[发明专利]一种交替极内置式永磁电机转子

说明书

本发明公开了一种交替极内置式永磁电机转子，包括转子铁心、转轴、外永磁体和内永磁体，外永磁体的能量密度大于内永磁体的能量密度；转子铁心包括至k个转子铁心段和k‑1个导磁环，其中，k≥2，相邻两个转子铁心段之间设置一个导磁环；每个转子铁心段的外圆周环面沿周向均匀布设有p个外永磁体槽，其中，p为电机极对数；每个外永磁体槽的外径均小于转子铁心段的外径，每个外永磁体槽内均布设一个外永磁体；每个转子铁心段的内圆周环面沿周向均匀布设有n个内永磁体槽，每个内永磁体槽内均布设一个内永磁体。本发明能在节省电机成本和削弱交替极永磁电机转轴漏磁的同时，进一步提高交替极内置式永磁电机的转矩输出能力。

技术领域

本发明涉及一种电机设计领域，特别是一种交替极内置式永磁电机转子。

背景技术

近些年，由于永磁电机具有高转矩密度、高效率，被广泛应用于家电、电动汽车、风力发电和航空航天等场合。高能量密度的稀土永磁材料在永磁电机的设计和产品化中备受青睐。

由于内置式永磁电机的永磁体置于转子铁心的内部，当电机转子运行在比较高的转速时，仍然能够保证电机转子的安全性。而且，内置式永磁电机的转子铁心中插入永磁体，永磁体的形状可以根据不同的性能要求设计成不同的形状，转子铁心空间被有效的利用。

根据永磁同步电机的坐标变换理论，常规内置式永磁电机转子50的直轴磁路51和交轴磁路52，如图11所示。直轴磁路：永磁体→气隙→定子铁心→气隙→相邻的永磁体→转子铁心→回到永磁体。交轴磁路：转子铁心的导磁桥→气隙→定子铁心→气隙→相邻的导磁桥→转子铁心→回到开始的导磁桥。

可见，其直轴磁路不经过永磁体，而永磁体的磁阻比铁心的磁阻大的多，所以直轴磁路的磁阻大于交轴磁路的磁阻，因此其直轴电感小于交轴电感。

内置式永磁同步电机的电磁转矩T_e表达式，如式(1)所示。

式(1)中，p为电机的极对数，ψ_pm为永磁磁链，L_d和L_q分别为直轴电感和交轴电感，i_d和i_q分别为电枢绕组的直轴电流和交轴电流。I_a是正弦相电流的峰值，β是电流相位角。T_pm和T_r分别是永磁转矩分量和磁阻转矩分量。

由于内置式永磁电机的直轴电感小于交轴电感，因此其输出转矩中不仅含有永磁转矩分量，还含有磁阻转矩分量，使得内置式永磁电机有着很宽的恒功率运行区域。正因为如此，内置式永磁电机经常应用于电动汽车、船舶推进等需要调速运行的场合。但是，内置式永磁电机的加工工艺较为复杂。加上大量价格较高的稀土永磁体的使用，导致内置式永磁电机的生产成本较高。为了降低内置式永磁电机的成本，发明专利201210005015.8提供了永磁体内置式的交替极永磁电机。

但是，交替极永磁电机的转轴端部的漏磁，会使得电机的转轴产生单极性磁化，这将对整个电机系统的可靠性和安全性产生影响。发明专利201611011019.1提出采用转子分段的方法，在转子和转轴内部提供漏磁路径，削弱了转轴端部的磁化。然而，这样会使得气隙中产生轴向漏磁，降低了电机的转矩输出能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种交替极内置式永磁电机转子，该交替极内置式永磁电机转子能在节省电机成本和削弱交替极永磁电机转轴漏磁的同时，进一步提高交替极内置式永磁电机的转矩输出能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种交替极内置式永磁电机转子，包括转子铁心、转轴、外永磁体和内永磁体，外永磁体的能量密度大于内永磁体的能量密度。

转子铁心包括至k个转子铁心段和k-1个导磁环，其中，k≥2，相邻两个转子铁心段之间设置一个导磁环。