永磁同步电机转子和永磁同步电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转子和永磁同步电机。
【背景技术】
[0002]永磁同步电机转子磁路结构是永磁同步电机的关键技术，目前国内永磁同步电机主要应用在铁路机车、动车及电动汽车等牵引领域，由于牵引领域不仅要求永磁同步电机体积小、重量轻，还要求满足牵引特有的工作特性，所以永磁同步电机转子的磁路结构设计尤为重要。
[0003]由于永磁同步电机转子磁路结构产生的气隙磁场含有的谐波分量会造成永磁同步电机的铁损增大，反电势谐波畸变率增加，从而导致永磁同步电机温升过高、效率降低、性能下降。并且由于永磁同步电机定子开槽的槽口宽大时，齿槽效应较强，会产生较大的齿槽转矩，而永磁同步电机齿槽转矩是衡量永磁同步电机性能的重要指标，从理论上讲，齿槽转矩越小，永磁同步电机运行越稳定，振动噪声越小。
[0004]为了减小永磁同步电机的铁耗和齿槽转矩脉动，在永磁同步电机设计阶段需使永磁同步电机转子的气隙磁场波形保持较好的正弦性，而目前现有的永磁同步电机转子由于其本身的磁路特点，气隙结构主要采用均匀气隙，其气隙磁场波形远非正弦分布，而是梯形分布，导致齿槽转矩高，空载反电势谐波含量高，造成永磁同步电机性能下降。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种永磁同步电机转子和永磁同步电机，用以解决目前永磁同步电机转子气隙磁场波形远非正弦分布，导致齿槽转矩高，空载反电势谐波含量高造成永磁同步电机性能下降的问题。
[0006]本发明一方面提供一种永磁同步电机转子，包括:转子铁芯和磁路组件，其中，磁路组件包括两个沿径向分布的切向永磁体，切向永磁体设置在永磁体槽中，两个切向永磁体的相同极性相对，在两个切向永磁体之间且靠近转子铁芯内侧的一端设置有一个径向永磁体，径向永磁体面对定子的一侧具有与两个切向永磁体相对一侧相同的极性，转子铁芯的径向截面形状由弧和直线组成，其中，靠近切向永磁体的部分为直线。
[0007]进一步的，两个切向永磁体之间设置有辅助孔。
[0008]进一步的，切向永磁体靠近径向永磁体的一端设置有多边形镂空结构形成加强筋。
[0009]进一步的，辅助孔为梯形。
[0010]进一步的，多边形镂空结构为三角形、矩形或正方形。
[0011 ] 进一步的，磁路组件的个数为正偶数。
[0012]进一步的，还包括设置在切向永磁体两端的隔磁桥。
[0013]进一步的，两个切向永磁体之间的夹角范围为0°到180°。
[0014]本发明另一方面还提供一种永磁同步电机，包括定子和转轴，还包括上述所述的永磁同步电机转子。
[0015]本发明提供的永磁同步电机转子和永磁同步电机，由于转子铁芯的径向截面形状并非正圆形，而是由弧和直线组成，导致转子的气隙结构不均匀，即转子铁芯的磁路结构采用了非均匀的气隙结构，从而优化气隙磁场波形，使其接近正弦分布，以减小齿槽转矩，减少谐波含量，提高永磁同步电机性能。
【附图说明】
[0016]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0017]图1为根据本发明实施例一的永磁同步电机转子的部分结构示意图；
[0018]图2为根据本发明实施例二的永磁同步电机转子的部分结构示意图；
[0019]图3为根据本发明实施例二的永磁同步电机转子的部件位置关系示意图。
[0020]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0022]实施例一
[0023]图1为根据本发明实施例一的永磁同步电机转子的部分结构示意图，如图1所示，永磁同步电机转子包括:转子铁芯I和磁路组件2，其中，磁路组件2包括两个沿径向分布的切向永磁体21，切向永磁体21设置在永磁体槽3中，两个切向永磁体21的相同极性相对，在两个切向永磁体21之间且靠近转子铁芯I内侧的一端设置有一个径向永磁体22，径向永磁体22面对定子的一侧具有与两个切向永磁体21相对一侧相同的极性，转子铁芯I的径向截面形状由弧4和直线5组成，其中，靠近切向永磁体21的部分为直线5。
[0024]具体的，转子铁芯I的径向截面为垂直于转子铁芯I轴的截面，磁路组件2包括两个切向永磁体21和一个径向永磁体22，并且两个切向永磁体21和一个径向永磁体22呈U型分布。转子铁芯I的径向截面形状并非正圆形，而是由弧和直线组成，其中，靠近切向永磁体21的部分为直线5，直线5的长度可根据实际情况进行调整。
[0025]图1中仅示出了永磁同步电机转子的一部分结构，在实际中，一个完整的永磁同步电机转子包含多个图1中示出的部分。进一步的，磁路组件2的个数为正偶数，并且两个切向永磁体21之间的夹角可调整，两个切向永磁体21之间的夹角范围可为0°到180°，具体可根据实际情况进行调整。
[0026]本实施例中，由于转子铁芯I的径向截面形状并非正圆形，而是由弧4和直线5组成，导致转子的气隙结构不均匀，即转子铁芯I的磁路结构采用了非均匀的气隙结构，从而优化气隙磁场波形，使其接近正弦分布，以减小齿槽转矩，减少谐波含量，提高永磁同步电机性能。
[0027]实施例二
[0028]本实施例是在实施例一的基础上进行的补充说明。
[0029]图2为根据本发明实施例二的永磁同步电机转子的部分结构示意图，如图2所示，永磁同步电机转子还包括辅助孔6，辅助孔6设置在两个切向永磁体21之间。
[0030]进一步的，辅助孔6为梯形。图3为根据本发明实施例二的永磁同步电机转子的部件位置关系示意图，如图3所示，通过调整梯形的高h、两腰的夹角Θ 4和梯形到转子铁芯I表面的最小距离b，可优化调整永磁同步电机转子的气隙磁场波形，使其更接近正弦分布，提高永磁同步电机性能，同时，辅助孔6的设置也减轻了永磁同步电机转子的重量，减小了离心力，进一步提高了永磁同步电机在高速运行时的机械性能，同时还能有效降低永磁同步电机的振动和噪声。另外通过调整极间削角θ、极弧系数角Q1、永磁体槽位置角θ2、永磁体夹角θ3、极弧偏心距t进行气隙磁场波形的优化，其中，极间削角Θ即图3中的两条直线5的延长线的夹角，极弧系数角Q1即弧4所对应的圆心角，永磁体夹角Θ 3即两个切向永磁体21之间的夹角，极弧偏心距t即弧4的圆心到两条直线11交点Q的距离，其中，直线11垂直于直线5，永磁体槽位置角Θ 2即两个永磁体槽3相对的一侧且靠近定子一端到交点Q所形成的直线的夹角。
[0031]进一步的，如图2所示，切向永磁体21靠近径向永磁体22的一端设置多边形镂空结构7形成加强筋8。优选的，多边形镂空结构可为三角形、矩形或正方形，具体形状可根据实际情况进行选择，在此不再赘述。永磁同步电机转子通过多边形镂空结构的设置，增加了加强筋的个数，加强了永磁同步电机转子的结构强度和应力分布，从而满足永磁同步电机高速运转时的机械性能要求。
[0032]进一步的，永磁同步电机转子还包括设置在切向永磁体21两端的隔磁桥9，可使漏磁尽可能少，并且进一步加强永磁同步电机转子结构。
[0033]进一步的，本发明还提供一种永磁同步电机，包括定子、转轴和上述的永磁同步电机转子。
[0034]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种永磁同步电机转子，其特征在于，包括:转子铁芯和磁路组件，其中，所述磁路组件包括两个沿径向分布的切向永磁体，所述切向永磁体设置在永磁体槽中，两个所述切向永磁体的相同极性相对，在两个所述切向永磁体之间且靠近所述转子铁芯内侧的一端设置有一个径向永磁体，所述径向永磁体面对定子的一侧具有与两个所述切向永磁体相对一侧相同的极性，所述转子铁芯的径向截面形状由弧和直线组成，其中，靠近所述切向永磁体的部分为直线。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子，其特征在于，两个所述切向永磁体之间设置有辅助孔。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子，其特征在于，所述切向永磁体靠近所述径向永磁体的一端设置有多边形镂空结构形成加强筋。4.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子，其特征在于，所述辅助孔为梯形。5.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于，所述多边形镂空结构为三角形、矩形或正方形。6.根据权利要求1-5任一所述的永磁同步电机转子，其特征在于，所述磁路组件的个数为正偶数。7.根据权利要求1-5任一所述的永磁同步电机转子，其特征在于，还包括设置在所述切向永磁体两端的隔磁桥。8.根据权利要求1-5任一所述的永磁同步电机转子，其特征在于，两个所述切向永磁体之间的夹角范围为0°到180°。9.一种永磁同步电机，包括定子和转轴，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一所述的永磁同步电机转子。
【专利摘要】本发明提供一种永磁同步电机转子和永磁同步电机，永磁同步电机转子包括：转子铁芯和磁路组件，其中，磁路组件包括两个沿径向分布的切向永磁体，切向永磁体设置在永磁体槽中，两个切向永磁体的相同极性相对，在两个切向永磁体之间且靠近转子铁芯内侧的一端设置有一个径向永磁体，径向永磁体面对定子的一侧具有与两个切向永磁体相对一侧相同的极性，转子铁芯的径向截面形状由弧和直线组成，其中，靠近切向永磁体的部分为直线。本发明提供的永磁同步电机转子和永磁同步电机，由于转子铁芯的径向截面形状并非正圆形，而是由弧和直线组成，导致转子的气隙结构不均匀，从而优化气隙磁场波形，使其接近正弦分布，提高永磁同步电机性能。
【IPC分类】H02K1/27, H02K21/02
【公开号】CN105141058
【申请号】CN201510562547
【发明人】史俊旭, 符敏利, 陈致初, 李益丰, 彭俊, 杨金霞, 邹煜林, 冯守智, 胡勇峰, 赵安然
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月7日