【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机设备，尤其是涉及一种高磁通不对称磁障电机转子结构。
技术介绍
1、目前新能源电驱动行业主要以稀土永磁电机作为驱动电机，其功率密度相较于其他类型电机更高，即可以在更小的体积下达到相同的输出功率。但近些年来，由于稀土永磁体成本价格的波动较大，采用更便宜的铁氧体永磁体代替稀土永磁体的永磁辅助同步磁阻电机成为了热门的研发方向。
2、如公开号为cn102769367a的中国专利文献公开了一种永磁辅助同步磁阻电机，设置多层永磁体槽和多层磁体，使得电机在充分利用永磁磁链的基础上，电机产生磁阻转矩的能力也大大提高，实现了采用铁氧体永磁体的电机高效化的目的。
3、公开号为cn215646411u的中国专利文献公开了一种永磁辅助同步磁阻电机转子，包括：转子铁芯，转子铁芯周向设有多个磁障组，磁障组包括沿转子铁芯的径向方向依次设置的至少4层磁障，其中，同一磁障组，沿转子铁芯的径向方向上由内向外的磁障中，除了最外侧磁障外，最内侧磁障和靠近最外侧磁障的磁障内均设有钕铁硼永磁体，其余层磁障内均设有铁氧体永磁体。
4、由于铁氧体相较于稀土永磁体的剩磁较低，永磁辅助同步磁阻电机的转矩密度通常会低于稀土永磁体，这意味着想要达到相同转矩，电机就需要做的更大更重，如果设计不合理就会丧失永磁电机本身的功率密度优势。因此在一定体积下提升电机的转矩输出，是电机设计中最重要的课题，而永磁辅助同步磁阻电机的转矩组成包括永磁转矩和磁阻转矩，因此需要通过转子拓扑结构的设计，合理布置磁路走向，使两种转矩输出组合最大化，来充分发挥电
5、此外，使用铁氧体的永磁辅助同步磁阻电机通常还需关注两个关键点。首先是该类型电机的转矩脉动可能会较大，这会导致电机有较大的振动噪声，需要通过合理的转子拓扑设计来降低转矩脉动。另一个关键点是铁氧体永磁体的内禀矫顽力相较于稀土永磁体更低，这使得铁氧体更容易发生退磁，永磁体的磁性能降低，导致电机的输出性能下降。
6、申请人之前设计的电机转子结构，更突出电机的磁阻转矩，电机的永磁磁链较低，反电势比较低。但是，高磁阻转矩的电机控制难度高，并且高磁阻转矩的电机需要用到更多的铜线绕组，成本较高。因此，为了降低控制难度和成本，需对现有的电机转子结构进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种高磁通不对称磁障电机转子结构，在提升电机的转矩密度、降低转矩脉动、提升永磁体抗退磁能力的前提下，可以显著降低电机控制难度，提高电机运行的稳定性，还可以降低制造成本。
2、一种高磁通不对称磁障电机转子结构，包括转子本体以及呈周向均匀设置在转子本体上的多个永磁体组；
3、每个永磁体组沿径向由内而外包含n层永磁体单元，每一层永磁体单元包括矩形结构的中间段永磁体以及两侧相对称的侧面永磁体；所述的侧面永磁体安装在中间段永磁体两侧设置的空气槽中，侧面永磁体外侧的空气槽区域构成空气槽磁障；
4、相邻两层永磁体单元之间、最外层永磁体单元的外侧、最内层永磁体单元的内侧为转子磁栅；每一个空气槽磁障由内向外呈厚度逐渐变小的锥形，且每一层永磁体单元对应的两侧空气磁障不对称；相邻两层空气槽磁障之间对应的转子磁栅部分由内向外逐渐变宽。
5、本专利技术在设计中合理布置空气槽磁障的位置和结构，来削减电机的转矩脉动，减少电机运行时的振动噪音，该设计可以提高永磁体工作点，提升永磁体的抗退磁能力，以增加电机的运行可靠。同时，设计中间段永磁体及两侧的侧面永磁体与对应的空气槽磁障协同配合，用尽量多的永磁体以提升电机永磁转矩，从而增大电机的转矩密度。
6、本专利技术中，中间段永磁体以及侧面永磁体可采用铁氧永磁体或其他类型的永磁体。
7、本专利技术中，空气槽磁障和侧面永磁体的宽度占比可以调整。具体的，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的宽度记为mws，侧面永磁体与空气槽磁障的宽度之和记为lws，mws与lws的比值记为系数kw，除最外层永磁体单元外，其他层需满足0.3≤kw≤0.9，且内层永磁体单元的系数kw大于外层。侧面永磁体的布置可以有效提高电机的永磁磁链，提升永磁转矩输出，其宽度比例kw可调整，能够为更合理的磁路布置提供优化空间，在不同拓扑中寻找电机输出性能上的最优方案。
8、优选地，所述空气槽磁障的锥形段外侧设有与转子本体的外圆平行的圆弧段，锥形段和圆弧段之间由圆角过渡。该设置可以减少外圆处气隙磁密突变，以便进行转矩脉动的优化设计。
9、空气槽磁障在转子外圆的位置可调整，优选地，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的厚度记为mts，将两个侧面永磁体靠近对称中心线的两个侧边延长线与对应空气槽磁障的外圆弧中心线的距离分别记为ca和cb，计算系数ka＝ca/mts，kb＝cb/mts；需满足ka和kb的取值范围为-1～2，且ka≠kb，即两侧的空气磁障不对称。
10、优选地，相邻两层侧面永磁体的中心线与转子本体的圆心之间形成夹角a，每两层之间的夹角a不相等。合理的永磁体分布角度，有利于气隙磁场更趋向于正弦分布，从而减小转矩脉动。
11、优选地，每个永磁体组中，不同层的中间永磁体之间相互平行，其摆放方向垂直于对称中心线；不同层中相同侧的侧面永磁体之间相互平行，其摆放方向平行于极间中心线。永磁体均为矩形，便于永磁体的生产加工和装配。
12、优选地，中间段永磁体和侧面永磁体的厚度从外层到内层逐渐变大，宽度从外层到内层逐渐变大；或者，每层中间段永磁体和侧面永磁体的面积和，从外层到内层逐渐变大。更大更厚的中间段永磁体和侧面永磁体可以使转子内层提供的磁通φ内大于外层磁通φ外，而两层之间的磁通(φ内-φ外)大于0，保证每一层永磁体之间的外部磁桥和内部磁桥的磁密饱和，保证每一层转子磁栅中都有合适的磁通，进而保证气隙中的永磁磁密趋于正弦，获得更正弦的永磁反电势，从而减小电机转矩波动，提升电机的平均转矩，减小电机的振动噪音，提升电机轻载工况的性能。
13、优选地，每个永磁体组中，相邻两层永磁体单元之间的转子磁栅，不同层的厚度不相同。该设计使同一层磁栅的磁密保持基本一致，优化磁链，保证转矩输出。
14、优选地，每个永磁体组中，在部分永磁体单元中的中间段永磁体和侧面永磁体之间设置内部磁桥。
15、空气槽磁障与转子本体的外圆周之间为外部磁桥，每层的内部磁桥+外部磁桥的总厚度，由外向内逐渐增加。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、1、本专利技术通过多层永磁体的合理布置，和对应转子磁栅、空气槽磁障的形状尺寸设计，增大电机凸极比提升磁阻转矩，并在中间段永磁体两侧增加侧面永磁体，通过布置更多永磁体以提升永磁转矩，从而提高电机的转矩密度，同时，显著降低电机控制难度，提高电机运行的稳定性，还可以降低制造成本。
18、2、本专利技术通过合理的空气槽磁障布置可以显著减小转矩脉动，减小电机的振动噪声。空气槽磁障的特殊设计可以削弱大电流下的反向磁场，增加永磁体的抗退磁能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，包括转子本体以及呈周向均匀设置在转子本体上的多个永磁体组；
2.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的宽度记为MWS，侧面永磁体与空气槽磁障的宽度之和记为LWS，MWS与LWS的比值记为系数Kw，除最外层永磁体单元外，其他层需满足0.3≤Kw≤0.9，且内层永磁体单元的系数Kw大于外层。
3.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，所述空气槽磁障的锥形段外侧设有与转子本体的外圆平行的圆弧段，锥形段和圆弧段之间由圆角过渡。
4.根据权利要求3所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的厚度记为MTS，将两个侧面永磁体靠近对称中心线的两个侧边延长线与对应空气槽磁障的外圆弧中心线的距离分别记为Ca和Cb，计算系数ka＝Ca/MTS，kb＝Cb/MTS；需满足ka和kb的取值范围为-1～2，且ka≠kb，即两侧的空气磁障不对称。
5.根据权利要求3所述的高磁通不对称磁障电机转
6.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每个永磁体组中，不同层的中间永磁体之间相互平行，其摆放方向垂直于对称中心线；不同层中相同侧的侧面永磁体之间相互平行，其摆放方向平行于极间中心线。
7.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，中间段永磁体和侧面永磁体的厚度从外层到内层逐渐变大，宽度从外层到内层逐渐变大；或者，每层中间段永磁体和侧面永磁体的面积和，从外层到内层逐渐变大。
8.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每个永磁体组中，相邻两层永磁体单元之间的转子磁栅，不同层的厚度不相同。
9.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每个永磁体组中，在部分永磁体单元中的中间段永磁体和侧面永磁体之间设置内部磁桥。
10.根据权利要求9所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，空气槽磁障与转子本体的外圆周之间为外部磁桥，每层的内部磁桥+外部磁桥的总厚度，由外向内逐渐增加。
...【技术特征摘要】
1.一种高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，包括转子本体以及呈周向均匀设置在转子本体上的多个永磁体组；
2.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的宽度记为mws，侧面永磁体与空气槽磁障的宽度之和记为lws，mws与lws的比值记为系数kw，除最外层永磁体单元外，其他层需满足0.3≤kw≤0.9，且内层永磁体单元的系数kw大于外层。
3.根据权利要求1所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，所述空气槽磁障的锥形段外侧设有与转子本体的外圆平行的圆弧段，锥形段和圆弧段之间由圆角过渡。
4.根据权利要求3所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，每一层永磁体单元中，将侧面永磁体的厚度记为mts，将两个侧面永磁体靠近对称中心线的两个侧边延长线与对应空气槽磁障的外圆弧中心线的距离分别记为ca和cb，计算系数ka＝ca/mts，kb＝cb/mts；需满足ka和kb的取值范围为-1～2，且ka≠kb，即两侧的空气磁障不对称。
5.根据权利要求3所述的高磁通不对称磁障电机转子结构，其特征在于，相...
【专利技术属性】
技术研发人员：晋兆海，徐嘉炜，方卫中，何婷婷，
申请(专利权)人：浙江新能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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