用于具有插入永磁体的无刷同步电机的转子制造技术

用于具有插入永磁体

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有插入永磁体的无刷同步电机的转子


[0001]本专利技术涉及电机结构的一般

。
[0002]更具体地，本专利技术涉及一种用于具有插入金属板堆叠中的永磁体的无刷同步电机的转子构造，称为
IPM(
插入永磁体
)
转子
。

技术介绍

[0003]已知这种类型的构造提供高的电机扭矩
。
[0004]这些电机的价格主要在于所用永磁体的性质
。
[0005]因此，使用基于稀土的永磁体将比使用基于铁氧体的永磁体产生高得多的成本
。
[0006]因此，在这种情况下，适合的是在最大程度上减少用于获得给定的气隙磁通的基于稀土的永磁体的数量
。
[0007]与任何同步电机一样，还适合的是优化有效扭矩，以获得最佳效率
。
[0008]永磁体在金属板堆叠中也应具有良好的机械强度，并且金属板堆叠应足够坚固，以便可以保持永磁体
。
[0009]为此，从文献
WO2012014836A1
中已知，设置有具有插入金属板堆叠中的永磁体的转子，该金属板堆叠具有颈部和磁通屏障，以促进由永磁体产生的磁通在气隙中的定向
。
[0010]此外，在具有插入永磁体
IPM
的磁体电机的拓扑中，需要产生扭矩振荡
。
这些扭矩波动根据应用于电机电源的控制策略或多或少是大的
。
因此，至少对于确定的控制策略，还合适的是在最大程度上减小这些扭矩波动
(
英文为“torque ripple”)。
[0011]为此，例如从文献
JP2009118731
中已知设置有具有集成永磁体转子的电机，该集成永磁体转子具有磁通屏障和气隙表面上的凹口
。
永磁体两两设置成“V”形，以集中气隙中的磁通
。
[0012]所提出的解决方案旨在减少扭矩波动
。
然而，如果要使用昂贵的磁体，则两两设置成“V”形的永磁体的设置显著增加了永磁体的数量，并因此增加了电机的成本
。
这种拓扑实际上更适合于使用低成本磁体，例如铁氧体磁体，并允许将磁体的磁通集中在气隙中
。
本专利技术不涉及具有磁通集中磁体的电机拓扑
。
[0013]众所周知，具有插入永磁体
(IPM)
转子的同步电机受到很大的齿槽扭矩
(
英文为“cogging torque”)
，特别是当使用稀土时
。
事实上，在这种类型的拓扑中，转子的转入永磁体对定子的齿施加磁吸引力
。
该力与转子的旋转运动相反，因此产生齿槽扭矩，该齿槽扭矩通过转子的表面的形状产生谐波并因此产生振动和噪声
。
[0014]已知转子的外表面的形状以及永磁体的颈部和插入区域的形状可以被加工以减少齿槽扭矩
。
[0015]为此，文献
US2012/0256514
提出了转子的外表面形状以及磁通屏障，但也提出了设置在定子上的对称磁通屏障，这使得电机的结构非常复杂
。
此外，永磁体数量仍然很大并因此没有优化
。
[0016]从文献
US2018/0205274
中还已知一种具有集成永磁体转子的电动机，该集成永磁
体转子具有分布成“V”形的永磁体，这些永磁体具有磁通屏障，这些磁通屏障在气隙附近具有特定的形状和定向
。
[0017]然而，如前所述，两两设置成“V
形”的永磁体的设置显著增加了所需的永磁体数量并因此增加了电机的成本
。

技术实现思路

[0018]因此，本专利技术的目的是解决上述缺点的全部或部分，特别是通过提出一种用于具有插入永磁体的无刷同步电机的转子，其结构允许获得在永磁体数量确定的情况下获得最大有用扭矩，同时减少针对确定的控制策略的扭矩振荡和齿槽扭矩
。
该结构还允许保持对机械应力的良好抵抗力和插入永磁体的良好保持，特别是在转子的相对高速下
。
[0019]为此，本专利技术涉及一种用于具有插入永磁体的无刷同步电机的转子，所述转子布置成根据预定控制策略被供电，所述转子具有限定转子的气隙表面的基本上圆柱形形状并且包括：
[0020]‑
数量
p
个永磁体对，所述永磁体对限定了转子的磁极；和
[0021]‑
数量
2p
个容置部，所述容置部根据预定节距极角
(
π
/p)
周期性布置，并且布置成接收多个永磁体，容置部配置在金属板堆叠中并且设置成使电机的气隙中的永磁体的磁通径向定向，
[0022]永磁体设置在容置部中并根据与转子的数量
p
个永磁体对相关联的预定节距极角
(
π
/p)
沿着转子的圆周分布在转子的气隙表面附近，每个永磁体具有与两个相邻永磁体的磁通方向相反的磁通方向，以便在气隙中根据节距极角
(2
π
/p)
产生磁感应，
[0023]容置部各自具有：布置成接收永磁体的部分，以及与所述部分邻接并与插入到容置部的所述部分中的永磁体的端表面邻接的第一凹部和第二凹部，所述端表面平行于永磁体的磁化方向，
[0024]转子的气隙表面包括：基本上设置在永磁体的容置部的第一凹部和邻接永磁体的另一容置部的第二凹部之间的轮廓平坦区域，和弯曲区域，所述弯曲区域的轮廓形状由极性方程给出，所述极性方程包括根据确定的控制策略所选择的系数，以限定电动势信号的形状和所述电机中的注入电流的信号的形状之间的谐波，所述弯曲区域基本上在限定的角度间隔内从位于两个相邻永磁体的第一连续凹部和第二连续凹部之间的半径延伸到位于对应于气隙中的节距极半角
(
π
/2p)
的相邻永磁体中的一个的第一连续凹部和第二连续凹部之间的半径，
[0025]所述第一和第二凹部限定磁通屏障，所述磁通屏障在所述第一和第二凹部和转子的气隙表面之间形成磁饱和磁性颈部，
[0026]所述第一和第二凹部具有朝转子的气隙表面的方向凸出的上表面，并且在横向于转子的轴线的截面平面内从转子的气隙表面的第一近端点延伸到转子的气隙表面的第二近端点，使得从该第二点到转子的气隙表面的距离大于或等于预定最小值，所述第一近端点设置在布置成接收永磁体的容置部的部分的端部，
[0027]在第一点和第二点之间的第一和第二凹部的上表面的横向于转子的轴线的截面平面中的轮廓点由参数方程组限定，该参数方程组利用在第一点和第二点处具有预定初始条件的立方样条，以使电机的气隙中的磁通最大化
。
[0028]气隙表面的外表面轮廓允许使用预定控制策略并在永磁体体积最小的情况下显著改善具有插入到金属板堆叠中的永磁体的无刷同步电机的扭矩...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于具有插入永磁体
(M)
的无刷同步电机的转子
(1)
，所述转子
(1)
布置成根据预定控制策略被供电，所述转子
(1)
具有限定所述转子
(1)
的气隙表面
(SE)
的基本上圆柱形形状并且包括：
‑
数量
p
个永磁体
(M)
对，所述永磁体
(M)
对限定了所述转子
(1)
的磁极；和
‑
数量
2p
个容置部
(L)
，所述容置部
(L)
根据预定节距极角
(
π
/p)
周期性布置，并且布置成接收所述多个永磁体
(M)
，所述容置部
(L)
配置在金属板堆叠
(T)
中并且设置成使所述电机的气隙
(e)
中的所述永磁体
(M)
的磁通径向定向，所述永磁体
(M)
设置在所述容置部
(L)
中并根据与所述转子
(1)
的所述数量
p
个永磁体
(M)
对相关联的预定节距极角
(
π
/p)
沿着所述转子
(1)
的圆周分布在所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
附近，每个永磁体
(M)
具有与两个相邻永磁体
(M)
的磁通方向相反的磁通方向，以便在所述气隙
(E)
中根据节距极角
(2
π
/p)
产生磁感应，所述容置部
(L)
各自具有：布置成接收永磁体
(M)
的部分
(PA)
，以及与所述部分
(PA)
邻接并与插入到所述容置部
(L)
的所述部分
(PA)
中的所述永磁体
(M)
的端表面
(SA1
，
SA2)
邻接的第一凹部
(E1)
和第二凹部
(E2)
，所述端表面
(SA1、SA2)
平行于所述永磁体
(M)
的磁化方向，所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
包括：基本上设置在永磁体
(M)
的容置部
(L)
的第一凹部
(E1)
和邻接永磁体
(M)
的另一容置部
(L)
的第二凹部
(E2)
之间的轮廓平坦区域
(ZP)
，和弯曲区域
(ZC)
，所述弯曲区域
(ZC)
的轮廓形状由极性方程给出，所述极性方程包括根据确定的控制策略所选择的系数，以限定电动势信号的形状和所述电机中的注入电流的信号的形状之间的谐波，所述弯曲区域
(ZC)
基本上在限定的角度间隔内从位于两个相邻永磁体
(M)
的第一连续凹部
(E1)
和第二连续凹部
(E2)
之间的半径延伸到位于对应于所述气隙
(E)
中的节距极半角
(
π
/2p)
的相邻永磁体
(M)
中的一个的第一连续凹部
(E1)
和第二连续凹部
(E2)
之间的半径，所述第一和第二凹部
(E1
，
E2)
限定磁通屏障
(BFM)
，所述磁通屏障
(BFM)
在所述第一和第二凹部
(E1
，
E2)
和所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
之间形成磁饱和磁性颈部
(IM)
，所述第一和第二凹部
(E1
，
E2)
具有朝所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
的方向凸出的上表面
(SUP)
，并且在横向于所述转子
(1)
的轴线的截面平面内从所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
的第一近端点
(A)
延伸到所述转子
(1)
的所述气隙表面
(SE)
的第二近端点，使得从该第二点
(B)
到所述转子
...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷诺，
申请(专利权)人：SEB，
类型：发明
国别省市：