專利名稱：永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的安裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機領域，更具體地，涉及一種永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的安裝方法。
背景技術：
內置永磁同步電機(IPM)是一種在轉子內側放置一層永磁體，主要利用永磁轉矩、磁阻轉矩為輔助的電機，其主要通過提高永磁體的性能來提高電機性能，常見的做法就是內置稀土類永磁體。但是稀土是不可再生資源，其價格昂貴，因此該種電機更廣泛的應用受限。為了節(jié)約稀有金屬資源，減輕環(huán)境負擔，結合同步磁阻電機與IPM電機二者的優(yōu) 勢，開發(fā)使用少量稀土或者不用稀土的永磁輔助式同步磁阻電機是大勢所趨。永磁輔助式同步磁阻電機的電磁轉矩由磁阻轉矩與永磁轉矩構成，其電磁轉矩公式如下T = p (Ld-Lq) idiq+p ￥PMiq式中第一項為磁阻轉矩，第二項為永磁轉矩。其中p為電機極對數(shù)，Wpm為轉子永磁體在定子繞組上產(chǎn)生磁鏈，Ld、Lq分別為d軸和q軸電感，id、iq是定子電流空間矢量在d、q軸方向上的分量。其中，d軸方向為轉子磁場的方向，是由連接各永磁體中心和轉子中心的方向加以確定的；q軸方向是由連接相鄰極間的分界和轉子中心的方向加以確定的。通過增加第二項中間的Wpm以及通過提高電機d、q軸電感差值(提高q軸電感或減小d軸電感)都可以實現(xiàn)電機輸出轉矩的提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種能增大磁阻轉矩利用率，提高電機效率的永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的安裝方法。本發(fā)明提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括轉子鐵心，在所述轉子鐵心上以所述轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻分布四個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽；四個永磁體組，每個永磁體組包括至少兩層分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽中的永磁體,每個永磁體組內的各永磁體為同一極性,相鄰的兩個永磁體組極性相反；其中，與四個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點
相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系0.32^^0.45
o進一步地，所述轉子的永磁體的剩余磁通密度在0. 2T至0. 6T之間。進一步地，所述轉子的永磁體的中間部位厚度大于兩端厚度。進一步地，每個永磁體組包括三層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之
和g滿足如下關系
o
進一步地，每個永磁體組包括兩層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之
和g滿足如下關系爹
o本發(fā)明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括轉子鐵心，在所述轉子鐵心上以所述轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻分布六個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽；六個永磁體組，每個永磁體組包括至少兩層分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽中的永磁體，每個永磁體組內的各永磁體朝向所述轉子的外周方向為同一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反；其中與六個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系
0.5< —<0.65 Dl
o進一步地，所述轉子的永磁體的剩余磁通密度在0. 2T至0. 6T之間。進一步地，所述轉子的永磁體的中間部位厚度大于兩端厚度。進一步地，每個永磁體組包括三層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之
和g滿足如下關系
o進一步地，每個永磁體組包括兩層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之
和g滿足如下關系爹
o本發(fā)明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由所述定子環(huán)繞的可轉動的轉子，其中所述轉子為前述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。本發(fā)明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的安裝方法，包括以下步驟步驟一，將永磁體插入轉子鐵心中的永磁體槽，使與四個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中
心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系0.32^^0.45或者使與六個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系:0 5<蓋<0.65步驟二，將轉子鐵心兩端用擋板封蓋，從而
將永磁體固定在永磁體槽中；步驟三，將封蓋好的轉子鐵心放置于定子中，并蓋合好電機外殼。根據(jù)本發(fā)明的永磁輔助同步磁阻電機，對電機轉子永磁體層放入轉子的深度進行設計，使電機的磁阻轉矩得到最大利用。進一步結合永磁厚度最佳設計，使電機的效率達到較高的水平。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中
圖I是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機轉子結構示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的電感隨D1/D2變化示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的永磁體的剩余磁通密度對電感影響示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機轉子結構局部示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機d軸、q軸電感差值隨永磁體厚度變化不意圖；·圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機轉子結構示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機的電感隨D1/D2變化示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機轉子結構局部示意圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機d軸、q軸電感差值隨永磁體厚度變化示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。以下將參考圖I至圖5對本發(fā)明第一實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子作具體說明。該轉子具有四個永磁體組即四個極、每組三層弧形永磁體。如圖I所示，轉子I包括轉子鐵心2和設置于轉子鐵心2內部的四個永磁體組。轉子鐵心2由硅鋼板疊壓而成。在轉子鐵心2上以轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻分布四個永磁體槽組,每個永磁體槽組具有三層永磁體槽,即內層永磁體槽3a、中間層永磁體槽3b和外層永磁體槽3c。每兩個永磁體槽中間的區(qū)域形成導磁通道。四個永磁體組與四個永磁體槽組對應設置,每個永磁體組包括分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽3a、3b和3c中的三層永磁體，即內層永磁體4a、中間層永磁體4b和外層永磁體4c，每個永磁體組內的各永磁體4a、4b和4c為同一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反，四個永磁體組沿圓周方向按照N極、S極交替分布。永磁體4a、4b和4c比相應的永磁體槽3a、3b和3c略短,各永磁體4a、4b和4c插入相應的永磁體槽3a、3b和3c后在各永磁體4a、4b和4c的兩端部留有一定的空隙，空隙中可以填充空氣或者其他非導磁性介質。經(jīng)過大量的試驗與仿真發(fā)現(xiàn)，電機轉子內永磁體埋置越深對提高電機的q軸電感越有幫助。如圖2所示，對于具有四個永磁體組的轉子，與四個永磁體組的內層永磁體4a朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與轉子外圓直徑D2小于O. 45時可以顯著提高電機的q軸電感，可使得電機的d軸、q軸電感差加大，更有利于提高電機的磁阻轉矩，使得單位電流產(chǎn)生更大的電磁轉矩，提高電機的效率。但隨著永磁體埋入深度的增加，弧形永磁體的制造難度將加大。為了保證永磁體制造，D1/D2不宜小于O. 3。因此，與四個永磁體組的內層永磁體4a朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與轉子的直徑D2宜滿足以下關系:0.K蓋傷5
o進一步的，在永磁體材料選取方面，為了盡可能增加電機的永磁轉矩，一般都希望選取性能比較高的永磁體，且永磁體的用量盡可能填充滿永磁體槽，但在磁阻轉矩的利用方面并非永磁體的剩余磁通密度越高越好。隨著永磁體剩余磁通密度的提高，電機轉子也會出現(xiàn)飽和，導致電感下降，其中轉子磁路飽和對q軸電感的影響更大。另外，通過研究發(fā)現(xiàn)，適量的永磁體剩余磁通密度可以使轉子的隔磁橋部位出現(xiàn)一定的飽和，這對于減小d軸電感是非常有利的。其中，永磁體槽3a、3b和3c將轉子鐵心2分隔為多個鐵心層，轉子鐵心2在每個永磁體槽3a、3b、3c的兩端具有連接相鄰兩個鐵心層的連接部分，該連接部分即為隔磁橋。由于永磁輔助同步磁阻電機主要輸出轉矩是磁阻轉矩，特別是電機進入高速弱磁區(qū)域,磁阻轉矩在整個電磁轉矩中的比重進一步加大，因此選取合適的永磁體材料性能對d軸、q軸電感差值的影響是非常重要的。圖3中表示出了 d軸、q軸電感差值隨永磁體剩余磁通密度的變化規(guī)律，從圖3可以看出，選取永磁體的剩余磁通密度在0. 2T至0. 6T之間，可使電機的d軸、q軸電感差值維持在較大水平，使電機的磁阻轉矩得到最佳的利用。永磁體可以設置為中間厚、兩端薄的結構，使永磁體中間部位厚度大于兩端厚度。以弧形永磁體為例，通?；⌒斡来朋w容易在永磁體中間內表面區(qū)域發(fā)生局部退磁，將弧形永磁體設計成為中間厚、兩端薄的結構可以緩解弧形永磁體的局部退磁現(xiàn)象。此外采用這種不等厚的永磁體設計還可以防止永磁體在槽內發(fā)生滑動。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，轉子的每個永磁體組中各永磁體的厚度之和與各永磁體之間的間隔寬度之和必須滿足一定的關系，才能夠保證Lq-Ld取得較大值，實現(xiàn)磁阻轉矩的最大化。第一實施例中，每個永磁體組包括三層永磁體4a、4b和4c，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體4a、4b和4c的中間部位厚度之和T與相
鄰永磁體中間位置的間隔之和g滿足如下關系
o如圖4所示，外層、中間層、內層永磁體4a、4b和4c的中間部位厚度分別為Tl、T2和T3，對應永磁體之間的間隔厚度分別為gl、g2。則各永磁體的中間部位厚度之和T =T1+T2+T3，相鄰永磁體中間位置的間隔之和g = gl+g2，為了能夠滿足Lq-Ld的差值盡可能
大，實現(xiàn)磁阻轉矩的充分利用，要求各參數(shù)滿足如下關系式I< f如圖5所示，根據(jù)試驗
o
測試數(shù)據(jù)得到的Lq-Ld與g/T的關系，隨著g/T的增加，永磁體厚度減小，容易造成電機出現(xiàn)退磁的問題，結合電機的抗退磁能力，經(jīng)綜合考慮，g/T滿足關系I比較合適。需要說明的是，以上關系式SI也適用于具有六個永磁體組、每組包括三層永磁體的轉子。以下參考圖6至圖9對第二實施例進行說明。在第二實施例中與第一實施例相似的部分不再詳細描述。如圖6所示，第二實施例的永磁輔助同步磁阻電機的轉子I包括轉子鐵心2和六個永磁體組，每個永磁體組包括兩層永磁體。轉子鐵心2上具有以轉子中心為圓心按圓周、方向均勻分布的六個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括兩層永磁體槽，即內層永磁體槽3a和外層永磁體槽3b。每個永磁體組的兩層永磁體，即內層永磁體4a和外層永磁體4b分別嵌入相應的永磁體槽3a和3b內，六個永磁體組沿圓周方向按照N極、S極交替分布。根據(jù)如圖7所示的實驗結果，為了保證電機q軸電感較大，同時轉子的弧形永磁體的加工難度不會太大，與六個永磁體組的最內層永磁體4a朝向轉子中心的頂點相切的內
圓的直徑Dl與轉子的直徑D2滿足以下關系0.5 <^< 0.65
O與第一實施例相同的，轉子I的永磁體的剩余磁通密度在O. 2T-0. 6T之間；轉子的永磁體中間厚、兩端薄。每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體4a、4b的
中間部位厚度之和T與對應永磁體中間位置的兩層永磁體之間的間隔之和g滿足如下關I P- 4樂.5 _ Γ _ 5
ο如圖8所示，兩層弧形永磁體4a和4b的中間部位厚度分別為Tl和T2，對應永磁體中間位置的兩層永磁體4a和4b之間的間隔為g。則每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T = T1+T2，為實現(xiàn)磁阻轉矩的充分利用，以及電機抗退磁能力要求，根據(jù)圖9所
示的試驗測試數(shù)據(jù)得到的Lq-Ld與g/T的關系，T與g之間以滿足條件S.為宜，尤其以滿足條件I ^ f ^ i最佳。需要說明的是，以上關系式S.也適用于具有四個永磁體組、每組包括兩層永磁體的轉子。無論是第一實施例的四極、每極三層永磁體的轉子還是第二實施例的六極、每極兩層永磁體的轉子，采用以上技術手段，都可以增加電機磁阻轉矩的利用，提高電機的效率。本發(fā)明的永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由定子環(huán)繞的可轉動的轉子，其中該轉子為前述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。該永磁輔助同步磁阻電機為多組、多層永磁體結構的永磁輔助式同步磁阻電機，可以應用在空調壓縮機、電動車以及風扇等系統(tǒng)中，能增加電機磁阻轉矩的利用，提高電機的效率。本發(fā)明還提供了一種永磁輔助同步磁阻電機的安裝方法，包括以下步驟步驟一，將永磁體插入轉子鐵心中的永磁體槽，使與四個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系
0 30 45或者使與六個所述永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點相切的
內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系G+5 <^< 0.65步驟二，將轉子鐵心兩端用擋板封蓋，從而將永磁體固定在永磁體槽中；步驟三，將封蓋好的轉子鐵心放置于定子中，并蓋合好電機外殼。從以上的描述中可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果對電機轉、子的永磁體層放入轉子的深度進行設計，使電機的磁阻轉矩得到最大利用，并結合永磁體厚度最佳設計，使電機的效率達到較高的水平。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括轉子鐵心(2)，在所述轉子鐵心(2)上以所述轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻 分布四個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽(3a、3b、3c)；四個永磁體組，每個永磁體組包括至少兩層分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永 磁體槽(3a、3b、3c)中的永磁體(4a、4b、4c)，每個永磁體組內的各永磁體(4a、4b、4c)為同 一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反；其特征在于，與四個所述永磁體組的最內層永磁體(4a)朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑D1與所述轉子的直徑D2滿足以下關系
2.根據(jù)權利要求1所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述轉子的永 磁體(4a、4b、4c)的剩余磁通密度在0. 2T至0. 6T之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述轉子的永 磁體(4a、4b、4c)的中間部位厚度大于兩端厚度。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，每個永磁體 組包括三層永磁體(4a、4b、4c)，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體 組的各永磁體(4a、4b、4c)的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之和g滿足如下關系
5.根據(jù)權利要求1或2所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，每個永磁體 組包括兩層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之和g滿足如下關系
6.一種永磁輔助同步磁阻電機的轉子，包括轉子鐵心(2)，在所述轉子鐵心(2)上以所述轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻 分布六個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽(3a、3b)；六個永磁體組，每個永磁體組包括至少兩層分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永 磁體槽(3a、3b)中的永磁體(4a、4b)，每個永磁體組內的各永磁體(4a、4b)為同一極性，相 鄰的兩個永磁體組極性相反；其特征在于，與六個所述永磁體組的最內層永磁體(4a)朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑D1與所述轉子的直徑D2滿足以下關系
7.根據(jù)權利要求6所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述轉子的永 磁體(4a、4b)的剩余磁通密度在0. 2T至0. 6T之間。
8.根據(jù)權利要求6所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，所述轉子的永 磁體(4a、4b)的中間部位厚度大于兩端厚度。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，每個永磁體 組包括三層永磁體，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之和g滿足如下關系
10.根據(jù)權利要求6或7所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子，其特征在于，每個永磁體組包括兩層永磁體(4a、4b)，每個永磁體中間部位厚度不小于兩端厚度，且每個永磁體組的各永磁體(4a、4b)的中間部位厚度之和T與相鄰永磁體中間位置的間隔之和g滿足如下 失系:
11.一種永磁輔助同步磁阻電機，包括定子和由所述定子環(huán)繞的可轉動的轉子，其特征在于，所述轉子為根據(jù)權利要求I至10中任一項所述的永磁輔助同步磁阻電機的轉子。
12.—種永磁輔助同步磁阻電機的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一,將永磁體(4a、4b、4c)插入轉子鐵心(2)中的永磁體槽(3a、3b、3c),使與四個所述永磁體組的最內層永磁體(4a)朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系0.32^^0.45或者使與六個所述永磁體組的最內層永磁體(4a)朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑Dl與所述轉子的直徑D2滿足以下關系.0.5< —<0.65 Dl . 步驟二，將轉子鐵心(2)兩端用擋板封蓋，從而將永磁體(4a、4b、4c)固定在永磁體槽(3a、3b、3c)中； 步驟三，將封蓋好的轉子鐵心(2)放置于定子中，并蓋合好電機外殼。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種永磁輔助同步磁阻電機及其轉子以及該電機的安裝方法。本發(fā)明的永磁輔助同步磁阻電機的轉子包括轉子鐵心，在轉子鐵心上以轉子的轉子中心為圓心按圓周方向均勻分布四個永磁體槽組，每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽；四個永磁體組，每個永磁體組包括至少兩層分別配合地嵌入在相應的永磁體槽組的永磁體槽中的永磁體，每個永磁體組內的各永磁體為同一極性，相鄰的兩個永磁體組極性相反；其中，與四個永磁體組的最內層永磁體朝向轉子中心的頂點相切的內圓的直徑D1與轉子的直徑D2滿足以下關系。本發(fā)明對電機轉子永磁體層放入轉子的深度進行設計，使電機的磁阻轉矩得到最大利用。
文檔編號H02K15/00GK102761222SQ20121005620
公開日2012年10月31日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者曾學英, 肖勇, 胡余生, 陳東鎖, 黃輝 申請人:珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術研究中心有限公司