[发明专利]一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构

说明书

技术领域

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

永磁同步电机转子中按一定规律分布有永磁体，永磁体提供的磁通替代电励磁同步电机的励磁绕组励磁建立主磁场。而根据转子磁路结构的不同，可分为表面式和内置式。内置式转子磁路结构的永磁体位于转子铁芯内部，其转子磁路结构属于凸极结构，电磁转矩中除永磁转矩分量外还有磁阻转矩分量。

根据传统内置式永磁同步电机的转矩特性，永磁转矩分量最大值在电流角度为0度时达到，磁阻转矩分量最大值在电流角度为45度时达到，而合成转矩达到最大值的电流角度介于0度到45度间，合成最大转矩未充分利用两种转矩分量。合成转矩最大值要小于永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值的代数和，造成了永磁转矩分量与磁阻转矩分量的不充分利用。

在体积要求较高的应用场合，高转矩密度成为了电机设计追求的重要指标，这要求电机能够对各种转矩分量进行充分的利用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的两种转矩分量利用不充分的缺点，本发明提供一种高转矩密度永磁磁阻同步电机转子结构，能够更加充分的利用永磁转矩分量与磁阻转矩分量，从而提高电机的转矩密度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

在转子铁芯中采用不对称U形通槽结构，使永磁转矩特性右移，同时磁阻转矩特性左移，可以使永磁转矩与磁阻转矩在同一电流角度或相近的电流角度达到最大值，提高了合成转矩对两种转矩分量的利用率。

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，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；

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，中间U形通槽为对称结构，内层U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h₁和q₁，中间U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h₂和q₂，外层U形通槽的直底边和直侧翼的宽度分别为h₃和q₃，h₁<h₂<h₃，0.5h₁≤q₁≤1.5h₁，0.5h₂≤q₂≤1.5h₂，0.5h₃≤q₃≤1.5h₃；

在中间U形通槽的两个直侧翼内分别嵌置有一个永磁体，永磁体的长度为l_pm，永磁体的宽度为w_pm；同一个中间U形通槽内的两个永磁体极性相同，相邻两个中间U形通槽内的永磁体极性不同；

通槽组的其他尺寸以U形通槽的中心线进行表述；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，且三个直底边的中点均在y轴上，中间U形通槽的对称轴与y轴重合；第1个通槽组的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；中间U形通槽的两个直侧翼端部与原点的连线和y轴的夹角均为α₀，内层U形通槽的左直侧翼端部与原点的连线和y轴的夹角为α₃，0°≤α₃＜α₀；内层U形通槽的右直侧翼端部与原点的连线和y轴的夹角为α₄，α₃＜α₄且α₃+α₄＜2α₀；外层U形通槽的左直侧翼端部与原点的连线和y轴的夹角为α₁，外层U形通槽的右直侧翼端部与原点的连线和y轴的夹角为α₂，α₁＜α₂且在外层U形通槽的两个直侧翼上各设置一个能导通磁通的磁桥，两个磁桥的间距均为w，两个磁桥的中心距离原点的距离相等；

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)。