一種同步磁阻電機轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步磁阻電機結(jié)構(gòu)，具體涉及一種永磁輔助式同步磁阻電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
技術背景
[0002]當前電動汽車(包括純電動汽車和混合動力汽車)所用驅(qū)動電機，一般為交流異步電機和永磁同步電機。交流異步電機雖結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，但存在功率密度較低、恒功率調(diào)速范圍較窄的固有缺點，同時由于異步電機轉(zhuǎn)子有銅損，轉(zhuǎn)子發(fā)熱量將傳導至軸承處，將會極大地降低軸承的壽命，從而導致電機整體壽命縮短；永磁同步電機雖然效率較高、功率密度較高、恒功率調(diào)速范圍較寬同時轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，但一般以永磁轉(zhuǎn)矩為主，其反電動勢在高速過高，失控會損壞系統(tǒng)，不利于車輛高速運行的控制。因此，研發(fā)一種用于電動汽車驅(qū)動，具有高效率、高功率密度、寬調(diào)速范圍同時轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，且不存在反電勢損壞系統(tǒng)風險的電機就很有必要了。
[0003]同步磁阻電機具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、體積小等優(yōu)點，但是由于需要提供永磁體的性能來提供電機性能，所以往往采用稀土類永磁體，而稀土類永磁體不可再生、價格昂貴，為了節(jié)約稀有金屬資源，減輕環(huán)境負擔，更為了提高電機性能、效率，本發(fā)明提出一種新的永磁輔助式永磁同步電機及其轉(zhuǎn)子機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)加工簡單，高速下機械強度高、反電動勢低，且凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明出于克服現(xiàn)有技術中的不足，提出一種新的永磁輔助式同步磁阻電機及其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有永磁同步電機和交流異步電機的固有缺陷，而且相比現(xiàn)有的同步磁阻電機，加工工藝簡單、凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動小。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是:
[0006]一種同步磁阻電機轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子鐵心，所述轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，所述轉(zhuǎn)子沖片包括若干個對稱的磁極，所述磁極沿所述轉(zhuǎn)子圓周N極和S極交替排列，所述磁極包括多層柵格，所述各相鄰磁極之間最小間距A與轉(zhuǎn)子極距T之間的關系為:T/14 ^ A ^ Τ/6ο
[0007]所述磁極包括3?4層柵格。
[0008]所述各相鄰磁極相鄰柵格形成的張角a范圍為:10°?60°。
[0009]所述磁極柵格放置磁鋼的體積占柵格總體積的比例為10%?50%。
[0010]所述磁極柵格中部分放置磁鋼，其余部分空置
[0011]所述磁極柵格中一部分放置磁鋼，其余部分放置環(huán)氧樹脂。
[0012]所述磁鋼為釹鐵硼磁鋼。
[0013]所述定子繞組為分布式繞組。
[0014]一種混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，包括發(fā)動機、變速箱、電機，所述發(fā)動機、變速箱、電機順序連接，所述電機為上述的任意一種同步磁阻電機。
[0015]與現(xiàn)有的同步磁阻電機相比，本發(fā)明有顯著優(yōu)點和有益效果，具體體現(xiàn)為:
[0016]1、使用本發(fā)明的同步磁阻電機轉(zhuǎn)子，采用部分放置磁鋼的設計，減少磁鋼的使用量，節(jié)省成本；
[0017]2、使用本發(fā)明的同步磁阻電機轉(zhuǎn)子，設計了柵格的位置及磁鋼的分布，進一步提高了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率及電機效率；
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子第一實施例的示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中柵格層數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關系示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中同一層柵格個數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關系示意圖；
[0021]圖4為；本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中相鄰磁極之間最小間距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關系意圖
[0022]圖5為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中相鄰磁極柵格間角度與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關系示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中磁鋼填充率與空載線反電勢的關系示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中相鄰兩層柵格間距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關系示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子中同一柵格層相鄰柵格之間距離與最高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子剪切應力和轉(zhuǎn)矩的關系示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子第二實施例的示意圖；
[0027]圖10為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子第三實施例的示意圖；
[0028]圖11為本發(fā)明同步磁阻電機轉(zhuǎn)子第四實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明的具體實施方法如下:
[0030]現(xiàn)有的永磁同步電機設多使用昂貴的稀土永磁材料，而且由于永磁體分布產(chǎn)生的反電動勢較大；同步磁阻電機雖然能夠提供較小的反電動勢，但是由于其轉(zhuǎn)子不使用永磁體，故在電機大小相同的情況下，同步磁阻電機的功率密度要小得多。
[0031]本發(fā)明提供的同步磁阻電機轉(zhuǎn)子具有多個永磁體槽組，每組永磁體槽包括多層柵格。本文中所謂“柵格”是指在轉(zhuǎn)子鐵心上設置的槽狀或沿軸向貫通于轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)，類似于永磁同步電機的磁極槽，但該柵格內(nèi)可以填充或者不填充永磁材料。圖1為本發(fā)明第一實施例中同步磁阻電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子沖片由六個對稱的磁極構(gòu)成，每個磁極由多層柵格組成，經(jīng)過大量的試驗和仿真得出每個磁極的柵格層數(shù)對電機輸出轉(zhuǎn)矩及電機凸極比的影響如圖2所示。本文中所謂“凸極比”是指電機交軸電感與直軸電感的比值。本實施例選用3層柵格結(jié)構(gòu)，每層柵格由若干直線型的柵格組成，圖1中所示結(jié)構(gòu)中每層柵格設置為2個以上柵格，所有柵格具有相同的寬度，相鄰兩層柵格之間具有相同的間距H，且每層柵格相鄰柵格之間具有相同的間隔W，沿電機轉(zhuǎn)子外圓半徑由外向內(nèi)第一層柵格組由兩個柵格組成，兩柵格呈一直線排列；在轉(zhuǎn)子尺寸允許的情況下，第一層柵格可以由多于2個柵格組成，且各柵格不一定呈直線排列。由第一層柵格組向內(nèi)的第二層及第N層柵格組分別由2個以上的柵格組成，每兩個柵格之間互相形成小于180度的夾角。本實施例中第二層柵格組及第三層柵格組分別由三個柵格組成，每一層柵格組的柵格向轉(zhuǎn)子外沿構(gòu)成U形排列。在工藝允許的情況下，每一層柵格組都可以包括3個甚至多個柵格，且柵格不限于相同的長度。對于汽車領域所使用的驅(qū)動電機，每個磁極的柵格層數(shù)對電機輸出轉(zhuǎn)矩及電機凸極比的影響如圖2所示，且每層柵格的柵格數(shù)對于電機輸出轉(zhuǎn)矩及電機凸極比的影響如圖3所示，因此，處于電機輸出轉(zhuǎn)矩及電機凸極比的考慮，較優(yōu)選擇3?4層柵格，每層柵格包含3?4個柵格，相對弧形結(jié)構(gòu)來說，該結(jié)構(gòu)加工工藝更加簡單，易于操作。
[0032]本發(fā)明電機轉(zhuǎn)子采用沿圓周方向排列成N極和S極交替的形式，試驗數(shù)據(jù)表明在相同磁鋼條件下相鄰兩個磁極之間的最小間距A與轉(zhuǎn)子極距T的比例對于電機的凸極比和輸出轉(zhuǎn)矩有較大影