CN105846579A - 一种永磁磁阻式电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁磁阻式电机，其特征在于，该电机沿径向方向由内至外包括：转子、定子，其中所述转子每极上以所述电机的径向方向对称排布设置若干隔磁槽，每个所述隔磁槽包括第一槽部以及第二槽部，其中所述第一槽部的法线方向为所述电机的径向方向，用于嵌入永磁体，所述第二槽部的方向为沿着磁链直轴方向。按照本发明实现的电机，能够达到增大磁阻转矩，扩大调速范围，减少永磁体用量，减小短路电流的目的。

Description

一种永磁磁阻式电机

技术领域

本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种永磁磁阻式电机。

背景技术

起动/发电机是利用电机的可逆原理，让机载的发电机兼做发动机的起动机。随着现代飞机技术的“多电和全电化”发展，飞机上的飞行控制系统、环境控制系统、发动机燃油/滑油系统、起飞及刹车系统等传统使用的液压、气压等的传动结构都将逐步被电传动所取代。此外，随着飞机的大型化，负载越来越多，飞机主发电机的功率也随之越来越大，对其供电可靠性的要求也越来越高。

现有的电机的几种拓扑结构中都涉及永磁体的使用，而航空起动发电场合对电机提出了如下的要求：

1.不用永磁体或者少用永磁体，因为飞机发电机的转速很高，温度过高会引起永磁体退磁，其次，短路故障下永磁体无法灭磁，导致短路电流较大；

2.转矩大，功率高，体积小，因此对于飞机发电机的转矩密度要求很高；由于转速很高，转子结构应该尽量简单来保证转子机械强度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁磁阻式电机的转子结构，其目的在于解决了传统开关磁阻电机转矩脉动大，控制复杂，永磁电机短路电流大和成本高的问题。该电机采用少量的永磁体解决了纯磁阻电机功率因数低的问题。同时利用磁阻电机良好的弱磁性能，可以拥有较宽的恒功率范围。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁磁阻式电机，其特征在于，该电机沿径向方向由内至外包括：转子、定子，其中所述转子每极上以所述电机的径向方向对称排布设置若干隔磁槽，每个所述隔磁槽包括第一槽部以及第二槽部，其中所述第一槽部的法线方向为所述电机的径向方向，用于嵌入永磁体，所述第二槽部的方向为沿着磁链直轴方向。

进一步地，在每组对称的所述隔磁槽之间不贯通，保留有一定宽度的肋，实现支撑转子，减小转子的离心力。

进一步地，所述肋的宽度与转子铁芯所受的机械应力成正比。

进一步地，所述转子与所述定子之间设置保护套筒，用来保护所述转子在高速运行过程中受到离心力而遭到损坏。

进一步地，所述第一槽部以及第二槽部所成的夹角范围为120°到150°之间。

进一步地，所述第二槽部在所述转子外沿未贯通形成磁桥，实现减小漏磁。。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)与永磁电机相比，只是用了少量的永磁体，使磁阻转矩成为主要转矩，减小成本，同时永磁体用量少，可以减小短路故障时的短路电流，使稳态短路电流降到额定电流以下；

(2)与磁阻电机相比，加入少量永磁体，可以提高功率因数，同时由于永磁体的磁性能较好可以提高转矩和功率密度，还可以减小转矩脉动；

(3)利用磁阻电机的弱磁性能，使该电机拥有较宽的调速范围，适合高速恒功率运行；

(4)加入碳纤维的保护套筒，使转子的机械强度也得到了保证，适合高速运行。

附图说明

图1是按照本发明实现的永磁磁阻式电机的整体结构示意图；

图2是按照本发明实现的永磁磁阻式电机的电机转子结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-定子 2-转子 3-永磁体 4-套筒 5-隔磁槽 6-肋 7-磁桥

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出的永磁磁阻电机具体结构描述如下：电机36槽6极，电机基本组成包括定转子铁芯，永磁体，保护套筒，机壳，端盖，轴等部件，电机总体结构如图1所示。

其中该永磁磁阻电机的整体结构沿径向方向由内至外包括：转子2、保护套筒4,以及定子1，其中转子2上内嵌有永磁体3。

通过在在每极转子冲片上对称的制作成缺口，形成空气的镂空，即隔磁槽5，由于空气的特性不利于磁场的穿过，所以在这个方向即直轴方向上的磁阻很大，而交轴方向上由于没有隔磁槽5的存在，磁阻较小，从而使交轴电感和直轴电感的比值差异很大，凸极比增加，磁阻转矩增加，使磁阻转矩成为该电机总转矩的主要部分。而永磁体3所产生的转矩成为次要部分，这样可以减少永磁体3的使用量，从而达到减小短路电流的作用，同时可以节约成本。永磁体3的充磁方向沿径向，即垂直于永磁体的长边。相临两极的永磁体充磁方向相反，即一个沿径向向外(N极)，一个沿径向向内(S极)。

其中该隔磁槽5的镂空包括两个部分，第一部分5-1的镂空用于完成永磁体3的穿插嵌入，第二部分5-2的镂空主要设置在磁链的直轴方向上，从而增加交轴电感和直轴电感的比值，其中，在本发明提供的一个实施例的实施方式上，第二部分5-2的镂空设置为沿着磁链的直轴方向，并且永磁体3的法线方向沿着电机的径向方向，由此使得第一部分和第二部分以夹角为120°到150°范围的方式形成钝角，在这个角度范围之内，齿槽转矩和转矩脉动较小，这样使得转矩更加平滑，振动和噪声更小。

如图2所示，设置隔磁槽5的时候并没有直接将整个铁芯挖去，而是在左右对称的两个隔磁槽5中间形成了肋6，这样在径向上起到了一个支撑转子铁芯2的作用，从而减小转子边缘受到的应力，保证转子2的机械强度，在挖去转子铁芯形成隔磁槽5的时候，与转子2的外边缘留有一定的距离，从而形成了磁桥7，这种结构可以是使电机在负载的情况下磁桥7处的磁密很大，从而达到饱和，减小漏磁。永磁体3内嵌在隔磁槽5的水平部分，由于永磁材料和空气的磁导率相当因此嵌入永磁体3并不会改变直轴方向上的磁阻，电机的凸极比也不会因此变化，磁阻转矩不会降低，同时加入永磁体3会增加气隙磁密，从而提高转矩和功率因数。

进一步地，按照上述方式设置的永磁体：1.保护套筒4的材料还可以为金属，玻璃纤维等也可完成该发明；2.隔磁槽部分的形状不限于U形，圆弧形的磁障同样可以完成该发明；3.磁钢(磁钢材料为稀土永磁材料，如钐钴，钕铁硼等)层数不限于三层，两层，四层等均可达到该发明的目的；4.其他的槽极配合如36/4,48/4,48/6等也可以完成该发明。

按照本发明实现的永磁磁阻式电机，取得了如下的技术优势：

(1)在转子上挖去5所示形状，形成隔磁槽5，使直轴磁场很难通过，增大直轴磁阻，从而减小直轴电感，相应的交轴电感与直轴电感的比值增大，磁阻转矩增大，同时凸极比的增大也会使电机的弱磁性能增加，速度范围变宽。

(2)在隔磁槽的水平部分嵌入永磁体3，使电机的气隙磁密不仅仅由定子的绕组产生，永磁体3也会产生气隙磁密，这样可以提高电机的转矩和功率因数。同时永磁体3用量很少，可以减小短路时的电流。

(3)在隔磁槽左右对称的两边中间留有和转子铁芯相同材料的肋，起到支撑转子铁芯，减小转子受力，增大转子机械强度的作用。

(4)在转子外侧加上高强度材料制成的保护套筒，保护转子，使该电机适合于高速运行。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种永磁磁阻式电机，其特征在于，该电机沿径向方向由内至外包括：转子(2)、定子(1)，其中所述转子(2)每极上以所述电机的径向方向对称排布设置若干隔磁槽(5)，每个所述隔磁槽(5)包括第一槽部(5-1)以及第二槽部(5-2)，其中所述第一槽部(5-1)的法线方向为所述电机的径向方向，用于嵌入永磁体(3)，所述第二槽部(5-2)的方向为沿着磁链直轴方向。

2.如权利要求1所述的永磁磁阻式电机，其特征在于，在每组对称的所述隔磁槽(5)之间不贯通，保留有一定宽度的肋(6)，实现支撑转子，减小转子的离心力。

3.如权利要求2所述的永磁磁阻式电机，其特征在于，所述肋(6)的宽度与转子铁芯所受的机械应力成正比。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的永磁磁阻式电机，其特征在于，所述转子(2)与所述定子(1)之间设置保护套筒(4)，用来保护所述转子(2)在高速运行过程中受到离心力而遭到损坏。

5.如权利要求4所述的永磁磁阻式电机，其特征在于，所述第一槽部(5-1)以及第二槽部(5-2)所成的夹角范围为120°到150°之间。

6.如权利要求5所述的永磁磁阻式电机，其特征在于，所述第二槽部(5-2)在所述转子(2)外沿未贯通形成磁桥(7)，实现减小漏磁。