[发明专利]一种永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子

说明书

本公开提出了一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子，转子设计为非对称结构，包括隔磁桥的结构非对称设置和永磁体的结构非对称设置，可以使电机利用较少的永磁体产生较高的气隙磁密，并降低转矩脉动,保证电机平稳高效运行，同时通过转子非对称结构改变永磁转矩和磁阻转矩的耦合及叠加关系，使永磁转矩和磁阻转矩的最大值能够在相同的电流相位角处叠加，从而充分利用电机的两种转矩成分，在不改变电机尺寸、材料及输入条件的前提下，使电机的电磁转矩获得显著提高，从而进一步提高电机的转矩密度、效率及功率因数等整体性能。

技术领域

本公开涉及电机技术领域，具体的说，是涉及一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

现代机械制造、交通运输、航空航天、农业生产及家用电器等领域对高性能高品质电机有着迫切的需求。近年来，随着永磁材料和控制技术的发展，永磁同步电机因具有转矩密度大、效率高、稳态性能好及运行可靠性高等优点在电机应用领域受到了极大的青睐。但是，由于永磁同步电机弱磁调速性能低及制造成本高等自身特点的制约，其大规模应用与推广仍然存在较大的问题。基于此，有学者提出一种永磁辅助式同步磁阻电机，其有机综合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点。

永磁辅助式同步磁阻电机主要有以下特点：

(1)交直轴电感相差很大，具有比较大的凸极比，一般在3以上，因此可以充分利用磁阻转矩，产生高转矩密度；(2)与相同转矩能力的永磁同步电机相比，所需要的永磁体用量少，亦可采用低成本的铁氧体永磁材料，减少电机制造成本；(3)与异步电机、开关磁阻电机及同步磁阻电机相比，具有较高的转矩密度、效率和功率因数，利于减小逆变器的容量；(4)电机永磁磁场较弱，电枢磁场的弱磁能力较强，调速性能优异。

永磁辅助式同步磁阻电机尚未得到大规模的普及，其主要问题与难点在于：

(1)永磁辅助式同步磁阻电机永磁体用量减少有利于降低电机成本和拓展调速范围，但转矩密度、效率和功率因数方面与传统永磁同步电机相比处于劣势。

(2)永磁辅助式同步磁阻电机的高转矩密度主要来源于其较高的磁阻转矩，但磁阻转矩过大将会产生较高的转矩脉动，不利于电机的高效平稳运行。另外，虽然永磁辅助式同步磁阻电机可以产生非常高的磁阻转矩和可观的永磁转矩，但在目前的研究设计中，因为磁阻转矩与永磁转矩在取得最大值时，二者所需的电流相位角β相差45°(电角度)，电磁转矩是永磁转矩和磁阻转矩的矢量叠加。为定量表示其矢量叠加关系，假设电机的永磁转矩和磁阻转矩的最大值均为标幺值1，则电磁转矩为MAX(cosβ+sin2β)＝1.76，所以可见永磁辅助式同步磁阻电机的两种转矩成分并不能被完全利用而生成电磁转矩，电机的转矩密度相对较低。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种高性能永磁聚磁式同步磁阻电机及其非对称转子,转子设计为非对称结构，包括隔磁桥的结构非对称设置和永磁体结构的非对称设置，可以使电机利用较少的永磁体产生较高的气隙磁密，并降低转矩脉动,保证电机平稳高效运行，同时通过转子非对称结构改变永磁转矩和磁阻转矩的耦合及叠加关系，使永磁转矩和磁阻转矩的最大值能够在相同的电流相位角处叠加，从而充分利用电机的两种转矩成分，在不改变电机尺寸、材料及输入条件的前提下，使电机的电磁转矩获得显著提高，从而进一步提高电机的转矩密度、效率及功率因数等整体性能。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：