本发明专利技术公开了一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,属于永磁电机制造技术领域。以铁氧体作为辅助永磁体,其特征在于,包括转子铁心、永磁体块和旁路结构,转子铁心均匀分割成2n个极,每个极内设有两层U形磁障,靠近转子转轴的内层U形磁障的两侧肋部设有旁路结构,旁路结构将内层U形磁障切分为三个部分;每层U形磁障的中心设有永磁体槽,永磁体槽内置永磁体块。本发明专利技术提高了电机中气隙磁密的正弦度,优化了气隙磁密波形,解决了永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动大的问题,转矩脉动明显减小,同时增大了电机凸极比、机械强度,使后续电机在控制策略中其弱磁范围能够明显变宽,保证电机在电动汽车中更加平稳、高效、安全、宽速域运行。运行。运行。
【技术实现步骤摘要】
一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法
[0001]本专利技术属于永磁电机制造
,涉及一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法。
技术介绍
[0002]传统用于电动汽车驱动电机的是永磁同步电机和交流感应电机,但具有功率因数低、效率不高、启动电流大的缺点。永磁同步电动机由于采用永磁体励磁,其功率因数和效率相对于感应电机有了很大提升,但其过度依赖于稀土永磁资源,制造成本较高,且在高速运行时难以进行弱磁控制。
[0003]永磁辅助同步磁阻电机兼具永磁同步电机和同步磁阻电机的特点,除具有转矩密度高、可靠性高、体积小、重量轻等显著优点外,还能够充分利用电机的磁阻转矩,大大减少永磁体的用量,使电机的反电动势大大降低,提高了系统的可靠性,因此成为替代永磁电机和磁阻电机的最佳选择,被越来越多地应用于电动汽车中。
[0004]但是转矩脉动大是永磁辅助同步磁阻电机的一个主要缺点,在应用于某些高性能传动系统时,难以满足系统平稳运行的要求,成为限制其应用和发展的一个技术难题。近年来,国内外对抑制永磁辅助同步磁阻电机的转矩脉动进行了大量的研究,但是其效果并不理想,因此需要实现一种有效抑制永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动的方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法,以解决现有永磁辅助同步磁阻电机在运行过程中转矩脉动较大的难题,同时增大电机电磁转矩、凸极比,提高电机控制精度,从而实现电机的平稳、高效、宽速域运行,使其更好的应用于电动汽车中。
[0006]本专利技术的技术方案如下:
[0007]一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,以铁氧体作为辅助永磁体,包括转子铁心、永磁体块和旁路结构,所述的转子铁心均匀分割成2n个极,每个极内设有两层U形磁障,靠近转子转轴的内层U形磁障的两侧肋部设有旁路结构,所述的旁路结构将内层U形磁障切分为三个部分;每层U形磁障的中心设有永磁体槽,永磁体槽内置永磁体块。
[0008]进一步地,n=3,转子磁障转折角α=120
°
。
[0009]进一步地,所述的旁路结构为平行四边形。
[0010]进一步地,所述的旁路结构的第一组对边平行于U形磁障的中心轴,第二组对边与U形磁障两侧肋部的边缘重合。
[0011]进一步地,旁路结构中第一组对边之间的距离h为:
[0012]h=BC
×
sin(α
‑
90
°
)
[0013]其中,BC表示旁路结构中第二组对边的长度,α表示转子磁障转折角。
[0014]上述车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构的设计方法,步骤如下:
[0015]步骤1,根据车用永磁辅助同步磁阻电机的设计指标,确定转子磁障转折角、电机极对数、永磁体材料、转子材料;
[0016]步骤2,建立含有旁路结构的转子结构仿真模型;
[0017]步骤3,采用多目标优化方法优化旁路位置比pw和旁路比hw,所述的多目标包括增大电机的电磁转矩和凸极比、降低电机的转矩脉动和旋转形变量;
[0018]步骤4,根据仿真结果输出最优旁路位置比pw和旁路比hw,得到优化后的转子结构仿真模型作为设计结果。
[0019]进一步地,所述的旁路位置比pw和旁路比hw的公式如下:
[0020]pw=AB/AD
[0021]hw=BC/AD
[0022]其中,AB表示旁路结构中第一组对边的端部与内层U形磁障的磁障转折点之间的距离,AD表示内层U形磁障肋部中靠近外层U形磁障一侧的长度,BC表示旁路结构中第二组对边的长度。
[0023]本专利技术的有益效果:
[0024]1、电机采用带旁路结构的磁障,提高了电机中气隙磁密的正弦度,减少了气隙磁密波形的谐波含量。
[0025]2、有效地解决了永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动问题,转矩脉动明显减小,能够保证电机在电气汽车中更加平稳、高效地运行。
[0026]3、通过采用带旁路的转子结构,有效提高了转子的机械强度、电磁转矩以及电机凸极比,降低了电机转子的形变量,使电机运行速度、弱磁范围更宽,同时电机运行更加安全。
附图说明
[0027]图1为本专利技术中永磁电机转子结构及其放大示意图。
[0028]图中:1铁氧体块;2第二磁障;3第一磁障;4旁路结构;5第一磁桥;6第二磁桥;7第二导磁通道;8第一导磁通道;α为磁障转折角。
[0029]图2为本专利技术中永磁电机六分之一转子结构示意图。
[0030]图3为本专利技术中参数改进后电机转子结构图。
[0031]图4为传统电机转子结构图。
[0032]图5为本专利技术转子结构与传统转子结构的输出电磁转矩对比图。
[0033]图6为本专利技术转子结构与传统转子结构的交直轴电感对比图。
[0034]图7为本专利技术转子结构与传统转子结构的气隙磁密对比图。
[0035]图8为传统转子结构的等效应力放大示意图。
[0036]图9为本专利技术转子结构的等效应力放大示意图。
[0037]图10为传统转子结构的总形变示意图。
[0038]图11为本专利技术转子结构的总形变示意图。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。
[0040]如图1所示,本专利技术中设计的车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构使用铁氧体作为辅助永磁体,磁障为双层U型。其中,内层U形为第一层,被旁路结构分成了三个部分;外层U形为第二层。转子材料为50CS470;永磁材料相对磁导率为1.08515,剩磁为0.45T,矫顽力Hc为
‑
330KA/m;极对数选为3,转子磁障转折角α为120
°
。
[0041]本专利技术中,所述的旁路结构为平行四边形,用图1中的BCEF表示,其中旁路结构的第一组对边(BF和CE)平行于U形磁障的中心轴,即BF//CE//中心轴,第二组对边(BC和EF)与U形磁障两侧肋部的边缘重合,旁路结构中第一组对边之间的距离h为:
[0042]h=BC
×
sin(α
‑
90
°
)
[0043]其中,BC表示旁路结构中第二组对边的长度,α表示转子磁障转折角。
[0044]对于任意的电机转子结构,其磁障转折角都是固定的,因此旁路结构的第一组对边之间的距离h与边BC是成比例关系的。为了表示方便,距离h用旁路比hw替代,所述的旁路比hw的公式为:hw=BC/AD,AD表示内层U形磁障肋部中靠近外层U形磁障一侧的长度,BC表示旁路结构中第二组对边的长度。
[0045]旁路比hw可用于表示旁路结构的厚度(大小),另外引入旁路位置比pw来表示旁路结构的位本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,以铁氧体作为辅助永磁体,其特征在于,包括转子铁心、永磁体块和旁路结构,所述的转子铁心均匀分割成2n个极,每个极内设有两层U形磁障,靠近转子转轴的内层U形磁障的两侧肋部设有旁路结构,所述的旁路结构将内层U形磁障切分为三个部分;每层U形磁障的中心设有永磁体槽,永磁体槽内置永磁体块。2.根据权利要求1所述的一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,其特征在于,n=3,转子磁障转折角α=120
°
。3.根据权利要求1所述的一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,其特征在于,所述的旁路结构为平行四边形。4.根据权利要求3所述的一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,其特征在于,所述的旁路结构的第一组对边平行于U形磁障的中心轴,第二组对边与U形磁障两侧肋部的边缘重合。5.根据权利要求3所述的一种车用永磁辅助同步磁阻电机的转子结构,其特征在于,旁路结构中第一组对边之间的距离h为:h=BC
×
sin(α
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员:王严,翁如杰,朱绍鹏,高健,
申请(专利权)人:浙江理工大学,
类型:发明
国别省市:
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