[发明专利]基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机

说明书

本发明公开了一种基于组合磁极的表贴‑内置式无轴承永磁同步电机，包括转子和定子，转子设置在定子的内部，转子和定子之间留有气隙，定子包括铁心和定子绕组，定子铁心的内部定子槽设置定子绕组，定子绕组包括转矩绕组和悬浮力绕组；转子包括转子结构本体、内置永磁体和表贴式永磁体，内置永磁体和表贴式永磁体均可以采用组合磁极结构。本发明结构简单，永磁体加工容易，气隙磁密波形畸变率变小，本发明提出的组合磁极式表贴内置式无轴承永磁同步电机的气隙磁密波形比传统表贴‑内置式无轴承稀土永磁同步电机更加正弦，从而降低了定子铁耗、转矩波动和悬浮力波动。且铁氧体材料的强抗退磁能力降低了电机运行时退磁风险，提高了电机的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种组合磁极式的转子结构，属于无轴承永磁同步电机领域；尤其涉及一种基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机。

背景技术

无轴承永磁同步电机是利用定子槽中两套不同极对数绕组（转矩绕组和悬浮绕组）共同作用产生磁场，通过控制叠加合成磁场的大小和方向可以控制悬浮力的大小和方向，具有磁轴承的定转子间无机械摩擦、不需润滑、运行噪声小、使用寿命长等优点，又同时继承了永磁同步电机的优良特性，具有简单的电机结构、可靠的运行性能，在航空航天、生命科学、超洁净传动、腐蚀性气体或液体传输等特殊领域具有广阔的应用前景。

传统的内置式永磁转子虽然恒功率运行范围宽，但是漏磁严重，而且由于隔磁桥很薄，转子机械强度低，传统的表面式永磁转子不存在磁阻转矩，易受到定子电枢磁场的影响，在去磁磁场下容易导致退磁，功率密度也不高。现有的表面-内置式转子磁路结构恰恰可以克服以上这些缺陷，表面-内置式永磁转子的优点是这种转子结构的永磁电机增强了转子的机械强度，减少漏磁，省去隔磁桥，提高了电机的功率密度，改善无轴承永磁同步电机的起动、制动及运行性能。

对于正弦波驱动的无轴承永磁同步电机，永磁材料产生的气隙磁场分布总会含有谐波成分，这些谐波磁场会引起额外的铁损、转矩波动和悬浮力波动；而稀土永磁材料在使用中易出现局部不可逆退磁，尤其在高温的情况下，永磁材料的不可逆退磁将导致电机性能的下降。专利【CN204559342U】提出了一种分段PWM排列正弦波盘式电机，依据PWM排列原理将每极下的永磁体分成若干段并且排列，从而实现气隙磁密的正弦化，有利于减少电机气隙磁密的高次谐波，提高气隙磁密的正弦度，但是其永磁体用量较大，且每块永磁体宽度不等，加工难度较大。专利【CN103138442A】提出了一种用于内置式永磁电机的转子，转子级采用一种特殊结构，达到气隙磁密正弦的目的，但是永磁体加工难度增大，气隙长度不均匀，会影响电机的功率密度。

发明内容

本发明的目的是针对传统表贴-内置式无轴承永磁同步电机的不足，解决正弦波驱动的无轴承稀土永磁同步电机气隙磁场存在谐波和易出现局部不可逆退磁的问题，尤其在高温情况下，永磁材料不可逆退磁将导致电机性能下降的问题，提出了一种基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机。在不影响电机输出特性的前提下，既降低无轴承稀土永磁同步电机的成本，又提高了无轴承稀土永磁同步电机气隙磁场的正弦度、解决高温退磁问题。

本发明采用如下三个技术方案：

一种基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机，包括转子和定子，转子设置在定子的内部，转子和定子之间留有气隙，定子包括铁心和定子绕组，定子铁心的内部定子槽设置定子绕组，定子绕组包括转矩绕组和悬浮力绕组；转子包括转子结构本体、内置永磁体和表贴式永磁体，在所述转子结构本体上开设有多个V型永磁体槽，所述内置式永磁体嵌入所述永磁体槽中，每个所述表贴式永磁体均具有一个正对所述永磁体槽，所述表贴式永磁体固定在所述转子结构本体的外圆周上，所述的表贴式永磁体与内置式永磁体相对应的面极性相异，在磁路上形成串联，表贴永磁体采用组合磁极结构，内置永磁体采用单一磁极结构，表贴式永磁体稀土永磁磁极的两个左右端面分别设置一个铁氧体永磁磁极，稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极构成连续环状的磁极结构。