[实用新型]一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种2极永磁同步电机的转子结构，尤其涉及一种2极永磁同步电机永磁磁阻混合励磁转子结构。

背景技术

永磁同步电机由于高性能稀土永磁体的应用，而与其他类型电机相比具有高效、高功率密度和高转矩密度的特点，因而应用领域正在不断扩大，应用范围从玩具、工业应用到舰船牵引用的大型永磁电机，在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛应用。

针对永磁同步电机，目前存在两个相互联系的问题，其一，稀土永磁体的采用所带来的电机高成本问题；其二，采用稀土永磁体如何进一步提高电机功率密度转矩的问题。铁氧体永磁是一种价格低廉但磁性能较低的永磁体，该种永磁体替代稀土永磁体用于永磁同步电机中可以一定程度上降低电机的成本，但电机的功率密度和转矩密度都很低。如何将铁氧体永磁体替代稀土永磁体用于永磁同步电机中，从而得到与稀土永磁同步电机相近的功率密度转矩，如何使稀土永磁体具有更高的功率密度和转矩密度是永磁同步电机的重要研究内容。

永磁同步电机可以是纯永磁励磁的转子磁路结构，也可以是永磁和磁阻混合励磁的转子磁路结构，基于后者的永磁同步电动机在没有任何代价的前提下产生的磁阻功率和磁阻转矩可以达到永磁功率和永磁转矩的40％以上，从而使永磁同步电动机的功率密度和转矩密度大大提高，在采用铁氧体永磁时也可以使电机的功率密度转矩密度基本不变。

永磁和磁阻混合励磁的转子磁路结构，在永磁同步电机中主要用于4极及4极以上电机，在二极电机应用较少，这是由于2极永磁同步电机由于只有2极磁体，很难实现永磁和磁阻的混合励磁。但是二极永磁同步电机具有重要应用价值，比如分布发电或低温余热发电用的永磁同步发电机，在电动机中，由于2极电机具有的基本转速高，对高速的同步电动机也具有重要应用价值。

永磁同步磁阻电动机的研究起源于1992年，IEEE IAS年会率先专门介绍和讨论了永磁同步磁阻电动机的基本理论和应用。之后许多国家的学者展开了一系列的研究工作，其中美国、意大利、日本学者在永磁同步磁阻电动机的设计上取得了一些进展。

日本大阪府立大学的Morimoto S等人首先在2001年设计了一个四层磁障的冲片叠压式永磁同步磁阻电动机，优化后的结构中永磁体用量为同容量永磁电机的1/4，但产生的效率与传统内置式永磁电机相近。2007年，美国威斯康星大学麦迪逊分校的Han S H指出经过进 一步结构优化后的永磁同步磁阻电动机可以做到比一般内置式永磁同步电动机额定转矩工作时转矩脉动更小。2011年，日本大阪府立大学Morimoto S等人在之前研究的指导下优化了转子结构，使优化后的电机性能显著提高，功率密度和效率与同容量内置式永磁电机相近。2012年，韩国成均馆大学Jeong Yunho设计了一台四层磁障、定子斜槽的铁氧体永磁同步磁阻电动机，实验测得永磁同步磁阻电动机反电动势幅值和谐波较小，因此转矩脉动较小，平均效率更高，且在高速运转时性能优异。但是平均转矩略小于内置式永磁同步电动机，且所需励磁电流较多，铜损稍大。同年，意大利帕多瓦大学的Barcaro M等学者指出，铁氧体剩磁一般为稀土材料的1/3，用铁氧体代替稀土永磁体，虽然转矩密度稍有下降，但是增大轴向长度后，性能接近。并进行了成本核算，即使铁氧体的用量为钕铁硼的两倍，经济成本远远小于稀土永磁同步电动机。

我国对永磁同步磁阻电动机的研究起步较晚，可研究成果较少。最早在1997年，清华大学的赵争鸣教授向国内介绍永磁同步磁阻电动机，然后在2005年研究了永磁同步磁阻电动机的结构与电磁参数关系、转矩特性和控制策略。2013年，华北电力大学的徐扬研究了永磁同步磁阻电动机转矩脉动的组成。同年，山东大学的王秀和教授研究认为通过选择组合磁极各部分的极弧宽度，可以大量削减转矩脉动。

目前，混合动力汽车、电动汽车和工业牵引起重等高技术领域对运行可靠、功率密度大、控制平稳的电动机的需求与日俱增，然而非永磁材料的感应电机性能不尽人意，传统永磁同步电机不利于节省珍贵的稀土资源，从而对混合励磁的永磁同步电机永磁磁阻电动机的研究及应用提出了更高更迫切的要求。纵观前人所做的工作，永磁同步电机永磁磁阻电动机的种类和结构虽然较多，但大部分还不十分完善，仍处于实验室研究阶段，距实际应用还存在一定的距离。由于永磁同步电机永磁磁阻电动机结构和原理的特殊性，为最终实现其产业化、商业化，需重点研究和解决以下方面的问题：