磁阻电机永磁体用量减少有利于降低电机成本和拓展调速范围，但转矩密度、效率和功率因数方面与传统永磁同步电机相比处于劣势。(2)永磁辅助式同步磁阻电机的高转矩密度主要来源于其较高的磁阻转矩，但磁阻转矩过大将会产生较高的转矩脉动，不利于电机的高效平稳运行。另外，虽然永磁辅助式同步磁阻电机可以产生非常高的磁阻转矩和可观的永磁转矩，但在目前的研究设计中，因为磁阻转矩与永磁转矩在取得最大值时，二者所需的电流相位角β相差45°(电角度)，电磁转矩是永磁转矩和磁阻转矩的矢量叠加。为定量表示其矢量叠加关系，假设电机的永磁转矩和磁阻转矩的最大值均为标幺值1，则电磁转矩为MAX(cosβ+sin2β)＝1.76，所以可见永磁辅助式同步磁阻电机的两种转矩成分并不能被完全利用而生成电磁转矩，电机的转矩密度相对较低。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子,转子设计为非对称结构，包括隔磁桥的结构非对称设置和永磁体结构的非对称设置，可以使电机利用较少的永磁体产生较高的气隙磁密，并降低转矩脉动,保证电机平稳高效运行，同时通过转子非对称结构改变永磁转矩和磁阻转矩的耦合及叠加关系，使永磁转矩和磁阻转矩的最大值能够在相同的电流相位角处叠加，从而充分利用电机的两种转矩成分，在不改变电机尺寸、材料及输入条件的前提下，使电机的电磁转矩获得显著提高，从而进一步提高电机的转矩密度、效率及功率因数等整体性能。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一个或多个实施例提供了一种非对称转子，应用于永磁聚磁式同步磁阻电机，包括转轴，固定于转轴上的转子铁心，转子铁心上设置若干个磁极，每个磁极的几何中心线为磁极轴线，所述每个磁极包括隔磁桥和设置于隔磁桥中的永磁体，所述隔磁桥和永磁体沿着转轴方向延伸设置，所述隔磁桥包括类U型隔磁桥和条形隔磁桥，所述隔磁桥从转轴轴心到转子边缘逐层设置，所述条形隔磁桥设置在转子边缘，所述类U型隔磁桥从转轴轴心到转子边缘逐层设置，位于磁极轴线其中一侧的每层类U型隔磁桥通过隔磁材料连通，位于磁极轴线另一侧的每层类U型隔磁桥之间不连通且有非对称张角。进一步地，在靠近转轴的至少一层类U型隔磁桥上的磁极轴线处设置永磁体，以及在最内层和最外层的类U型隔磁桥的不连通一侧的侧壁上分别设置永磁体。进一步地，所述设置在磁极轴线处的每层类U型隔磁桥上的永磁体形状及大小相同。进一步地，所述设置在最内层和最外层的类U型隔磁桥的不连通一侧的侧壁上的永磁体大小不同。进一步地，所述类U型隔磁桥不连通一侧的侧壁连接到转子边缘，类U型隔磁桥连通的一侧的侧壁与转子边缘相隔离。进一步地，所述永磁体为铁氧体或钕铁硼永磁体,呈聚磁式配置结构。进一步地，隔磁桥填充材料为树脂或者塑料，以加强转子机构强度。一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机，包括电机外壳，设置在电机外壳内的定子和转子，所述转子和定子同轴设置，转子通过转轴设置在定子内部，所述转子采用上述的一种非对称转子。进一步地，所述定子包括定子铁心和定子槽，所述定子槽内设置定子绕组，所述定子绕组和转子外周形成径向间隙。进一步地，定子槽在定子的内周上沿着圆周方向等间隔排列，从定子铁心侧向转轴方向延伸成凸状。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开能使永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同的电流相位角处叠加，从而充分利用电机两种转矩成分，使电机的电磁转矩获得显著提高，在电机的永磁转矩和磁阻转矩最大值均为标幺值1的情况下，两种转矩成分被充分利用，电磁转矩可达2，因此，所提出的采用本公开的非对称转子的永磁聚磁式同步磁阻电机相对于现有同规格永磁辅助式同步磁阻电机的电磁转矩可提高13.6％，进而极大提高电机的效率等整体性能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1是本公开实施例2的永磁聚磁式同步磁阻电机与转轴垂直方向的剖面图；图2是图1中一个磁极的剖面图；图3是本公开实施例2的永磁聚磁式同步磁阻电机的电枢绕组接线图；图4是本公开实施例2的永磁聚磁式同步磁阻电机的转矩特性结果图；其中：1、定子，2、定子铁心，3、定子绕组，4、径向间隙，5、转子，6、转子铁心，7、第一层类U型隔磁桥，7-1、第一层隔磁桥A，7-2、第一层隔磁桥B，7-3、第一层隔磁桥C，8、第二层类U型隔磁桥，8-1、第二层隔磁桥A，8-2、第二层隔磁桥B，9、第三层类U型隔磁桥，9-1、第三层隔磁桥A，9-2、第三层隔磁桥B，10、条形隔磁桥，11、转轴，12、电机外壳，13、永磁体，13-1、第一永磁体，13-2、第二永磁体，13-3、第三永磁体，13-4、第四永磁体，14、磁极轴线，15、电磁转矩，16、永磁转矩，17、磁阻转矩。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种非对称转子，应用于永磁聚磁式同步磁阻电机，包括转轴11，固定于转轴11上的转子铁心6，转子铁心6上设置若干个磁极，每个磁极在转子5上等间隔设置，可以根据具体的需要设置磁极的数量，本实施例设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称转子，应用于高性能永磁聚磁式同步磁阻电机，其特征是：包括转轴，固定于转轴上的转子铁心，转子铁心上设置若干个磁极，每个磁极的几何中心线为磁极轴线，所述每个磁极包括隔磁桥和设置于隔磁桥中的永磁体，所述隔磁桥和永磁体沿着转轴方向延伸设置，所述隔磁桥包括类U型隔磁桥和条形隔磁桥，所述隔磁桥从转轴轴心到转子边缘逐层设置，所述条形隔磁桥设置在转子边缘，位于磁极轴线其中一侧的每层类U型隔磁桥通过隔磁材料连通，位于磁极轴线另一侧的每层类U型隔磁桥之间不连通且有非对称张角。

【技术特征摘要】
1.一种非对称转子，应用于高性能永磁聚磁式同步磁阻电机，其特征是：包括转轴，固定于转轴上的转子铁心，转子铁心上设置若干个磁极，每个磁极的几何中心线为磁极轴线，所述每个磁极包括隔磁桥和设置于隔磁桥中的永磁体，所述隔磁桥和永磁体沿着转轴方向延伸设置，所述隔磁桥包括类U型隔磁桥和条形隔磁桥，所述隔磁桥从转轴轴心到转子边缘逐层设置，所述条形隔磁桥设置在转子边缘，位于磁极轴线其中一侧的每层类U型隔磁桥通过隔磁材料连通，位于磁极轴线另一侧的每层类U型隔磁桥之间不连通且有非对称张角。2.如权利要求1所述的一种非对称转子，其特征是：在靠近转轴的至少一层类U型隔磁桥上的磁极轴线处设置永磁体，以及在最内层和最外层的类U型隔磁桥的不连通一侧的侧壁上分别设置永磁体。3.如权利要求2所述的一种非对称转子，其特征是：所述设置在磁极轴线处的每层类U型隔磁桥上的永磁体形状及大小相同。4.如权利要求2所述的一种非对称转子，其特征是：所述设置在最内层和最外层的类U型隔磁桥的不...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文良，刘炎，陈德志，李玉靖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37