組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種組合磁極式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境與能源危機(jī)等問(wèn)題的日益嚴(yán)重，高效節(jié)能的電氣設(shè)備成為發(fā)展趨勢(shì)，由 此極大的促進(jìn)了高功率密度、高效率的稀±永磁同步電機(jī)的發(fā)展。但稀±永磁材料的價(jià)格 一直居高不下，而稀±永磁電機(jī)受稀±永磁材料價(jià)格波動(dòng)影響較大，因此稀±永磁電機(jī)的 成本也隨之受到影響，較高的成本大大壓縮了稀±永磁同步電機(jī)的發(fā)展空間。而且稀±材 料屬于不可再生資源，電機(jī)系統(tǒng)中過(guò)多的稀±材料用量也會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。因此，在保證 電機(jī)性能的前提下，研究少稀±材料的高效節(jié)能電機(jī)系統(tǒng)，不僅是能源戰(zhàn)略的需要，更是出 于環(huán)境保護(hù)的考慮。
[0003] 對(duì)于正弦波驅(qū)動(dòng)的稀±永磁同步電機(jī)，永磁材料產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)分布總會(huì)含有諧 波成分，運(yùn)些諧波磁場(chǎng)會(huì)引起額外的鐵損W及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；而稀±永磁材料在使用中易出現(xiàn) 局部不可逆退磁，尤其是在高溫情況下，永磁材料不可逆退磁將導(dǎo)致電機(jī)性能的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決正弦波驅(qū)動(dòng)的稀±永磁同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)存在諧波和易 出現(xiàn)局部不可逆退磁的問(wèn)題，尤其是在高溫情況下，永磁材料不可逆退磁將導(dǎo)致電機(jī)性能 的下降的問(wèn)題，提供了一種組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)。在不影響電機(jī)輸出性能前 提下，既降低稀±永磁電機(jī)成本，又能提高稀±永磁電機(jī)氣隙磁場(chǎng)正弦度、解決高溫退磁問(wèn) 題就極具現(xiàn)實(shí)意義了。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明所述組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子設(shè)置在定 子的內(nèi)部，轉(zhuǎn)子和定子之間留有徑向氣隙，定子包括定子鐵屯、和定子繞組，定子鐵屯、的內(nèi)部 定子槽中設(shè)置定子繞組；轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極和轉(zhuǎn)子鐵屯、，轉(zhuǎn)子鐵屯、沿圓周方向均布多 個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極均沿徑向豎直嵌入定子鐵屯、內(nèi)；
[0006] 轉(zhuǎn)子磁極包括稀±永磁磁極和鐵氧體永磁磁極；鐵氧體永磁磁極靠近氣隙側(cè)，鐵 氧體永磁磁極內(nèi)部端面與稀±永磁磁極的外部端部結(jié)合在一起；稀±永磁磁極和鐵氧體永 磁磁極的充磁方向均為平行充磁，充磁方向相同，均與所在半徑垂直。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：在傳統(tǒng)內(nèi)置切向稀±永磁同步電機(jī)的基礎(chǔ)上，用鐵氧體永磁材料 代替一部分稀上永磁材料，將鐵氧體放置于稀上永磁材料靠近氣隙一側(cè)。由于鐵氧體材料 剩磁低于稀±永磁材料剩磁，通過(guò)組合可W使氣隙磁密波形更加接近正弦波，降低氣隙磁 場(chǎng)的諧波含量，從而可W降低磁場(chǎng)諧波引起的定子鐵損和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。此外，鐵氧體永磁材 料的抗退磁能力強(qiáng)于稀±永磁材料，且鐵氧體永磁材料抗退磁能力隨溫度升高而加強(qiáng)，將 鐵氧體放置于稀±材料端部能大大降低原本稀±永磁材料的局部退磁風(fēng)險(xiǎn)，，提高電機(jī)運(yùn) 行可靠性。該組合磁極式永磁電機(jī)利用成本低廉的鐵氧體永磁材料代替一部分稀±永磁材 料，降低了成本，同時(shí)使效率和運(yùn)行可靠性增加。
【附圖說(shuō)明】 陽(yáng)OO引圖1是一種傳統(tǒng)內(nèi)置切向稀±永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2是本發(fā)明所述組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖3是組合式的轉(zhuǎn)子磁極的結(jié)構(gòu)示意圖； 陽(yáng)011] 圖4是本發(fā)明的組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)的內(nèi)置切向稀±永磁 同步電機(jī)的氣隙磁密波形對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0012] 一：下面結(jié)合圖2至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述組合磁極 式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子的內(nèi)部，轉(zhuǎn)子和定子之間留有 徑向氣隙，定子包括定子鐵屯、！和定子繞組2,定子鐵屯、！的內(nèi)部定子槽中設(shè)置定子繞組2 ; 轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極3和轉(zhuǎn)子鐵屯、4,轉(zhuǎn)子鐵屯、4沿圓周方向均布多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極3,每個(gè) 轉(zhuǎn)子磁極3均沿徑向豎直嵌入定子鐵屯、1內(nèi)；
[0013] 其特征在于，轉(zhuǎn)子磁極3包括稀±永磁磁極3-1和鐵氧體永磁磁極3-2 ;鐵氧體永 磁磁極3-2靠近氣隙側(cè)，鐵氧體永磁磁極3-2內(nèi)部端面與稀±永磁磁極3-1的外部端部結(jié) 合在一起；稀±永磁磁極3-1和鐵氧體永磁磁極3-2的充磁方向均為平行充磁，充磁方向相 同，均與所在半徑垂直。
[0014] 稀±永磁磁極3-1半徑方向上的長(zhǎng)度為a/2,鐵氧體永磁磁極3-2半徑方向的長(zhǎng)度 為b/2,二者滿足如下條件：
[0016] 式中：B。為稀±永磁磁極3-1在工作溫度下剩磁密度；Br1為鐵氧體永磁磁極3-2 在工作溫度下剩磁密度；且滿足化2〉Bri。
[0017] 按上述公式對(duì)稀±永磁磁極3-1和鐵氧體永磁磁極3-2的尺寸進(jìn)行合理配比，使 其產(chǎn)生正弦度最好的氣隙磁場(chǎng)波形，從而有利于降低鐵損和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0018] 放置于稀±永磁磁極3-1-側(cè)的鐵氧體永磁磁極3-2抗退磁能力較強(qiáng)，且其矯頑 力具有正溫度系數(shù)，高溫時(shí)抗退磁能力會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，能夠改善實(shí)際應(yīng)用時(shí)稀±永磁材料 高溫易退磁問(wèn)題。
[0019] 本發(fā)明所述的磁極部分3的總寬度和厚度與圖1中的稀±永磁磁極相同；由如圖 4可知，本發(fā)明提出的組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)氣隙磁密波形崎變率明顯變小，但 其磁密幅值也因引入剩磁較小的鐵氧體材料而隨之變小，為保證電機(jī)的輸出能力與圖1所 示的內(nèi)置切向稀±永磁同步電機(jī)保持一致，增加了組合磁極電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，但組合磁極 式電機(jī)成本依然比純稀±永磁電機(jī)低。由圖4可知，本發(fā)明提出的組合磁極式內(nèi)置切向永 磁同步電機(jī)的氣隙磁密波形比傳統(tǒng)內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)更加正弦，從而降低了定子鐵耗 和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。此外，鐵氧體材料的強(qiáng)抗退磁能力降低了電機(jī)運(yùn)行時(shí)退磁風(fēng)險(xiǎn)，提高了電機(jī)的 可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子的內(nèi)部，轉(zhuǎn)子 和定子之間留有徑向氣隙，定子包括定子鐵心（1)和定子繞組（2)，定子鐵心（1)的內(nèi)部定 子槽中設(shè)置定子繞組（2);轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極（3)和轉(zhuǎn)子鐵心（4)，轉(zhuǎn)子鐵心（4)沿圓 周方向均布多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極（3)，每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極（3)均沿徑向豎直嵌入定子鐵心（1)內(nèi)； 其特征在于，轉(zhuǎn)子磁極（3)包括稀土永磁磁極（3-1)和鐵氧體永磁磁極（3-2);鐵氧體 永磁磁極（3-2)靠近氣隙側(cè)，鐵氧體永磁磁極（3-2)內(nèi)部端面與稀土永磁磁極（3-1)的外 部端部結(jié)合在一起；稀土永磁磁極（3-1)和鐵氧體永磁磁極（3-2)的充磁方向均為平行充 磁，充磁方向相同，均與所在半徑垂直。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)，其特征在于，稀土永磁磁 極（3-1)半徑方向上的長(zhǎng)度為a/2,鐵氧體永磁磁極（3-2)半徑方向的長(zhǎng)度為b/2,二者滿 足如下條件：式中：Br2S稀土永磁磁極（3-1)在工作溫度下剩磁密度；Br1為鐵氧體永磁磁極（3-2) 在工作溫度下剩磁密度；且滿足Br2Mr1。
【專利摘要】組合磁極式內(nèi)置切向永磁同步電機(jī)，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決正弦波驅(qū)動(dòng)的稀土永磁同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)存在諧波和易出現(xiàn)局部不可逆退磁的問(wèn)題。本發(fā)明包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極和轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心沿圓周方向均布多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極均沿徑向豎直嵌入定子鐵心內(nèi)；轉(zhuǎn)子磁極包括稀土永磁磁極和鐵氧體永磁磁極；鐵氧體永磁磁極靠近氣隙側(cè)，鐵氧體永磁磁極內(nèi)部端面與稀土永磁磁極的外部端部結(jié)合在一起；稀土永磁磁極和鐵氧體永磁磁極的充磁方向均為平行充磁，充磁方向相同，均與所在半徑垂直。該結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)使得氣隙磁場(chǎng)諧波含量降低，提高了電機(jī)效率，同時(shí)鐵氧體永磁材料價(jià)格便宜，降低了成本。
【IPC分類】H02K1/27, H02K21/02
【公開號(hào)】CN105391264
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510968904
【發(fā)明人】劉勇, 程路明, 張書寬, 王偉男, 劉家琦
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日