一种变磁通永磁同步电机的转子铁心的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种变磁通永磁同步电机的转子铁心，该转子铁心由转子铁心叠片叠加而成，转子铁心叠片包括第一类型叠片和第二类型叠片；第一类型叠片为圆环状结构，其在圆周方向上分布设置有若干未在外沿形成断口的磁钢嵌入缺口，用于形成磁钢体的安装槽，两个磁钢嵌入缺口之间还设置有未在所述第一类型叠片外沿形成断口的第一隔磁口；第二类型叠片与第一类型叠片类似，不同在于在外沿形成缺口。按照本发明实现的转子铁心，通过断开磁钢端部与转子外径之间的磁桥，减小磁钢端部漏磁，以降低充磁电流，并提高转矩密度；并通过断开交轴隔磁槽与转子外径之间的磁桥，以减小交轴电感，使得直轴电感大于交轴电感，从而获得正的磁阻转矩，增大转矩密度。
【专利说明】
一种变磁通永磁同步电机的转子铁心
技术领域
[0001]本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种变磁通永磁同步电机的转子铁心。
【背景技术】
[0002]近年来新能源汽车用驱动电机多采用内置式永磁同步电机(IPMSM)，该电机具有功率密度高、机械特性好、转速范围较高的优点，在电动汽车驱动系统中得到了广泛的关注和应用。然而内置式永磁同步电机直轴电感通常小于交轴电感，为利用磁阻转矩和实现弱磁控制，电流轨迹位于第二象限，电流始终含有弱磁分量，从而额外增加损耗并且磁钢利用率较低。另外电机在进入到高速阶段后，还需要通过增大直轴去磁电流分量对电机进行弱磁，以控制电机端电压不超过逆变器电压的限定值，此时较大的弱磁电流使得电机的铜耗增大，导致电机的效率降低，并且由于逆变器功率等级的限制，电流也有一个限定值，导致电机的弱磁程度受到限制，速度可调节范围窄。
[0003]高剩磁、低矫顽力、耐高温的钐钴永磁体以及铝镍钴永磁体拥有易于充退磁的特性，使得在线调节永磁体的磁化程度成为可能。因此，一种新型的变磁通永磁同步电机结构被提出，如期刊文献(V.0stovic/Memory motors:a new class of controllable fluxPM machines for a true wide speed operat1n"，IEEE Industry Applicat1nsConference Record，vol.4，pp.2577-2584(2001)):通过定子直轴电流脉冲矢量控制，用极窄的脉冲电流在线改变永磁材料的磁化强度，根据实时工况调整永磁转矩的输出能力，即在低速启动时，对磁钢完全充磁，扩大转矩范围，高速时降低磁钢磁化程度，无需或仅以少量直轴电流分量实现弱磁控制。因此，这种以脉冲电流在线改变磁钢磁化强度的调速形式，可以最大程度降低弱磁电流分量，提高电机的综合效率。
[0004]变磁通永磁电机中对磁钢进行完全充磁的最大充磁电流直接影响变频器的电流限定值，而变频器的最大功率为电流限定值与电压限定值的乘积，因此最大充磁电流影响变频器的容量等级，故减小磁路的漏磁以减小最大充磁电流是必要的。另外，此类电机利用低矫顽力的永磁材料，电机输出性能比普通永磁电机较低，故需采取措施提高电机的转矩
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【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种降低变磁通永磁同步电机充磁电流并提高其转矩密度的方法和转子铁心成型的制备方法，其目的在于提供一种变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，所述转子铁心由转子铁心叠片叠加而成，所述转子铁心叠片包括第一类型叠片和第二类型叠片，在叠加形成所述转子铁心的过程中，所述第一类型叠片和所述第二类型叠片交错设置；
[0006]其中，所述第一类型叠片为圆环状结构，其在圆周方向上分布设置有若干未在外沿形成断口的磁钢嵌入缺口，用于形成磁钢体的安装槽，所述两个磁钢嵌入缺口之间还设置有未在所述第一类型叠片外沿形成断口的第一隔磁口 ；
[0007]所述第二类型叠片为圆环状结构，其在圆周方向上分布设置有若干在外沿形成断口的磁钢嵌入缺口，用于形成磁钢体的安装槽，所述两个磁钢嵌入缺口之间还设置有在所述第一类型叠片外沿形成断口的第一隔磁口。
[0008]进一步地，在所述第一类型叠片与所述第二类型叠片上，还具有对称分布在所述磁钢嵌入缺口(2)两侧的沿直轴磁链方向的第二交轴磁路隔磁口。
[0009]进一步地，所述第二交轴磁路隔磁口在所述径向方向上平行排布设置多个。
[0010]进一步地，所述第一类型叠片和所述第二类型叠片交错设置中，所述第一类型叠片多个叠加形成的第一部分与所述第二类型叠片多个叠加形成的第二部分交错设置，所述第二类型叠片数量多于所述第一类型叠片数量进一步地，所述第二类型叠片数量与所述第一类型叠片数量的比例为4:1。
[0011]进一步地，利用所述第二交轴磁路隔磁口来作非导磁固定件轴向穿设的通孔，实现所述叠片在转子轴向的固定。
[0012]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0013]本发明采用两种拓扑结构的硅钢片来进行组合叠加，其中一组叠片的的拓扑结构可以在很大程度上减小磁钢端部漏磁，从而减小充磁电流，并提高转矩密度;另外一组叠片的拓扑结构可以增大交轴磁阻，减小交轴电感，从而增大磁阻转矩，提高转矩密度;将两种硅钢叠片组合叠压以实现转子铁心成型的方法，比另外增加套筒以固定转子叠片的常规方法制造工艺简单，避免了增加套筒所带来的问题，比如套筒上存在涡流，使得损耗增大，增加套筒使得气隙长度变大，磁路磁阻变大，降低电机的输出能力。并且巧妙的利用交轴磁隔槽的空隙作为非导磁固定件穿设的通孔，避免了额外做通孔对转子磁路的影响。
【附图说明】
[0014]图1是按照本发明实现的叠片一的结构示意图；
[0015]图2是按照本发明实现的叠片二的结构示意图；
[0016]图3是按照本发明实现的转子铁心硅钢片叠压后形成转子铁芯的结构示意图。
[0017]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0018]1-转子铁心硅钢片2-磁钢口 3-交轴磁路隔磁槽与转子外径之间的磁桥4，5，6_交轴磁路隔磁口 7-磁钢端部与转子外径之间的磁桥8-交轴磁路隔磁桥槽与转子外径之间的磁桥断路9-磁钢端部与转子外径之间的磁桥断路10，12-叠片一的组合结构11，13-叠片二的组合结构14，15-铆钉
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]如图1所示，是按照本发明实现的降低变磁通永磁同步电机的充磁电流并提高转矩密度的转子铁心I中未经改进的叠片一的结构示意图，可以看出，其主要结构为:转子铁心硅钢片I，磁钢嵌入缺口 2，用于在进行叠加后能够形成槽体从而容纳磁钢体，本发明中选择磁钢体为切向充磁方向，并采用具有低矫顽力的永磁材料来制作上述磁钢，通过定子直轴电流脉冲矢量控制来实现充退磁。
[0021]其中，在磁钢嵌入缺口2之间还设置有未在叠片外沿形成断口的第一隔磁口4，其主要形成交轴磁路隔磁槽，第一隔磁口 4与转子外径之间未断口的部分称为磁桥3，其为交轴磁链的主要通道，故其宽度，即沿径向的长度直接影响交轴磁路的磁阻，从而影响交轴电感，并且磁桥3宽度越小，交轴磁路的磁阻越大、电感越小，故若将磁桥3在周向方向上完全断开，会使得交轴磁路完全被阻断，磁路磁阻最大。
[0022]另外，除了设置第一隔磁口4，还在以径向方向为法线的弧线上，对称设置在磁钢嵌入缺口 2两侧的第二交轴磁路隔磁口 5，6，并且该第二交轴磁路隔磁口可沿着径向方向衍生平行设置多个，由此可以增大交轴磁路的磁阻以减小交轴电感，从而使得交轴电感小于直轴电感；
[0023]磁钢嵌入缺口2端部与转子外径未断口之间的部分为磁桥7，为磁钢端部漏磁的主要影响因素，并且在磁钢充磁时产生漏磁，导致充磁电流增大。
[0024]进一步地，如图2所示，为了降低变磁通永磁同步电机的充磁电流和交轴电感，可以采取完全断开3和7的方法，如8和9所示，断开7可以隔断磁钢端部的漏磁磁路，从而降低磁钢端部漏磁，一方面可以使得空载气隙磁密增大，提高转矩密度，另一方面避免了脉冲磁场对磁钢进行充磁时发生磁钢端部漏磁，从而使得充磁电流降低;断开3可以将交轴磁路完全阻断，使得交轴磁阻增大，交轴电感降低，从而增大转子的凸极比，增大磁阻转矩。
[0025]另外，上述两种叠片是按照如下的方式制作出转子铁心的，硅钢片叠压方法如图3所示，其中10与12为叠片一叠压组成的结构，11与13为四片叠片二的组合结构，有以上叙述可知，为使充磁电流较小，转矩密度较高，叠片一的数量越小越好，但同时也要考虑到能否承受转子的机械受力，故本发明综合考虑铁心轴向长度、电机电磁性能与机械受力的情况，将叠片一与叠片二的数量比例优选设置为1:4，并且为了使叠片在轴向方向上受力均匀，将叠片一与叠片二间隔交错放置，如10，11，12，13所示的位置关系。
[0026]在将整个组合而成的叠片结构组合固定的时候，可以采用为非导磁性材料做成的铆钉14，15，横截面的形状与图1中隔磁口 6的形状相同，并穿过隔磁口 6。本发明将叠片一与叠片二按照图3所示组合在一起，再通过图3中与14，15相同的八个铆钉对叠片二的八个部分与叠片一进行轴向固定，即可实现转子铁心的成型。
[0027]当叠片二的每一个部分通过铆钉与叠片一叠压在一起时，由于叠片一在垂直于轴向的维度上为一个整体，并且在此维度上对叠片二的每个部分有相同的作用力，故叠片二分散的八个部分就成了相对位置不变的一个整体，从而实现了转子铁心的成型。本发明中以两种叠片数量比1:4为例，这一比值可根据实际情况而定，比如转子铁心轴向长度和硅钢片的厚度，以及转子机械受力情况等。
[0028]按照本发明实现的变磁通永磁同步电机的拓扑结构，能够实现如下的技术优势:叠片二的拓扑结构可以在很大程度上减小磁钢端部漏磁，从而减小充磁电流，降低逆变器的容量等级，并提高转矩密度;另外可以增大交轴磁阻，减小交轴电感，从而增大凸极比，增大磁阻转矩;将两种硅钢片组合叠压以实现转子铁心成型的方法，比另外增加套筒以固定转子叠片的常规方法制造工艺简单，避免了增加套筒所带来的问题，并且巧妙的利用交轴磁隔槽的空隙来作为非导磁固定件穿设的通孔，避免了额外做通孔对转子磁路的影响。
[0029]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，所述转子铁心由转子铁心叠片叠加而成，所述转子铁心叠片包括第一类型叠片和第二类型叠片，在叠加形成所述转子铁心叠片的过程中，所述第一类型叠片和所述第二类型叠片交错设置； 其中，所述第一类型叠片为圆环状结构，其在圆周方向上分布设置有若干未在外沿形成断口的磁钢嵌入缺口( 2 )，用于形成磁钢体的安装槽，所述两个磁钢嵌入缺口( 2)之间还设置有未在所述第一类型叠片外沿形成断口的第一隔磁口(4); 所述第二类型叠片为圆环状结构，其在圆周方向上分布设置有若干在外沿形成断口的磁钢嵌入缺口(2)，用于形成磁钢体的安装槽，所述两个磁钢嵌入缺口(2)之间还设置有在所述第一类型叠片外沿形成断口的第一隔磁口(4)。2.如权利要求1所述的变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，在所述第一类型叠片与所述第二类型叠片上，还具有对称分布在所述磁钢嵌入缺口(2)两侧的沿直轴磁链方向的第二交轴磁路隔磁口。3.如权利要求2所述的变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，所述第二交轴磁路隔磁口在所述径向方向上平行排布设置多个(5，6)。4.如权利要求1-3中任意一项所述的变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，所述第一类型叠片和所述第二类型叠片交错叠加设置中，所述第一类型叠片多个叠加形成的第一部分与所述第二类型叠片多个叠加形成的第二部分交错设置。5.如权利要求4所述的变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，所述第二类型叠片数量与所述第一类型叠片数量的比例为4:1。6.如权利要求5所述的变磁通永磁同步电机的转子铁心，其特征在于，利用所述第二交轴磁路隔磁口来作非导磁固定件轴向穿设的通孔，实现所述叠片在转子轴向的固定。
【文档编号】H02K1/27GK105896772SQ201610290627
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李健, 孙阿芳, 曲荣海
【申请人】华中科技大学