一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种明公开了一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，包括中心转轴和转子铁芯，转子铁芯沿圆周方向均匀设置有P组通槽，每组通槽包括沿转子铁芯径向方向上间隔设置的3层U形通槽，U形通槽的直底边内嵌置有永磁体。本发明可以使电机的合成转矩充分利用永磁转矩分量与磁阻转矩分量，提高电机的转矩密度。
【专利说明】
一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，属于永磁电机技术。
【背景技术】
[0002] 内置式永磁同步电机根据磁路结构分类属于凸极式电机，电磁转矩中含有永磁转 矩分量和磁阻转矩分量。其中，永磁转矩分量最大值在电流角度为〇度时达到，磁阻转矩分 量最大值在电流角度为45度时达到。合成转矩的最大值电流角度介于0度到45度之间，可 见，合成最大转矩未充分利用两种转矩分量。合成转矩的最大值小于永磁转矩与磁阻转矩 最大值的代数和，导致了两种转矩分量的不充分利用。
[0003] 转矩密度是衡量电机性能的重要指标，充分利用各种转矩分量可以提高电机的转 矩密度，达到缩小电机所占空间和节能的目标。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高转矩密度永磁磁 阻同步电机转子结构，能够充分利用永磁转矩分量与磁阻转矩分量，提高电机的转矩密度。
[0005] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 在转子铁芯中采用不对称U形通槽结构，永磁转矩最大值的电流角角度等于或大 于0度，磁阻转矩最大值的电流角角度小于45度，可使永磁转矩最大值和磁阻转矩最大值在 同一电流角度或相近的电流角度达到，提高了合成转矩对两种转矩分量的利用率。
[0007] -种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，包括中心转轴和转子铁芯，中心转 轴与转子铁芯同中心轴线安装;围绕中心轴线，在转子铁芯上均匀设置有P个结构尺寸相同 的通槽组，沿顺时针方向，通槽组的编号依次记为1，2, ? ? ?，i，? ? ?，P_1，P，其中P为电 机的磁极数；
[0008] 每个通槽组包括三个U形通槽，每个U形通槽包括一个直底边和两个直侧翼，三个 直底边相互平行;根据直底边距离中心轴线的距离，将三个U形通槽分别称为外层U形通槽、 中间U形通槽和内层U形通槽，内层U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为hjp qi，中间U形 通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为112和屯，外层U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为 113和93，113〈112〈111，0.5111^^1<1.5111，0.5112^^2<1.5112,0.5113^^3<1.5113;
[0009] 在每个U形通槽的直底边嵌置有一个永磁体，内层U形通槽直底边内的永磁体长度 为lpml，磁化方向长度为wpml;中间一层U形通槽直底边内的永磁体长度为l pm2，磁化方向长度 为wpm2 ;外层U形通槽直底边内的永磁体长度为lpm3，磁化方向长度为wpm3 ;永磁体磁化方向与 所属U形通槽直底边宽度方向相同，1 pm3 < 1 pm2 < 1 pml，wpm3 < Wpm2 <wpml;同一个U形通槽组内的 三个永磁体极性相同，相邻两个u形通槽组内的永磁体极性不同；
[0010] 在转子铁芯的横截面上建立xy二维坐标系，xy二维坐标系的原点在中心轴线上； 第1个通槽组的三个直底边均与y轴垂直，且三个直底边内永磁体的中点均在y轴上；第1个 通槽组的6个直侧翼中心线端部与转子铁芯外圆在半径方向的距离均为b;内层U形通槽的 左直侧翼中心线和y轴的夹角为a〇
:内层U形通槽的右直侧翼中心线和y轴的夹角 为ai，ai<aQ且
；中间层U形通槽的左直侧翼中心线和外层U形通槽的左直侧 翼中心线均与内层U形通槽的左直侧翼中心线平行，中间层U形通槽的右直侧翼中心线和外 层U形通槽的右直侧翼中心线均与内层U形通槽的右直侧翼中心线平行；内层U形通槽与中 间层U形通槽左直侧翼之间的间距为、直底边之间的间距为w M1、右侧直侧翼之间的间距 为wR1，外层U形通槽与中间层U形通槽左直侧翼之间的间距为WL2、直底边之间的间距为WM2、 右侧直侧翼之间的间距为WR2 ;WM2<WM1，WL1<WM1<WR1，WL2<WM2<WR2。
[0011] 为了达到高转矩密度的目的，上述转子使用时的旋转方向为左旋方向（与y轴的左 右侧的定义标的一致）。
[0012] 优选的，所述U形通槽的直底边上，装永磁体位置的宽度大于未装永磁体位置的宽 度，即在U形通槽的直底边上设置台阶槽结构，通过台阶槽结构实现永磁体和转子铁芯的定 位；一般设计U形通槽的直底边上装永磁体位置的宽度比未装永磁体位置的宽度至少大 0. 5mm〇
[0013] 优选的，为了保持转子冲片的完整性并用于导通磁通，设计0.5mm彡b。
[0014] 有益效果:本发明提供的高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，具有如下优点： 1、 通过设置U形通槽侧翼角度，使永磁磁阻同步电机的最大合成转矩充分利用永磁转矩分 量和磁阻转矩分量，提高了转矩密度;2、本发明提出的转子结构充分利用了磁阻转矩，可以 减少永磁材料的消耗，降低电机制造成本。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的结构示意图；
[0016] 图2为转子冲片的结构示意图；
[0017]图3为一个通槽组的结构示意图；
[0018] 图中包括：1-中心转轴，2-转子铁芯，3-通槽组，4-外层U形通槽，5-中间U形通槽， 6-内层U形通槽，7-永磁体，8-台阶槽结构。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020] 如图1所示为一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，包括中心转轴1和转子 铁芯2(由转子冲片叠压而成），中心转轴1与转子铁芯2同中心轴线安装；围绕中心轴线，在 转子铁芯2上均匀设置有P个结构尺寸相同的通槽组3,沿顺时针方向，通槽组3的编号依次 记为1，2, ?? ?，i，? ? ?，P-1，P，其中P为电机的磁极数;相邻两组通槽组3中心线间的夹 角为
[0021 ] 如图2所示，每个通槽组3包括三个U形通槽，每个U形通槽包括一个直底边和两个 直侧翼，三个直底边相互平行;根据直底边距离中心轴线的距离，将三个U形通槽分别称为 外层U形通槽4、中间U形通槽5和内层U形通槽6，内层U形通槽6的直底边和直侧翼的宽度分 别为hjpqi，中间U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h#Pq2,外层U形通槽的直底边和 直侧翼的宽度分别为h3和q3，h3〈h2〈hi，0 ? 5hi<qi< 1 ? 5hi，0 ? 5h2<q2< 1 ? 5h2，0 ? 5h3<q3< 1 ?5h3〇
[0022] 在每个U形通槽的直底边嵌置有一个永磁体7,内层U形通槽6直底边内的永磁体7 长度为lpml，磁化方向长度为wpml;中间一层U形通槽5直底边内的永磁体7长度为lpm2，磁化方 向长度为Wpm2 ;外层U形通槽4直底边内的永磁体7长度为lpm3，磁化方向长度为Wpm3 ;永磁体7 磁化方向与所属U形通槽直底边宽度方向相同，1 Pm3 < 1 Pm2 < 1 pml，Wpm3 < Wpm2 < Wpml;同一个U形 通槽组内的三个永磁体7极性相同，相邻两个U形通槽组内的永磁体7极性不同。
[0023] 如图3所示，在转子铁芯2的横截面上建立xy二维坐标系，xy二维坐标系的原点在 中心轴线上;第1个通槽组3的三个直底边均与y轴垂直，且三个直底边内永磁体的中点均在 y轴上;第1个通槽组的6个直侧翼中心线端部与转子铁芯外圆在半径方向的距离均为b;内 层U形通槽6的左直侧翼中心线和y轴的夹角为aQ，
；内层U形通槽6的右直侧翼中心 线和y轴的夹角为ai，ai<a〇且
中间层U形通槽6的左直侧翼中心线和外层U 形通槽4的左直侧翼中心线均与内层U形通槽5的左直侧翼中心线平行，中间层U形通槽6的 右直侧翼中心线和外层U形通槽4的右直侧翼中心线均与内层U形通槽5的右直侧翼中心线 平行；内层U形通槽6与中间层U形通槽5左直侧翼之间的间距为、直底边之间的间距为 wa、右侧直侧翼之间的间距为wR1，外层U形通槽4与中间层U形通槽5左直侧翼之间的间距为 WL2、直底边之间的间距为WM2、右侧直侧翼之间的间距为WR2 ; WM2 < WM1，WL1 < WM1 < WR1，WL2 < WM2 ^;WR2〇
[0024] 下面通过一个实施例，对本发明进行具体说明。
[0025] 如图1所示电机转子整体结构图，本实施例为一个4极的永磁磁阻同步电机转子，P =4。如图2所示，每个通槽组3包括三个U形通槽，每个U形通槽包括一个直底边和两个直侧 翼，三个直底边相互平行;根据直底边距离中心轴线的距离，将三个U形通槽分别称为外层U 形通槽4、中间U形通槽5和内层U形通槽6，内层U形通槽6的直底边和直侧翼的宽度分别为lu =4 ? 2mm和qi = 3.8mm，中间U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h2 = 3mm和q2 = 3 ? 2mm， 外层U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h3 = 1.7mm和q3 = 1.9mm，满足hKhXlu，0.51u <qi<l .5hi，0.5h2<q2<l .5h2,0.5h3<q3<l .51i3;在U形通槽的直底边嵌置有永磁体，内层 U形通槽直底边内的永磁体长度为lPmi = 8.3mm，磁化方向长度为wPmi = 4.7mm;中间一层U形 通槽直底边内的永磁体长度为lPm2 = 6.6mm，磁化方向长度为wPm2 = 3.5mm;外层U形通槽直底 边内的永磁体长度为lpm3 = 3.6mm，磁化方向长度为Wpm3 = 2.2mm，满足lpm3 < lpm2 < lpml，Wpm3 < Wpm2<Wpml;永磁体磁化方向长度大于未装设永磁体的通槽直底边宽度0.5mm，形成了阶梯槽 结构；同一组U形通槽组内的永磁体极性相同，相邻两个U形通槽组内的永磁体极性不同。通 槽组的6个直侧翼端部与转子铁芯外圆在半径方向的距离均为b = 0.5mm。
[0026] 如图3所示，内层U形通槽的左直侧翼中心线和y轴的夹角为a〇 = 55°，
90° ;内层U形通槽的右直侧翼中心线和y轴的夹角为ai = 33°，满足ai<a〇且
;中间层U形通槽和外层U形通槽的左、右侧直侧翼中心线分别与内 层U形通槽的左、右直侧翼中心线平行；内层U形通槽6与中间层U形通槽5左侧直侧翼之间的 铁芯宽度为wu = 3.1mm、直底边之间的铁芯宽度为wm = 3.2mm、右侧直侧翼中间的铁芯宽度 为WR1 = 3.3mm，外层U形通槽4与中间层U形通槽5左侧直侧翼之间的铁芯宽度为WL2 = 2.4mm、 直底边之间的铁芯宽度为wm2 = 2.5mm、右侧直侧翼中间的铁芯宽度为wR2 = 2.5mm，满足W2< WMl，WL1<WM1<WR1，WL2<WM2<WR2 ;最终的转子结构如图1所不。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于:包括中心转轴（1)和转子 铁芯（2)，中心转轴（1)与转子铁芯(2)同中心轴线安装；围绕中心轴线，在转子铁芯上均匀 设置有P个结构尺寸相同的通槽组(3)，沿顺时针方向，通槽组(3)的编号依次记为1，2,…， i，…，P-1，P，其中P为电机的磁极数； 每个通槽组(3)包括三个U形通槽，每个U形通槽包括一个直底边和两个直侧翼，三个直 底边相互平行；根据直底边距离中心轴线的距离，将三个U形通槽分别称为外层U形通槽 (4)、中间U形通槽(5)和内层U形通槽(6)，内层U形通槽(6)的直底边和直侧翼的宽度分别为 h#Pqi，中间U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h#Pq2,外层U形通槽的直底边和直侧 翼的宽度分别为 h3 和 q3，h3〈h2〈hi，0 · 5hi^iqi^i 1 · 5hi，0 · 5h2^iq2^i 1 · 5h2，0 · 5h3^iq3^i 1 · 5h3; 在每个U形通槽的直底边嵌置有一个永磁体(7)，内层U形通槽(6)直底边内的永磁体 (7)长度为lpml，磁化方向长度为wpml;中间一层U形通槽（5)直底边内的永磁体(7)长度为 lPm2，磁化方向长度为wpm2;外层U形通槽(4)直底边内的永磁体(7)长度为l pm3，磁化方向长度 为Wpm3 ;永磁体（7 )磁化方向与所属U开多通槽直底边宽度方向相同，lpm3 < lpm2 < lpml，Wpm3 < Wpm2 < Wpml;同一个U形通槽组内的三个永磁体(7 )极性相同，相邻两个U形通槽组内的永磁体(7 ) 极性不同； 在转子铁芯(2)的横截面上建立xy二维坐标系，xy二维坐标系的原点在中心轴线上;第 1个通槽组(3)的三个直底边均与y轴垂直，且三个直底边内永磁体的中点均在y轴上;第1个 通槽组的6个直侧翼中心线端部与转子铁芯外圆在半径方向的距离均为b;内层U形通槽(6) 360。 的左直侧翼中心线和y轴的夹角为α〇,A ^ -内层U形通槽(6)的右直侧翼中心线和y轴 P 160'X ^ 的夹角为且冲间层U形通槽(6)的左直侧翼中心线和外层U形通 槽(4)的左直侧翼中心线均与内层U形通槽(5)的左直侧翼中心线平行，中间层U形通槽(6) 的右直侧翼中心线和外层U形通槽(4)的右直侧翼中心线均与内层U形通槽(5)的右直侧翼 中心线平行；内层U形通槽(6)与中间层U形通槽(5)左直侧翼之间的间距为wu、直底边之间 的间距为wmi、右侧直侧翼之间的间距为wri，外层U形通槽(4)与中间层U形通槽(5)左直侧翼 之间的间距为WL2、直底边之间的间距为WM2、右侧直侧翼之间的间距为WR2 ; WM2 <WM1，WL1 <WM1 ^;WR1, WL2^;WM2^;WR2 〇2. 根据权利要求1所述的高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于:所述U 形通槽的直底边上，装永磁体(7)位置的宽度大于未装永磁体(7)位置的宽度，即在U形通槽 的直底边上设置台阶槽结构（8)，通过台阶槽结构（8)实现永磁体(7)和转子铁芯（2)的定 位。3. 根据权利要求2所述的高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于:为了保 持转子冲片的完整性并用于导通磁通，设计〇.5mm<b。
【文档编号】H02K1/27GK105958692SQ201610560404
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】林明耀, 孔永
【申请人】东南大学