一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构制造技术

本发明专利技术公开一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构，转子上沿圆周方向均匀设置有相同的四组磁障和相同的四个U形开口槽，每个U形开口槽的正内侧设有一组磁障，每组磁障由外到内都分为四层，每组磁障以及每个U形开口槽各自均沿d轴对称布置，每层磁障以及U形开口槽均是U形且开口朝外，底面均与d轴垂直，两个侧壁均与q轴平行，最外第一层磁障由整体的一个隔磁桥贯通组成，其余三层磁障的底壁中间位置固定设置一个矩形的铁氧体永磁体，与d轴垂直方向上的铁氧体永磁体的两端面各通过一个肋面连接一个从底壁斜折成整个侧壁的隔磁桥，所有隔磁桥端部在同一个包络圆面上，有效减小谐波，获得更优越的弱磁性能，使得磁阻转矩最大化。转矩最大化。转矩最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构


[0001]本专利技术属于电机制造及控制领域，具体涉及一种适用于高速场合的永磁辅助式无轴承同步磁阻电机的转子结构。

技术介绍

[0002]无轴承电机在定子转矩绕组中叠入极对数相差1的悬浮力绕组，通过控制通入这两套绕组的电流可同时产生电磁转矩和径向悬浮力，同步磁阻电机具有动态响应快、结构简单、成本低等优点，因此，无轴承同步磁阻电机兼备磁轴承与同步磁阻电机的优点，能够最大限度地利用磁阻转矩。目前，常见的是凸极式转子无轴承同步磁阻电机，具有结构简单、造价低廉、易实现高速或超高速运行等优势，但凸极式转子无轴承同步磁阻电机的凸极比(交轴电感与直轴电感之比)较低，造成电机功率因数、转矩密度和效率偏低，限制了其使用范围。为了提高凸极比，无轴承同步磁阻电机采用多层磁障式转子，但其存在转矩密度偏低的缺陷。为此，在无轴承同步磁阻电机的磁障转子中注入永磁体形成新型永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，具有功率因数、转矩密度和效率均较高的优点，并且具备较宽的弱磁调速能力，进一步拓宽无轴承同步磁阻电机的应用范围。
[0003]中国专利申请号为201621414659.2的文献中公开了一种永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，磁障采用圆弧形，沿d轴对称分布，每个磁障中间设置一个永磁体安装槽，永磁体嵌于永磁体安装槽内。中国专利申请号为201911242920.3的文献中公开了一种能够有效降低转矩和悬浮力脉动的永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，其每一层磁障结构是由设置于磁障中心的矩形永磁体安装槽、磁障中心线左右对称分布的两个二次函数曲线形隔磁桥以及磁障端部采用贝塞尔(Bezier)三次曲线组成，解决了传统无轴承同步磁阻电机凸极比偏低导致的电机功率因数低的问题，以及传统无轴承同步磁阻电机转子中不含有永磁体导致的转矩密度偏低的问题，然而，由于转子磁障中永磁体的添加，由定子磁动势与转子磁动势的谐波相互作用产生的转矩脉动问题更加严重，对电机的稳定运行会产生不利的影响。另外，利用有限元方法分析转子斜极、定子绕组短距以及转子不对称磁障对无轴承同步磁阻电机的转矩和悬浮力脉动的抑制作用，但是，这种方法加大了设计工作量，且削弱了转子的悬浮性能。

技术实现思路

[0004]1、技术问题
[0005]本专利技术的目的是提出一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机的转子结构，以解决现有永磁辅助式无轴承同步磁阻电机在高速运行工况下时转矩脉动和悬浮力脉动大、传统钕铁硼永磁体易退磁的难题，提高电机控制精度，从而实现电机转子的稳定悬浮和高效运行，更好地应用于电气传动系统。
[0006]2、技术方案
[0007]本专利技术所述的一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构采用的技术
方案是：其同轴心套定子内部，转子上沿圆周方向均匀设置有相同的四组磁障和相同的四个U形开口槽，在径向截面上，每个U形开口槽的正内侧设有一组磁障，每组磁障由外到内都分为四层，外层磁障容纳在相邻的内层磁障内部且相互不接触；每组磁障以及每个U形开口槽各自均沿d轴对称布置，每层磁障以及U形开口槽均是U形且开口朝外，底面均与d轴垂直，两个侧壁均与q轴平行；最外第一层磁障由整体的一个隔磁桥贯通组成，其余三层磁障的底壁中间位置固定设置一个矩形的铁氧体永磁体，与d轴垂直方向上的铁氧体永磁体的两端面各通过一个肋面连接一个从底壁斜折成整个侧壁的隔磁桥，所有的隔磁桥处都填入环氧树脂基复合材料；每组磁障中的两个隔磁桥的外端面是隔磁桥端部，所有的隔磁桥端部在同一个包络圆面上，该包络圆面的直径小于转子的外径；所有的铁氧体永磁体均沿径向充磁，同一组磁障中共有的三块铁氧体永磁体的充磁方向相同，相邻两组磁障中的铁氧体永磁体的充磁方向相反。
[0008]进一步地，每个铁氧体永磁体都固定嵌入在一个永磁体安装槽内，铁氧体永磁体的大小与对应的永磁体安装槽的大小相同，在铁氧体永磁体与永磁体安装槽接触的四面涂覆环氧树脂AB胶。
[0009]进一步地，与d轴垂直的方向为肋面的切向，肋面的切向宽度为0.5mm。
[0010]进一步地，与d轴垂直的方向为铁氧体永磁体的切向，第二层、第三层、第四层磁障中的铁氧体永磁体的径向厚度和切向长度都由内而外递减。
[0011]更进一步地，第一层磁障中的隔磁桥的厚度为h1，满足1.5h1<h2<h3<h4，h2、h3、h4分别是第二层、第三层、第四层磁障中的铁氧体永磁体的径向厚度。
[0012]3、技术效果
[0013]本专利技术的优点在于：
[0014]1、本专利技术中的转子中U形开口槽的设计，可以有效减小谐波，获得更优越的弱磁性能，经相应尺寸优化后，可最大化d、q轴磁路的电感差异，使得磁阻转矩最大化。
[0015]2、本专利技术中的最外第一层磁障沿d轴轴向厚度设计较小且内部不嵌入永磁体，增大磁阻转矩的同时有效的对内部三层磁障内的永磁体进行保护，阻碍了电枢磁场直接对永磁体的去磁作用以及永磁体高速旋转因齿槽效应引起的涡流损耗发热，进一步增强了电机的抗去磁能力。
[0016]3、本专利技术中永磁体采用铁氧体材料，价格低廉，提高功率因数的同时一定程度的提升了转矩密度和效率，应用于无轴承同步磁阻电机中相对于稀土永磁材料性价比更高。同时铁氧体永磁材料正矫顽力温度系数完全避免了电机高温运行时的不可逆退磁风险。
[0017]4、本专利技术中永磁体安装槽的设计能够很好地固定住永磁体，同时永磁体与永磁体安装槽接触面涂覆环氧树脂AB胶进一步加固，双层保护使转子完全具备高速运行的能力。
[0018]5、本专利技术中在隔磁桥处填入环氧树脂基复合材料以增强转子强度，避免了转子高速运行时由于机械强度不够造成碎裂的风险。
附图说明
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的一种永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构做进一步详细说明。
[0020]图1为本专利技术一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机的轴向剖面示意图；
[0021]图2为本专利技术一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机的径向剖面示意图；
[0022]图3为图2中局部结构放大图以及部分几何尺寸标注图；
[0023]图4为图2中局部结构放大图以及部分几何尺寸标注图；
[0024]图5在图2基础上示出的本专利技术工作时的d轴磁路图；
[0025]图中：1.定子，2.转子，3.铁氧体永磁体，4.永磁体安装槽，5.隔磁桥，6.转轴，7.定子齿，8.定子槽，9.定子轭，10.转矩绕组，11.悬浮力绕组，12.肋面，13.光电编码器，14.调心球轴承，15.机壳，16.电涡流传感器，17.辅助轴承，19.右端盖，20.左端盖，21.U形开口槽，22.隔磁桥端部，23.边沿磁桥。
具体实施方式
[0026]参见图1和图2，永磁辅助式无轴承同步磁阻电机包括定子1、转子2和转轴6，转子2位于定子1内部，并且两者的轴心线相同，转子2的轴心处是转轴6，转子2套在转轴6外，在转子2的中心开槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构，其同轴心套定子内部，其特征是：转子上沿圆周方向均匀设置有相同的四组磁障和相同的四个U形开口槽(21)，在径向截面上，每个U形开口槽(21)的正内侧设有一组磁障，每组磁障由外到内都分为四层，外层磁障容纳在相邻的内层磁障内部且相互不接触；每组磁障以及每个U形开口槽(21)各自均沿d轴对称布置，每层磁障以及U形开口槽21均是U形且开口朝外，底面均与d轴垂直，两个侧壁均与q轴平行；最外第一层磁障由整体的一个隔磁桥(5)贯通组成，其余三层磁障的底壁中间位置固定设置一个矩形的铁氧体永磁体(3)，与d轴垂直方向上的铁氧体永磁体(3)的两端面各通过一个肋面(12)连接一个从底壁斜折成整个侧壁的隔磁桥(5)，所有的隔磁桥(5)处都填入环氧树脂基复合材料；每组磁障中的两个隔磁桥(5)的外端面是隔磁桥端部(22)，所有的隔磁桥端部(22)在同一个包络圆面上，该包络圆面的直径小于转子的外径；所有的铁氧体永磁体(3)均沿径向充磁，同一组磁障中共有的三块铁氧体永磁体(3)的充磁方向相同，相邻两组磁障中的铁氧体永磁体(3)的充磁方向相反。2.根据权利要求1所述的一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构，其特征是：每个铁氧体永磁体(3)都固定嵌入在一个永磁体安装槽(4)内，铁氧体永磁体(3)的大小与对应的永磁体安装槽(4)的大小相同，在铁氧体永磁体(3)与永磁体安装槽(4)接触的四面涂覆环氧树脂AB胶。3.根据权利要求1所述的一种铁氧体永磁辅助式无轴承同步磁阻电机转子结构，其特征是：与d轴垂直的方向为肋面(12)的切向，肋面(12)的切向宽度为0.5mm。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：史亦健，赵腾飞，郭龙雨，刁小燕，朱熀秋，王晶，毛博，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：