一種可用于高速場(chǎng)合的永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及同步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]同步磁阻電機(jī)完全依靠dq軸磁路的磁阻差異來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因轉(zhuǎn)子上不存在導(dǎo)條，故不存在任何電磁損耗，相較于感應(yīng)電機(jī)具有更高的效率和更低的穩(wěn)定運(yùn)行溫度。經(jīng)過(guò)對(duì)同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子磁障的最優(yōu)設(shè)計(jì)，最大化磁阻轉(zhuǎn)矩，已可做到優(yōu)于感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。目前，制約同步磁阻電機(jī)廣泛應(yīng)用的問(wèn)題主要是功率因數(shù)偏低，需要搭配大容量變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而永磁輔助同步磁阻電機(jī)通過(guò)在原有同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子磁障內(nèi)合理添加磁鋼能有效提高功率因數(shù)，與此同時(shí)，磁鋼的引入將帶來(lái)一部分永磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)一步增大了轉(zhuǎn)矩密度，從而一定程度的也提高了電機(jī)效率。
[0003]公開號(hào)為CN102511119A的中國(guó)專利的公開說(shuō)明書中公開了一種永磁輔助同步磁阻電機(jī)，兩層磁障的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有最大化磁阻轉(zhuǎn)矩；無(wú)磁鋼槽設(shè)計(jì)，高速工況磁鋼可能發(fā)生脫落，引發(fā)電機(jī)故障；磁障內(nèi)嵌入了高剩磁Br的稀土銣鐵硼永磁材料，稀土屬不可再生資源，價(jià)格昂貴，嵌入同步磁阻電機(jī)中性價(jià)比極差，這是因?yàn)榇配撍洞耪衔恢猛ǔＦx氣隙較遠(yuǎn)，且磁鋼磁能進(jìn)入氣隙路徑上“阻礙”較多，將導(dǎo)致磁鋼的利用率極低。也就是說(shuō)，永磁輔助同步磁阻添加磁鋼的目的應(yīng)以提高功率因數(shù)為主，轉(zhuǎn)矩密度的提升具有一定局限性。
[0004]公開號(hào)為CN104038011A和CN104052227A的中國(guó)專利的公開說(shuō)明書中公開了兩種永磁輔助同步磁阻電機(jī)，同樣，磁鋼采用了高剩磁Br的稀土銣鐵硼永磁材料，且磁鋼用量大，規(guī)格多，除第一層磁障內(nèi)的磁鋼直面氣隙能有效輸出一定磁能外，其余磁鋼磁能利用率低。該結(jié)構(gòu)相對(duì)于一般IPM電機(jī)只略微增加了有限的轉(zhuǎn)矩密度，但大大增加了電機(jī)成本，經(jīng)濟(jì)性較差，不適宜批量生產(chǎn)。
[0005]公開號(hào)為CN102761222A和CN102790457A的中國(guó)專利的公開說(shuō)明書中公開了兩種永磁輔助同步磁阻電機(jī)，磁障內(nèi)嵌入了價(jià)格低廉的鐵氧體磁鋼，因鐵氧體永磁材料硬而脆，不能進(jìn)行電加工，僅能切片和進(jìn)行少量磨加工，故圓弧狀鐵氧體磁鋼生產(chǎn)工藝較為繁瑣，加工成本偏高；同時(shí)鐵氧體磁鋼跨距較大，極易碎裂；磁障缺少磁橋來(lái)減輕轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的邊沿應(yīng)力，將可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子邊沿拉斷的危險(xiǎn)，不適宜高速工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有永磁輔助同步磁阻電機(jī)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種高功率因數(shù)、高轉(zhuǎn)矩密度和高效率可應(yīng)用于高速場(chǎng)合的永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]一種可用于高速場(chǎng)合的永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心、分布在轉(zhuǎn)子鐵心上的磁障、以及設(shè)在磁障內(nèi)的磁鋼；
[0009]所述轉(zhuǎn)子鐵心每極下分布四層船型磁障，每層磁障由位于中部且垂直于d軸向的直線部和位于兩端且與d軸呈α角向的斜向直線部連接閉合而成。
[0010]進(jìn)一步的，每層磁障中直線部與斜向直線部的閉合面結(jié)合處，以及端部皆具有圓角。
[0011]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，第I層磁障采用無(wú)隔斷磁橋，第2-4層磁障采用隔斷磁橋。
[0012]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，第2-4層磁障采用的隔斷磁橋的厚度依次增大。
[0013]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，四層磁障沿d軸向的厚度LI?L4與由四層磁障隔開的轉(zhuǎn)子硅鋼片厚度Wl?W4，滿足關(guān)系:
[0014]L2 = L3 = L4 且 W2 = W3 = W4, LKL2 且 W1〈W2，同時(shí) 0.4 彡(L1+3*L2)/(L1+3*L2+W1+3*W2)彡 0.6。
[0015]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，第2-4層磁障在垂直于d軸向的直線部設(shè)置磁鋼槽，轉(zhuǎn)子鐵心每極下分布的四層船型磁障中，第I層磁障內(nèi)不放置磁鋼，第2-4層磁障的磁鋼槽內(nèi)嵌入同尺寸同極性的鐵氧體磁鋼。
[0016]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子鐵心每極下分布的四層船型磁障中，各磁障與轉(zhuǎn)子外圓間的間距相同，并在兩者之間形成一圈邊沿磁橋。
[0017]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，各層磁障的α角不統(tǒng)一。
[0018]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，第4層磁障中斜向直線部靠近q軸的斜邊與d軸的夾角 α I 統(tǒng)一限定在 0.95*360° /2ρ < 90° -al< 360° /2ρ 范圍內(nèi)。
[0019]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，除第4層磁障中斜向直線部靠近q軸斜邊外其余所有斜邊與d軸的夾角aleft統(tǒng)一限定在0.8*360° /2p彡90° -aleft<90° -al范圍內(nèi)。
[0020]進(jìn)一步的，所述四層船型磁障中，其上各磁鋼槽靠近轉(zhuǎn)子內(nèi)圓的槽邊保持統(tǒng)一長(zhǎng)度，且向內(nèi)圓方向“塌陷” Imm形成臺(tái)階以固定磁鋼。
[0021]進(jìn)一步的，鐵氧體磁鋼與磁鋼槽接觸面涂覆環(huán)氧樹脂AB膠進(jìn)一步加固。
[0022]本發(fā)明提供的方案通過(guò)采用四層船型磁障轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)最大化了輸出能力；引入磁橋和磁鋼槽并合理設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)子具備有安全高速運(yùn)轉(zhuǎn)能力；采用統(tǒng)一規(guī)格矩形鐵氧體材料擁有極高性價(jià)比且易于采購(gòu)管理。
[0023]再者，采用該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁輔助同步磁阻電機(jī)相比于其它同類電機(jī)具備了低成本、大批量制成方便、強(qiáng)抗去磁能力、高功率因數(shù)、高轉(zhuǎn)矩密度和高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0025]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明半極下結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)放大圖。
[0027]圖3是本發(fā)明第4層磁障未圓角放大圖。
[0028]圖中:1.磁鋼槽(鐵氧體磁鋼)；2.第I層磁障；3.第2層磁障；4.第3層磁障；
5.第4層磁障；6.磁障端部圓角；7.磁障結(jié)合處圓角；8.邊沿磁橋；9.轉(zhuǎn)子軛(即轉(zhuǎn)子鐵心)；10.隔斷磁橋。
[0029]圖4是本發(fā)明提高功率因數(shù)機(jī)理相量分析圖。
[0030]圖5是本發(fā)明與假定本發(fā)明中第2-4層磁障嵌滿鐵氧體磁鋼的輸出能力對(duì)比圖。
[0031]圖6是本發(fā)明與假定本發(fā)明中磁鋼采用稀土銣鐵硼永磁材料輸出能力對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0033]參照附圖1，其所示為本發(fā)明提供的可用于高速場(chǎng)合的永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，該永磁輔助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子軛(即轉(zhuǎn)子鐵心)、設(shè)置在其上的磁障、以及設(shè)在磁障內(nèi)的磁鋼三部分。
[0034]其中，本電機(jī)轉(zhuǎn)子方案在轉(zhuǎn)子鐵心9的每極下分別分布四層船型磁障，圖示方案在轉(zhuǎn)子鐵心9的上下、左右四個(gè)極方向上分別對(duì)稱的設(shè)置四層船型磁障。
[0035]在每個(gè)四層船型磁障中，由第I層磁障2、第2層磁障3、第3層磁障4、第4層磁障5由外向內(nèi)依次設(shè)置構(gòu)成。第I層磁障2采用無(wú)隔斷磁橋，第2-4層磁障3、4、5分別采用隔斷磁橋10，且第2-4層磁障采用的隔斷磁橋10的厚度依次增大。
[0036]在每極下分布的四層船型磁障中的第2層磁障3、第3層磁障4和第4層磁障5上分別開設(shè)相應(yīng)的磁鋼槽1，第I層磁障內(nèi)不放置磁鋼，在第2-4層磁障的磁鋼槽內(nèi)嵌入同尺寸、同極性的矩形鐵氧體磁鋼I。
[0037]由于第2-4層磁障采用隔斷磁橋10結(jié)構(gòu)，因此在每極四層船型磁障中，采用6塊同尺寸、同極性的矩形鐵氧體磁鋼I分別嵌入每極第2-4層磁障的磁鋼槽內(nèi)，即同一極下6塊磁鋼I為同一極性。
[0038]同時(shí)，在磁鋼I與磁鋼槽I接觸的三面涂覆環(huán)氧樹脂AB膠進(jìn)一步加固。
[0039]參照附圖2和3，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，每極四層船型磁障中，各層磁障2，3，4，5分別由位于中部且垂直于d軸向的直線部和位于兩端且分別與d軸呈α角向的斜向直線部連接閉合而成。各層磁障2，3，4，5在端部和閉合面結(jié)合處皆具有磁障端部圓角6和磁障結(jié)合處圓角7。
[0040]每極四層船型磁障中，各層磁障2，3，4，5沿d軸向的厚度L1-L4與由各層磁障2，3，4，5隔開的轉(zhuǎn)子硅鋼片9厚度W1-W4滿足如下關(guān)系:
[0041]L2 = L3 = L4 且 W2 = W3 = W4, LKL2 且 W1〈W2 ；
[0042]同時(shí)0.4 彡(L1+3*L2)/(L1+3*L2+W1+3*W2)彡 0.6。
[0043]再者，在每極四層船型磁障中，各層磁障2，3，4，5包絡(luò)在半徑為R2的圓內(nèi)，即各層磁障2，3，4，5兩端的端部位于同一圓周上(即各層磁障2，3，4，5兩端的端部位于半徑為R2的磁障包絡(luò)圓圓周上)；且各層磁障2，3，4，5與半徑為Rl的轉(zhuǎn)子外圓間距統(tǒng)一設(shè)計(jì)為Rs，Rs在l-2mm之間，具體距離可示轉(zhuǎn)速合理設(shè)計(jì)，其中Rs = R1-R2 (由于各層磁障2，3，4，5包絡(luò)在半徑為R2的圓內(nèi)，所以各層磁障與半徑為Rl的轉(zhuǎn)子外圓間距Rs即為半徑R2的磁障包絡(luò)圓與半徑為Rl的轉(zhuǎn)子外圓間的間距，從而Rs = R1-R2)，半徑R2的磁障包絡(luò)圓和Rl轉(zhuǎn)子外圓間形成了一圈邊沿磁橋8 (參照附圖2)。
[0044]參照附圖3，在每極四層船型磁障中，對(duì)于各層磁障2，3，4，5，與d軸之間的α角不統(tǒng)一。其中，第