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CN109067039A - 一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机 - Google Patents

一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机 Download PDF

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CN109067039A
CN109067039A CN201811064711.XA CN201811064711A CN109067039A CN 109067039 A CN109067039 A CN 109067039A CN 201811064711 A CN201811064711 A CN 201811064711A CN 109067039 A CN109067039 A CN 109067039A
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CN
China
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magnetic
permanent magnet
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barrier
under
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English (en)
Inventor
朱姝姝
汤雯
李传虎
刘闯
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

本发明涉及一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，包括双层永磁体、隔磁磁桥、隔磁磁障和转子铁芯，不同极性磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成不同形状，即相同极性下磁极的隔磁磁桥结构对称，不同极性下磁极的隔磁磁桥结构不对称；一个极下的隔磁磁障尺寸较小，另一个极下的隔磁磁障尺寸较大，在不增加永磁体的情况下提高磁阻转矩，降低气隙磁密谐波含量。优点：1）不同磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成非对称形状，类似于蝴蝶的翅膀，一个极下的隔磁磁障是短翅膀，另一个极下的隔磁磁障是长翅膀。具有磁阻转矩比重高、转矩密度高的优点。2）降低气隙磁密谐波含量，具有转矩脉动低的优点。3）加工简单，制作方便。

Description

一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机
技术领域
本发明是一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，属于永磁同步电机技术领域。
背景技术
内置式永磁同步电机由于具有低速过载能力强，高速恒功率运行范围宽等优点在航空电力驱动领域应用越来越广泛。最典型的内置式结构为单层一字型和V形，这两种单层内置式高速永磁同步电机结构由于气隙磁密接近于梯形而非正弦形，使得气隙磁密中含有大量的低次谐波。这些低次谐波在电机低速运行时，使得转矩脉动变大，电机噪声变大。在高速弱磁运行时，使得定子铁芯损耗增加，电机效率降低。
多层内置式高速永磁同步电机相比于单层永磁体结构，具有气隙磁密谐波含量低、磁阻转矩利用率大等优点，越来越受到航空电力驱动领域的青睐。但是常规的多层结构也有它的缺点，随着永磁体层数的增加，会使得漏磁增大，转矩密度下降。由于多层结构需要多个隔磁磁桥，多个隔磁磁桥的饱和，使得气隙磁密畸变严重，导致转矩脉动变大。所以需要提出一种能够提高转矩密度、降低转矩脉动的内置式永磁同步电机结构。
发明内容
本发明提出的是一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，其目的在于针对现有永磁同步电机存在的转矩密度低、转矩脉动大等缺陷，提出了一种应用于高转矩密度、低转矩脉动双层内置式永磁同步电机转子，旨在提高磁阻转矩比重，从而提高电机的平均转矩输出。该转子亦具有转矩脉动小、铁芯损耗低等优点，实现高功率密度和低噪声的运行。
本发明的技术解决方案：一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，包括双层永磁体、隔磁磁桥、隔磁磁障和转子铁芯，不同极性磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成不同形状，即相同极性下磁极的隔磁磁桥本身的结构对称，不同极性下磁极的隔磁磁桥结构不相同；一个极下的隔磁磁障尺寸较小，另一个极下的隔磁磁障尺寸较大，在不增加永磁体的情况下提高磁阻转矩，降低气隙磁密谐波含量。
本发明的有益效果：
1）通过将不同磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成非对称形状，该结构类似于蝴蝶的翅膀，一个极下的隔磁磁障是短翅膀，另一个极下的隔磁磁障是长翅膀。非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机具有磁阻转矩比重高、转矩密度高的优点。
2）非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机还可以降低气隙磁密谐波含量，具有转矩脉动低的优点。
3）两层永磁体形状相同，且都为长方形。两层永磁体采用一字型结构，且形状大小相同。非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机具有加工简单，制成方便的优点。
附图说明
附图1是非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机的转子结构示意图。
附图2是隔磁磁障是短翅膀的转子结构示意图。
附图3是隔磁磁障是长翅膀的转子结构示意图。
图中1-1、1-2为两层永磁体；2-1、2-2、2-3、2-4为隔磁磁障；3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8为隔磁磁桥；4为转子铁芯。
具体实施方式
一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，包括双层永磁体、隔磁磁桥、隔磁磁障和转子铁芯，不同极性磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成不同形状，即相同极性下磁极的隔磁磁桥结构对称，不同极性下磁极的隔磁磁桥结构不对称，该结构类似于蝴蝶的翅膀；一个极下的隔磁磁障尺寸较小，是短翅膀，另一个极下的隔磁磁障尺寸较大，是长翅膀。在不增加永磁体的情况下该非对称形状可以提高磁阻转矩，从而提高电机的平均转矩输出。非对称设计还可以降低气隙磁密谐波含量，有效地降低转矩脉动。
以四极为例，所述非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机包括A永磁体1-1和B永磁体1-2。转子铁芯4上每极下开设A隔磁磁障2-1、B隔磁磁障2-2，C隔磁磁障2-3和D隔磁磁障2-4。隔磁磁障开设在永磁体两边，以阻止永磁体磁链在铁芯内部闭合。隔磁磁障与永磁体之间用隔磁磁桥3-1、3-2、3-7、3-8隔离。隔磁磁障与转子铁芯边缘用隔磁磁桥3-3、3-4、3-5、3-6隔离。一个极下的隔磁磁障尺寸较小，另一极下的隔磁磁障2-3和2-4尺寸较大；以利于增大磁阻转矩比重。
所述A永磁体1-1和B永磁体1-2形状相同，都为长方形，尺寸大小相同，隔磁磁桥3-1、3-2、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8通过硅钢片冲压成型。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，双层内置式转子部分，以四极为例，每极下包括永磁体1-1和1-2，隔磁磁障2-1、2-2、2-3、2-4，隔磁磁桥3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8，转子铁芯4。相同极性下的结构是对称的，不同极性下的结构是不同的，从而形成不对称极弧。
如附图2所示，隔磁磁障为短翅膀的转子结构示意图。如附图3所示，隔磁磁障为长翅膀的转子结构示意图。本发明选用短翅膀的一对隔磁磁障，和长翅膀的一对隔磁磁障。在不增加永磁体的情况下，该非对称形状可以提高磁阻转矩，从而提高电机的平均转矩输出；该非对称设计还可以降低气隙磁密谐波含量，有效的降低转矩脉动。

Claims (3)

1.一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，包括双层永磁体、隔磁磁桥、隔磁磁障和转子铁芯，其特征是不同极性磁极下的永磁体隔磁磁障角度设计成不同形状，即相同极性下磁极的隔磁磁桥本身结构对称，不同极性下磁极的隔磁磁桥结构不相同；一个极下的隔磁磁障尺寸较小，形成短翅膀磁障；另一个极下的隔磁磁障尺寸较大，形成长翅膀磁障；在不增加永磁体的情况下提高磁阻转矩，降低气隙磁密谐波含量。
2.根据权利要求1所述的一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，其特征是所述非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机包括A永磁体（1-1）和B永磁体（1-2）；转子铁芯4上每极下设有A隔磁磁障（2-1）、B隔磁磁障（2-2），C隔磁磁障（2-3）和D隔磁磁障（2-4），隔磁磁障开设在永磁体两边，以阻止永磁体磁链在铁芯内部闭合；隔磁磁障与永磁体之间用A隔磁磁桥（3-1）、B隔磁磁桥（3-2）、C隔磁磁桥（3-7）、D隔磁磁桥（3-8）隔离；隔磁磁障与转子铁芯边缘用E隔磁磁桥（3-3）、F隔磁磁桥（3-4）、G隔磁磁桥（3-5）、H隔磁磁桥（3-6隔离）；一个极下的隔磁磁障尺寸较小，另一极下的隔磁磁障尺寸较大，以增大磁阻转矩比重。
3.根据权利要求3所述的一种非对称蝴蝶型内置式永磁同步电机，其特征是所述A永磁体1-1和B永磁体1-2形状相同，都为长方形，尺寸大小相同，A隔磁磁桥（3-1）、B隔磁磁桥（3-2）、C隔磁磁桥（3-7）、D隔磁磁桥（3-8）、E隔磁磁桥（3-3）、F隔磁磁桥（3-4）、G隔磁磁桥（3-5）、H隔磁磁桥（3-6隔离）通过硅钢片冲压成型。
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