1.本发明涉及永磁电机领域，具体涉及一种混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构。
背景技术：2.永磁磁阻同步电机的转矩脉动包含齿槽转矩和纹波转矩两个部分，齿槽转矩由定子齿和永磁体作用力的切向分量产生，纹波转矩由定、转子谐波磁动势相互作用以及定、转子开槽导致的磁阻分布不均匀共同作用产生。为降低磁场谐波，现有技术多采用调整转子铁心内通槽的形状和位置等手段，形成了诸如相邻磁极不对称或磁极内不对称等设计方案，导致电机加工工艺复杂，加工困难，而且不对称的设计方案导致电机正、反转时性能不一致，无法胜任需要双向旋转的应用场合，不对称设计的方案还导致永磁体制造和安装困难，进一步限制了应用推广。
3.有技术人员提出了在转子表面开设一系列冲槽的技术方案，通过在转子表面设置宽度不等的通槽改变气隙磁阻分布特性，进而降低气隙磁场谐波含量，最终降低转矩脉动。但该技术方案会使转子铁心表面感生出大量涡电流，产生涡流损耗，降低了电机的运行效率，还导致电机温升过高，影响转子铁心内永磁体的稳定和可靠运行。
4.对可靠性和稳定性有较高要求的应用场合中，保证电机稳定和可靠运行的前提下，降低磁场谐波含量和转矩脉动，是现代电机设计领域的一大技术难题。
技术实现要素：5.发明目的：本发明的目的在于提供一种混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，能够有效降低电机输出转矩脉动，提高电机运行稳定性的。
6.技术方案：本发明包括包括中心转轴和套设于中心转轴上的转子铁心；所述转子铁心内围绕中心轴线均匀设有p组u形通槽，p为转子磁极个数，u形通槽的底部位置设置永磁体；围绕中心轴线，在每一个u形通槽形成的u型区域设置一个矩形通槽组，矩形通槽组的数量为p个；所述矩形通槽组包括若干矩形通槽，矩形通槽内嵌入轴向叠片组；所述矩形通槽组中的多个矩形通槽沿顺时针方向为第i个矩形通槽，第i个矩形通槽内所设置的轴向叠片组为第i个轴向叠片组，第i个轴向叠片组的宽度wi计算公式为：
[0007][0008]
式中，ro表示转子铁心外半径；ri表示转子铁心内半径；αi表示第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，j＝2i-1；所述第一波形和第二波形满足以下条件：
[0009][0010]
式中，f1表示第一波形的基准频率；ek表示频率是kf1的正弦波波形幅值；x表示位
置角，0
°
≤x≤180
°
，h＝1,2,3
…
；第二波形为三角波，第二波形的幅值g＝ek，第二波形的频率f2＝mf1，m＝5m，m＝1,2,3
…
。
[0011]
所述矩形通槽组内第i个矩形通槽和第i+1个矩形通槽靠近转子铁心外沿的距离do相等，矩形通槽组内第i个矩形通槽和第i+1个矩形通槽靠近中心转轴的距离di相等，使磁场均匀分布，避免转子铁心发生局部饱和。
[0012]
所述矩形通槽组的第m/2个矩形通槽靠近中心转轴的底部和永磁体的距离lz满足：lz≥(l
pm
/4)，从磁场分布的角度，约束该尺寸是为了避免轴向叠片组与永磁体之间的铁心饱和，永磁磁场能顺利的进入各轴向叠片组，从而达到调制的目的。
[0013]
所述轴向叠片组由轴向叠片和隔磁叠片组成，轴向叠片和隔磁叠片的宽度l
ax
与l
is
满足以下条件：
[0014][0015]
式中，br为永磁体的剩磁，bs为轴向叠片的饱和磁密，∑l
ax
为一个矩形通槽组的所有矩形通槽内轴向叠片的宽度之和。通过约束该尺寸，避免了轴向叠片饱和。
[0016]
所述轴向叠片由取向硅钢片制成，取向方向与永磁体的充磁方向一致，所述隔磁叠片由弱导磁性材料制成；通过采用取向硅钢片，约束了磁场走向，避免磁场在轴向叠片侧面和转子铁心形成漏磁。
[0017]
所述转子铁心由径向转子冲片叠压而成，叠片制作转子和定子铁心是目前的主流工艺，目的是降低铁心的涡流损耗。
[0018]
有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)通过在转子内部嵌入轴向叠片组，降低了电机的转矩脉动，电机运行更加顺滑，有效控制了噪音和震动；转子内嵌入轴向叠片组还可降低气隙磁密的谐波含量，从而降低了电机的涡流损耗，提高了电机的运行效率，电机温升得到抑制；(2)给出了轴向叠片组宽度的通式，可适用于各种类型的内置式永磁电机，通用性强；(3)无需对永磁体进行加工，加工成本低。
附图说明
[0019]
图1为本发明的结构示意图；
[0020]
图2为图1的局部放大图；
[0021]
图3为本发明中第一波形和第二波形的示意图；
[0022]
图4为本发明中轴向叠片组的结构示意图；
[0023]
图5为本发明的实施例1中转子的结构示意图。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细描述。
[0025]
如图1所示，本发明包括中心转轴1、转子铁心2，转子铁心2套设于中心转轴1；中心转轴1和转子铁心2同中心轴线安装；围绕中心轴线，在转子铁心2内均匀设有p组形状、大小相同的u形通槽3，p为转子磁极个数，u形通槽3的底部位置设置有永磁体4；围绕中心轴线，在转子铁心2内均匀设有p组形状、大小相同的矩形通槽组5，每个矩形通槽组5内所设置的多个矩形通槽7沿顺时针方向为第i个矩形通槽7，第i个矩形通槽7内所设置的轴向叠片组6
为第i个轴向叠片组6。转子铁心2由径向转子冲片叠压而成。
[0026]
如图2所示，示出了一个矩形通槽组5内轴向叠片组6的宽度，其中第i个轴向叠片组6的宽度wi为：
[0027]
式中，ro为转子铁心外半径，ri为转子铁心内半径，αi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，j＝2i-1，其中，第一波形和第二波形满足以下条件：
[0028][0029]
式中，f1为第一波形的基准频率，ek为频率是kf1的正弦波波形幅值，x为位置角，0
°
≤x≤180
°
，h＝1,2,3
…
；第二波形为三角波，第二波形的幅值g＝ek，第二波形的频率f2＝mf1，m＝5m，m＝1,2,3
…
图3示出了第一波形和第二波形以及其之间的交点。
[0030]
其中，第i个矩形通槽7和第i+1个矩形通槽7靠近转子铁心2外沿的距离do相等，每个矩形通槽组5的第i个矩形通槽7和第i+1个矩形通槽7靠近中心转轴1的距离di相等。矩形通槽组5的第m/2个矩形通槽7靠近中心转轴2的底部和永磁体4的距离lz满足：lz≥(l
pm
/4)。
[0031]
如图4所示，轴向叠片组6由轴向叠片8和隔磁叠片9组成，轴向叠片8由取向硅钢片制成，取向方向与永磁体4的充磁方向一致，隔磁叠片9由云母片等弱导磁性材料制成。轴向叠片8和隔磁叠片9的宽度l
ax
与l
is
满足以下条件：
[0032][0033]
式中，br为永磁体的剩磁，bs为轴向叠片的饱和磁密，∑l
ax
为一个矩形通槽组的所有矩形通槽内轴向叠片的宽度之和。
[0034]
实施例1：
[0035]
如图3和图5所示，本实施例为一个4极的永磁磁阻同步电机，p＝4，转子外径ro＝140mm，内径ri＝52mm，永磁体磁化方向长度l
pm
＝5mm。图3所示为第一波形和第二波形的示意图，其中第一个波形为仅含有基准频率的正弦波形，对应h＝1；第二波形的频率为波形1的10倍，对应m＝10，m＝2。图3所示，第一波形与第二波形的第1个交点和第2个交点之间的跨距角度α1＝4
°
，第3个交点和第4个交点之间的跨距角度α2＝9
°
，第5个交点和第6个交点之间的跨距角度α3＝13
°
，第7个交点和第8个交点之间的跨距角度α4＝16
°
，第9个交点和第10个交点之间的跨距角度α5＝18
°
，第11个交点和第12个交点之间的跨距角度α6＝16
°
，第13个交点和第14个交点之间的跨距角度α7＝13
°
，第15个交点和第16个交点之间的跨距角度α8＝9
°
，第17个交点和第18个交点之间的跨距角度α9＝4
°
。所以，第1个轴向叠片组的宽度w1为：
[0036][0037]
以此类推可得第2个轴向叠片组的宽度w2为7.5mm，第3个轴向叠片组的宽度w3为10.9mm，第4个轴向叠片组的宽度w4为13.4mm，第5个轴向叠片组的宽度w5为15.0mm，第6个轴向叠片组的宽度w6为13.4mm，第7个轴向叠片组的宽度w7为10.9mm，第8个轴向叠片组的宽度w8为7.5mm，第9个轴向叠片组的宽度w9为3.3mm。矩形通槽靠近转子铁心外沿的距离do均为4.4mm，矩形通槽靠近转子中心转轴的距离di均为2.3mm。第m/2＝5个矩形通槽靠近中心转
轴的底部和永磁体的距离lz＝3.8mm，满足：lz≥(l
pm
/4)。永磁体宽度w
pm
＝24mm，剩磁br＝1.2t，轴向叠片厚度l
ax
＝0.7mm，饱和磁密bs＝2.2t，l
is
＝0.25mm，∑l
ax
＝62mm满足brw
pm
≤bs∑l
ax
以及l
is
≤l
ax
≤4l
is
。轴向叠片采用取向硅钢片，取向方向与永磁体充磁方向一致，隔磁叠片采用云母片制成。
技术特征：1.一种混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：包括中心转轴(1)和套设于中心转轴(1)上的转子铁心(2)；所述转子铁心(2)内围绕中心轴线均匀设有p组u形通槽(3)，p为转子磁极个数，u形通槽(3)的底部位置设置永磁体(4)；围绕中心轴线，在每一个u形通槽(3)形成的u型区域设置一个矩形通槽组(5)，矩形通槽组(5)的数量为p个；所述矩形通槽组(5)包括若干矩形通槽(7)，矩形通槽(7)内嵌入轴向叠片组(6)；所述矩形通槽组(5)中的多个矩形通槽(7)沿顺时针方向为第i个矩形通槽(7)，第i个矩形通槽(7)内所设置的轴向叠片组(6)为第i个轴向叠片组(6)，第i个轴向叠片组(6)的宽度w
i
计算公式为：式中，r
o
表示转子铁心外半径；r
i
表示转子铁心内半径；α
i
表示第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，j＝2i-1；所述第一波形和第二波形满足以下条件：式中，f1表示第一波形的基准频率；e
k
表示频率是kf1的正弦波波形幅值；x表示位置角，0
°
≤x≤180
°
，h＝1,2,3
…
；第二波形为三角波，第二波形的幅值g＝e
k
，第二波形的频率f2＝mf1，m＝5m，m＝1,2,3
…
。2.根据权利要求1所述的混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：所述矩形通槽组(5)内第i个矩形通槽(7)和第i+1个矩形通槽(7)靠近转子铁心(2)外沿的距离d
o
相等，矩形通槽组(5)内第i个矩形通槽(7)和第i+1个矩形通槽(7)靠近中心转轴(1)的距离d
i
相等。3.根据权利要求1所述的混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：所述矩形通槽组(5)的第m/2个矩形通槽(7)靠近中心转轴(2)的底部和永磁体(4)的距离l
z
满足：l
z
≥(l
pm
/4)。4.根据权利要求1所述的混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：所述轴向叠片组(6)由轴向叠片(8)和隔磁叠片(9)组成，轴向叠片(8)和隔磁叠片(9)的宽度l
ax
与l
is
满足以下条件：式中，b
r
为永磁体的剩磁，b
s
为轴向叠片的饱和磁密，∑l
ax
为一个矩形通槽组的所有矩形通槽内轴向叠片的宽度之和。5.根据权利要求4所述的混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：所述轴向叠片(8)由取向硅钢片制成，取向方向与永磁体(4)的充磁方向一致；所述隔磁叠片(9)由弱导磁性材料制成。6.根据权利要求1至5任一项所述的混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，其特征在于：所述转子铁心(2)由径向转子冲片叠压而成。
技术总结本发明公开了一种混合叠片式磁场调制型永磁磁阻同步电机转子结构，包括包括中心转轴和套设于中心转轴上的转子铁心；所述转子铁心内围绕中心轴线均匀设有P组U形通槽，P为转子磁极个数，U形通槽的底部位置设置永磁体；围绕中心轴线，在每一个U形通槽形成的U型区域设置一个矩形通槽组，矩形通槽组的数量为P个；所述矩形通槽组包括若干矩形通槽，矩形通槽内嵌入轴向叠片组。本发明通过在转子内部嵌入轴向叠片组，降低了电机的转矩脉动，电机运行更加顺滑，有效控制了噪音和震动；还可降低气隙磁密的谐波含量，从而降低了电机的涡流损耗，提高了电机的运行效率，电机温升得到抑制。电机温升得到抑制。电机温升得到抑制。
技术研发人员：孔永 刘强 张磊 赵勇
受保护的技术使用者：南京晓庄学院
技术研发日：2022.05.07
技术公布日：2022/7/5
