CN104852493A - 一种内置式永磁同步电机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置式永磁同步电机转子，具有冲片拓扑结构，所述转子至少具有一对磁极，每对磁极均为不对称分布，其中一个磁极至少由两层磁钢组成，另一个磁极至少由一层磁钢组成，在两个磁极中间的q轴中心线上设有空气孔，用于防止下层磁钢的漏磁及规整磁路。本发明作为一种具有特殊拓扑结构的永磁电机转子，通过转子上磁极的非对称设计及加强筋的合理添加，增加了电机的转矩密度及功率密度，并且由于相较其他典型结构，采用了非对称结构，减小了磁钢的块数，因此同时具有较高的工艺性。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机转子，具体是一种具有高凸极率的内置式永磁电机转子。
背景技术
与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。因而应用范围极为广范，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。
永磁同步电机在汽车驱动中获得了很广泛的应用，为了尽可能地增加电机的转矩密度与功率密度，一般需要电机具有比较高的凸极率，即需要电机具有较高的磁阻转矩分量。
增加电机凸极率的方法有很多，利用特殊的转子结构，可以在一定范围内调节凸极率，比较典型的是V型结构及V+1结构，但是在一些要求苛刻的情况下，典型结构的转子很难满足设计要求，需要具有更高凸极率的转子结构。
切向式永磁电机转子结构具有比较高的凸极率，但是其在机械强度方面经常会受到限制。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种新型的内置式永磁同步电机转子。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种内置式永磁同步电机转子，具有冲片拓扑结构，其特征在于：所述转子至少具有一对磁极，每对磁极均为不对称分布，其中一个磁极至少由两层磁钢组成，另一个磁极至少由一层磁钢组成，在两个磁极中间的q轴中心线上设有空气孔，用于防止下层磁钢的漏磁及规整磁路。
所述转子具有单层或多层磁钢的磁极，每层磁钢由一块或多块永磁体共同组成。
所述磁极中间q轴上的空气孔的中心线与q轴中心线重合。
所述q轴上的空气孔与多层磁极的下层磁钢之间设有一个加强筋，起到限制漏磁与增加机械强度的作用。
所述转子结构上具有复数个细窄空气孔以配合规整磁路。
本发明的有益效果是：
（1）相比于典型V+1结构的磁阻转矩磁路（图1），本发明的新结构的磁阻转矩磁路（图2）更加均匀，可以产生更大的磁阻转矩，仿真分析表明，在同样的反电势限制下，相同电流产生的转矩较V+1结构提高5%以上，功率密度提高5%以上。
（2）采用该新型结构的电机具有较好的空载反电势波形（图3），谐波量较少，并且具有较对称的空载气隙磁密波形（图4）
（3）q轴中心线上的较大空气孔起到减少漏磁的作用，利用这种方式可以增加第二层磁钢的宽度，并结合使用的不对称极结构，减小了由于磁钢块数的增加而导致的漏磁的增加，使磁钢的利用率更高。
(4)由于采用了不对称极结构，转子上的磁钢块数较典型的V+1结构下降了一半，减少了装配磁钢的成本及磁钢的加工成本。
(5)相比于典型的不对称极结构的转子，本发明的新型结构在本来是铁极的地方添加了辅助磁钢，有效地增加了聚磁效果，使转子磁路较更加对称，磁路更加规整。
本发明作为一种具有特殊拓扑结构的永磁电机转子，通过转子上磁极的非对称设计及加强筋的合理添加，增加了电机的转矩密度及功率密度，并且由于相较其他典型结构，采用了非对称结构，减小了磁钢的块数，因此同时具有较高的工艺性。
附图说明
图1是典型V+1结构的磁阻转矩磁路图；
图2是本发明的新型结构的磁阻转矩磁路图；
图3是采用本发明的新型结构的电机具有的较好的空载反电势波形；
图4是采用本发明的新型结构的电机具有的较对称的空载气隙磁密波形；
图5是本发明所述的新型转子的冲片结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步说明本发明。
一种内置式永磁同步电机转子，具有一种特殊的转子冲片拓扑结构：其中转子至少具有一对磁极，每对磁极均为不对称分布，其中一个磁极至少由两层磁钢组成，另一个磁极至少由一层磁钢组成，在两个磁极中间的q轴中心线上有比较大的空气孔以防止下层磁钢的漏磁及规整磁路。该结构使电机具有较高的凸极率，采用该结构转子的汽车驱动电机具有较高的转矩密度及功率密度，可以有效减小电机的尺寸、节省电机的材料用量，使电机更加紧凑，同时具有较高的机械强度，以满足电机的高速运行。磁极中间q轴上的空气孔的中心线与q轴中心线重合。q轴上的空气孔与多层磁极的下层磁钢之间有一个加强筋，起到限制漏磁与增加机械强度的作用。该转子具有多层磁钢的磁极，每层磁钢由一块或多块永磁体共同组成。该转子具有单层磁钢的磁极，每层磁钢由一块或多块永磁体共同组成。该转子结构上具有复数个细窄空气孔以配合规整磁路。
如图5所示，电机的转子冲片具有非对称结构，槽一1、槽二2、槽三3为磁钢槽，构成一对磁极，该示意结构中共有四对相同结构的磁极，其中槽一1与槽二2为上下两层，装配两块同样磁极方向的磁钢，槽三3装配另外一个磁极方向的磁钢，孔四4、与孔五5为在q轴中心线上的空气孔，利用该组空气孔，可以有效减小磁钢漏磁，规整电机的q轴磁路，增加电机的凸极率。孔六至孔九6，7，8，9为细窄空气孔，用以进一步规整磁路。
图中，10与11位置为两个加强筋，利用该加强筋，可以有效提高转子的机械强度，降低转子在高速旋转时所承受的最大应力。
Claims (5)
1.一种内置式永磁同步电机转子，具有冲片拓扑结构，其特征在于：所述转子至少具有一对磁极，每对磁极均为不对称分布，其中一个磁极至少由两层磁钢组成，另一个磁极至少由一层磁钢组成，在两个磁极中间的q轴中心线上设有空气孔，用于防止下层磁钢的漏磁及规整磁路。
2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机转子，其特征在于：所述转子具有单层或多层磁钢的磁极，每层磁钢由一块或多块永磁体共同组成。
3.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机转子，其特征在于：所述磁极中间q轴上的空气孔的中心线与q轴中心线重合。
4.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机转子，其特征在于：所述q轴上的空气孔与多层磁极的下层磁钢之间设有一个加强筋，起到限制漏磁与增加机械强度的作用。
5.根据权利要求1或4任一项所述的内置式永磁同步电机转子，其特征在于：所述转子结构上具有复数个细窄空气孔以配合规整磁路。
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