[发明专利]一种永磁内置式同步电机转子结构

说明书

本发明公开了一种永磁内置式同步电机转子结构，包括转子铁心、永磁体和转轴。转子铁心沿圆周间隔布置有两组通槽：双层偏置“V+U”型通槽和三层“U”型通槽。永磁体包含布置在两组通槽的双层偏置“V+U”型永磁单元和三层磁阻式永磁辅助单元。偏置“V+U”型永磁单元由径向内层“V”型永磁组和径向外层“U”型永磁组构成，每层两个直侧翼永磁体长度不等，构成非对称偏置结构；在磁阻式永磁辅助单元中，每层矩形永磁组布置在各层“U”型通槽的直底边内且被中部导磁桥分隔成两个矩形永磁体。本发明降低电机成本，提高电机的凸极比和磁阻转矩，提升电机的转矩输出能力和弱磁性能，在低速大转矩直驱系统具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电机设计技术领域，具体涉及一种永磁内置式同步电机转子结构。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，为实现可持续再生能源和清洁能源代替燃油驱动汽车行驶，混合动力汽车和电动汽车用驱动电机已成为研究热点和难点。其中，内置式“V”型永磁同步电机因其高效率、高转矩密度和高功率密度等优点在混合动力汽车和电动汽车领域得到广泛研究和应用，然而由于稀土永磁体的大量使用，其成本相对较高，价格波动大。因此，国内外开始寻求永磁同步电机的替代形式，希望利用低性能铁氧体永磁材料依旧能获得良好的电机性能。

同步磁阻电机具有多层转子磁障，依靠转子磁路不对称产生的磁阻转矩工作，具有成本低、转子损耗小的特点，但存在电机转矩密度低的缺点。为了提高这类电机的转矩密度，学者们提出磁阻辅助永磁电机结构，即在转子磁障中插入低性能铁氧体永磁材料辅助励磁，从而降低电机电流的励磁分量并产生永磁转矩。

初步研究表明，通过改变磁阻电机的转子结构，同时增加铁氧体永磁材料的用量，充分利用该电机的永磁转矩和磁阻转矩，能显著提高电机的转矩密度和功率密度，理论上能接近或基本达到稀土永磁电机的驱动性能。但在该类电机中，铁氧体材料用量的增加将导致电机的直轴电感L_d明显减小。当电机弱磁升速时，直轴弱磁电流分量i_d需要经过磁阻很大的铁氧体永磁材料，电机的弱磁能力和宽调速运行范围受到严重制约。此外，弱磁运行时较大的直轴去磁电流引起的额外铜耗也使得电机效率进一步降低。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种永磁内置式同步电机转子结构，采用“偏置永磁+永磁辅助磁阻”双永磁单元，利用“偏置永磁”的永磁转矩和“永磁辅助磁阻”的磁阻转矩，提高电机的凸极比和转矩输出能力。

技术方案：本发明提供了一种永磁内置式同步电机转子结构，包括转子铁心、永磁体和转轴，所述转子铁心、转轴同轴设置，所述转子铁心上开有两组沿圆周间隔且等距分布的通槽，分别为5个“V+U”型双层偏置通槽和5个3层“U”型通槽；永磁体固定嵌在两组通槽内，分别构成偏置“V+U”型双层永磁单元和3层磁阻式永磁辅助单元。

进一步地，所述“V+U”型双层偏置通槽包括径向内层“V”型偏置通槽和径向外层“U”型偏置通槽，其开口均指向径向外侧；所述内层“V”型偏置通槽包括两个不等长直侧翼一，所述外层“U”型偏置通槽包括“U”型偏置通槽直底边和两个不等长直侧翼二，所述内层“V”型偏置通槽和外层“U”型偏置通槽均呈非对称偏置结构；所述内层“V”型偏置通槽和外层“U”型偏置通槽的周向同侧直侧翼的4个端面均平行布置，且各直侧翼径向最外端与转子外径之间的距离相等。

进一步地，3层所述“U”型通槽的“U”型开口指向径向外侧，每层“U”型通槽包括“U”型通槽直底边和两个等长直侧翼，呈对称结构；各层“U”型通槽直底边的端面均平行布置，且每层“U”型通槽直底边中部均被导磁桥分隔，各层“U”型通槽周向同侧直侧翼的端面均平行布置，各层“U”型通槽两个等长直侧翼径向最外端与转子外径之间的距离相等。