一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及同步电机技术领域，具体涉及一种永磁辅助同步磁阻电机转子。
【背景技术】
[0002]同步磁阻电机完全依靠dq轴磁路的磁阻差异来产生转矩。因转子上不存在导条，故不存在任何电磁损耗，相较于感应电机具有更高的效率和更低的稳定运行温度。经过对同步磁阻电机转子磁障的最优设计，最大化磁阻转矩，已可做到优于感应电机的转矩密度。目前，制约同步磁阻电机广泛应用的问题主要是功率因数偏低，需要搭配大容量变频器进行驱动。而永磁辅助同步磁阻电机通过在原有同步磁阻电机转子磁障内合理添加磁钢能有效提高功率因数，与此同时，磁钢的引入将带来一部分永磁转矩，进一步增大了转矩密度，从而一定程度的也提高了电机效率。
[0003]公开号为CN102511119A的中国专利的公开说明书中公开了一种永磁辅助同步磁阻电机，两层磁障的结构并没有最大化磁阻转矩；无磁钢槽设计，高速工况磁钢可能发生脱落，引发电机故障；磁障内嵌入了高剩磁Br的稀土铷铁硼永磁材料，稀土属不可再生资源，价格昂贵，嵌入同步磁阻电机中性价比极差，这是因为磁钢所嵌磁障位置通常偏离气隙较远，且磁钢磁能进入气隙路径上“阻碍”较多，将导致磁钢的利用率极低。也就是说，永磁辅助同步磁阻添加磁钢的目的应以提高功率因数为主，转矩密度的提升具有一定局限性。
[0004]公开号为CN104038011A和CN104052227A的中国专利的公开说明书中公开了两种永磁辅助同步磁阻电机，同样，磁钢采用了高剩磁Br的稀土铷铁硼永磁材料，且磁钢用量大，规格多，除第一层磁障内的磁钢直面气隙能有效输出一定磁能外，其余磁钢磁能利用率低。该结构相对于一般IPM电机只略微增加了有限的转矩密度，但大大增加了电机成本，经济性较差，不适宜批量生产。
[0005]公开号为CN102761222A和CN102790457A的中国专利的公开说明书中公开了两种永磁辅助同步磁阻电机，磁障内嵌入了价格低廉的铁氧体磁钢，因铁氧体永磁材料硬而脆，不能进行电加工，仅能切片和进行少量磨加工，故圆弧状铁氧体磁钢生产工艺较为繁琐，加工成本偏高；同时铁氧体磁钢跨距较大，极易碎裂；磁障缺少磁桥来减轻转子高速旋转时的边沿应力，将可能出现转子边沿拉断的危险，不适宜高速工况。
【发明内容】
[0006]针对现有永磁辅助同步磁阻电机所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高功率因数、高转矩密度和高效率可应用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0008]一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，所述永磁辅助同步磁阻电机转子包括转子铁心、分布在转子铁心上的磁障、以及设在磁障内的磁钢；
[0009]所述转子铁心每极下分布四层船型磁障，每层磁障由位于中部且垂直于d轴向的直线部和位于两端且与d轴呈α角向的斜向直线部连接闭合而成。
[0010]进一步的，每层磁障中直线部与斜向直线部的闭合面结合处，以及端部皆具有圆角。
[0011]进一步的，所述四层船型磁障中，第I层磁障采用无隔断磁桥，第2-4层磁障采用隔断磁桥。
[0012]进一步的，所述四层船型磁障中，第2-4层磁障采用的隔断磁桥的厚度依次增大。
[0013]进一步的，所述四层船型磁障中，四层磁障沿d轴向的厚度LI?L4与由四层磁障隔开的转子硅钢片厚度Wl?W4，满足关系:
[0014]L2 = L3 = L4 且 W2 = W3 = W4, LKL2 且 W1〈W2，同时 0.4 彡(L1+3*L2)/(L1+3*L2+W1+3*W2)彡 0.6。
[0015]进一步的，所述四层船型磁障中，第2-4层磁障在垂直于d轴向的直线部设置磁钢槽，转子铁心每极下分布的四层船型磁障中，第I层磁障内不放置磁钢，第2-4层磁障的磁钢槽内嵌入同尺寸同极性的铁氧体磁钢。
[0016]进一步的，所述转子铁心每极下分布的四层船型磁障中，各磁障与转子外圆间的间距相同，并在两者之间形成一圈边沿磁桥。
[0017]进一步的，所述四层船型磁障中，各层磁障的α角不统一。
[0018]进一步的，所述四层船型磁障中，第4层磁障中斜向直线部靠近q轴的斜边与d轴的夹角 α I 统一限定在 0.95*360° /2ρ < 90° -al< 360° /2ρ 范围内。
[0019]进一步的，所述四层船型磁障中，除第4层磁障中斜向直线部靠近q轴斜边外其余所有斜边与d轴的夹角aleft统一限定在0.8*360° /2p彡90° -aleft<90° -al范围内。
[0020]进一步的，所述四层船型磁障中，其上各磁钢槽靠近转子内圆的槽边保持统一长度，且向内圆方向“塌陷” Imm形成台阶以固定磁钢。
[0021]进一步的，铁氧体磁钢与磁钢槽接触面涂覆环氧树脂AB胶进一步加固。
[0022]本发明提供的方案通过采用四层船型磁障转子结构最大化了输出能力；引入磁桥和磁钢槽并合理设计，使转子具备有安全高速运转能力；采用统一规格矩形铁氧体材料拥有极高性价比且易于采购管理。
[0023]再者，采用该转子结构的永磁辅助同步磁阻电机相比于其它同类电机具备了低成本、大批量制成方便、强抗去磁能力、高功率因数、高转矩密度和高效节能的优点。
【附图说明】
[0024]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0025]图1是本发明结构示意图。
[0026]图2是本发明半极下结构细节放大图。
[0027]图3是本发明第4层磁障未圆角放大图。
[0028]图中:1.磁钢槽(铁氧体磁钢)；2.第I层磁障；3.第2层磁障；4.第3层磁障；
5.第4层磁障；6.磁障端部圆角；7.磁障结合处圆角；8.边沿磁桥；9.转子轭(即转子铁心)；10.隔断磁桥。
[0029]图4是本发明提高功率因数机理相量分析图。
[0030]图5是本发明与假定本发明中第2-4层磁障嵌满铁氧体磁钢的输出能力对比图。
[0031]图6是本发明与假定本发明中磁钢采用稀土铷铁硼永磁材料输出能力对比图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0033]参照附图1，其所示为本发明提供的可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子的结构示意图。由图可知，该永磁辅助同步磁阻电机转子主要包括转子轭(即转子铁心)、设置在其上的磁障、以及设在磁障内的磁钢三部分。
[0034]其中，本电机转子方案在转子铁心9的每极下分别分布四层船型磁障，图示方案在转子铁心9的上下、左右四个极方向上分别对称的设置四层船型磁障。
[0035]在每个四层船型磁障中，由第I层磁障2、第2层磁障3、第3层磁障4、第4层磁障5由外向内依次设置构成。第I层磁障2采用无隔断磁桥，第2-4层磁障3、4、5分别采用隔断磁桥10，且第2-4层磁障采用的隔断磁桥10的厚度依次增大。
[0036]在每极下分布的四层船型磁障中的第2层磁障3、第3层磁障4和第4层磁障5上分别开设相应的磁钢槽1，第I层磁障内不放置磁钢，在第2-4层磁障的磁钢槽内嵌入同尺寸、同极性的矩形铁氧体磁钢I。
[0037]由于第2-4层磁障采用隔断磁桥10结构，因此在每极四层船型磁障中，采用6块同尺寸、同极性的矩形铁氧体磁钢I分别嵌入每极第2-4层磁障的磁钢槽内，即同一极下6块磁钢I为同一极性。
[0038]同时，在磁钢I与磁钢槽I接触的三面涂覆环氧树脂AB胶进一步加固。
[0039]参照附图2和3，在具体实现时，每极四层船型磁障中，各层磁障2，3，4，5分别由位于中部且垂直于d轴向的直线部和位于两端且分别与d轴呈α角向的斜向直线部连接闭合而成。各层磁障2，3，4，5在端部和闭合面结合处皆具有磁障端部圆角6和磁障结合处圆角7。
[0040]每极四层船型磁障中，各层磁障2，3，4，5沿d轴向的厚度L1-L4与由各层磁障2，3，4，5隔开的转子硅钢片9厚度W1-W4满足如下关系:
[0041]L2 = L3 = L4 且 W2 = W3 = W4, LKL2 且 W1〈W2 ；
[0042]同时0.4 彡(L1+3*L2)/(L1+3*L2+W1+3*W2)彡 0.6。
[0043]再者，在每极四层船型磁障中，各层磁障2，3，4，5包络在半径为R2的圆内，即各层磁障2，3，4，5两端的端部位于同一圆周上(即各层磁障2，3，4，5两端的端部位于半径为R2的磁障包络圆圆周上)；且各层磁障2，3，4，5与半径为Rl的转子外圆间距统一设计为Rs，Rs在l-2mm之间，具体距离可示转速合理设计，其中Rs = R1-R2 (由于各层磁障2，3，4，5包络在半径为R2的圆内，所以各层磁障与半径为Rl的转子外圆间距Rs即为半径R2的磁障包络圆与半径为Rl的转子外圆间的间距，从而Rs = R1-R2)，半径R2的磁障包络圆和Rl转子外圆间形成了一圈边沿磁桥8 (参照附图2)。
[0044]参照附图3，在每极四层船型磁障中，对于各层磁障2，3，4，5，与d轴之间的α角不统一。其中，第