4层磁障5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° /2p<90° -al< 360° /2ρ范围内，其中ρ指的是电机磁钢极对数，2ρ即指电机极数(以下同解)。
[0045]另夕卜，在每极四层船型磁障中，除第4层磁障5中斜向直线部靠近q轴的斜边外其余所有斜边与d轴的夹角a left ( α 2，α 3，α 4...，α 8)统一限定在
0.8*360° /2ρ彡90° -aleft<90° _ a I范围内。例如，第4层磁障5远离q轴斜边a 2应限定在 0.8*360° /2p 彡 90° -a2<90° -a I 范围内。
[0046]参照附图2和3，在每极四层船型磁障中，磁钢槽I沿第2层磁障3、第3层号磁障4和第4层磁障5的垂直于d轴的直线部设置，磁钢槽I靠近转子内圆的槽边保持统一长度，且向内圆方向“塌陷”BI = Imm形成台阶以固定磁钢I。
[0047]针对上述方案构成的可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，以下具体说明一下该转子的各项性能。
[0048]永磁辅助同步磁阻电机电磁转矩由磁阻转矩与永磁转矩构成，表达式如下:
[0049]T = p (Ld-Lq) idiq+p Φ pmiq
[0050]式中第一项为磁阻转矩，第二项为永磁转矩。P为电机极对数，Ld、Lq分别为d轴和q轴电感，id、分别为定子电流空间矢量在d、q轴方向上的分量，Φ _为转子磁钢在定子绕组上产生磁链，当不嵌入磁钢时，此项为0，也就是电磁转矩无永磁转矩分量，完全由磁阻转矩提供。
[0051]通常，d轴方向定义为转子磁钢N极磁场方向，q轴为d轴方向逆时针旋转90°电角度。根据公式可知，增加1^与Lq电感差值以及Φ pm都可提高输出转矩。然而，由于同步磁阻转子多层磁障导致的磁路特殊性，磁钢产生的磁场经过层层障碍才能形成与定子绕组匝链Φρπ，故无论磁钢磁能的强弱，嵌入磁钢带来的Φρπ将十分有限，磁钢嵌入同步磁阻电机中只能作为一种辅助作用，以提高功率因数为主要目的，顺带提升一定的输出能力。永磁辅助同步磁阻电机输出转矩的大部分仍有磁阻转矩提供。
[0052]附图4是本发明依电压方程绘制的相量图，将展示永磁辅助同步磁阻电机提高功率因数的机理。永磁辅助同步磁阻电机电压方程可表示为:
[0053]Ud= - ω L
[0054]Uq= oL did+o φ ^R1Iq
[0055]式中，ω为电气角速度，ud、Uq分别为定子电流空间矢量在d、q轴方向上的分量，札为定子相电阻。未嵌入磁钢时，合成电压矢量为附图4中Us，功率因数角为θρ嵌入磁钢后，依电压方程，合成电压矢量变为附图4中的Upms，功率因数角为θ2，显然此时θ'θρ即COS Θ 2>cos θ 10通过实例验证，采用本发明转子结构的37kW样机未嵌入磁钢实测额定点功率因数为0.73，嵌入磁钢转子额定点功率因数提高至0.85。
[0056]附图5是本发明与假定本发明中2-4层磁障嵌满铁氧体磁钢的输出能力对比图。可明显看出，即便磁障填满磁钢，磁钢用量几乎两倍于本发明，但输出能力也只提升了 0.1倍。事实上，因磁钢形状的加工难度非常大，磁障填满磁钢的想法过于理想。
[0057]附图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。可看出，将本发明铁氧体换成稀土铷铁硼永磁材料后，在磁钢成本增加了 5-10倍且剩磁Br增长了 2倍(取铁氧体0.4T，稀土铷铁硼1.2T)的情况下，输出能力只仅仅提升了 0.08倍，从而说明永磁辅助同步磁阻电机转子的设计应以最大化磁阻转矩为目的，磁钢引入所附带的永磁转矩对转矩密度的提升具有局限性。附图5与附图6的结果完全体现了本发明永磁辅助同步磁阻电机转子结构的优越性，具备有极高性价比与可大批量生产的优势。
[0058]通过上述说明可知，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具有如下特点:
[0059]1.四层船型磁障结构，经过相应的尺寸优化限定后，可最大化d、q轴磁路的磁阻差异，即磁阻转矩最大化。
[0060]2.磁钢槽的设计较好的固定住了磁钢，同时磁钢与磁钢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了高速运转的能力。
[0061]3.采用铁氧体永磁材料，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，应用于同步磁阻电机中相对于稀土铷铁硼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排出了电机高温运行情况下的不可逆退磁风险。
[0062]4.采用同一尺寸矩形磁钢，加工简单可靠性高，采购管理方便，可大幅降低电机成本。
[0063]5.第I层磁障沿d轴向厚度LI设计较小且不嵌入磁钢，增大磁阻转矩的同时有效的对内三层磁障内磁钢进行保护，阻碍了电枢磁场直接对磁钢的去磁作用以及磁钢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。
[0064]6.隔断磁桥能有效的减小高速运转时转子边沿承受应力，但同时也会一定程度减弱输出能力。依次加厚的隔断磁桥设计，在完全保障转子结构高速运转安全性的同时最大程度的提高了电机输出能力。
[0065]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一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；其特征在于， 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。2.根据权利要求1所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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: L2 = L3 = L4 且 W2 = W3 = W4, LKL2 且 W1〈W2，同时 0.4 ≤(L1+3*L2)/(L1+3*L2+W1+3*W2)≤ 0.6。6.根据权利要求1所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，所述四层船型磁障中，第2-第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。7.根据权利要求6所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。8.根据权利要求6或7所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。9.根据权利要求1所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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。10.根据权利要求1所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，所述四层船型磁障中，各层磁障的α角不统一。11.根据权利要求10所述的一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，其特征在于，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 ° - α I≤360 ° /2ρ范围内；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Cilrft统一限定在.0.8*360。/2p ≤ 90。-aleft<90。-a I 范围内。
【专利摘要】本发明公开了一种可用于高速场合的永磁辅助同步磁阻电机转子，该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；其中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。本发明对电机转子进行了最优设计，使电机具有高效、高转矩密度、高功率因数、抗去磁能力强以及制成方便的特点。
【IPC分类】H02K21/02, H02K1/27, H02K1/28
【公开号】CN104901452
【申请号】CN201510240337
【发明人】杨俊勤, 徐立伟, 陈永浩, 张东
【申请人】上海吉亿电机有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月12日