一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸和2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯，每段轉(zhuǎn)子鐵芯沿圓周方向均均勻設(shè)置有M個(gè)對稱結(jié)構(gòu)的V型通槽，在每個(gè)V型通槽的兩個(gè)側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體；2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯依次套裝在中心轉(zhuǎn)軸上形成圓柱形的轉(zhuǎn)子整體，通過鍵槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵芯和中心轉(zhuǎn)軸的定位；所述V型通槽的張角以中間一段轉(zhuǎn)子鐵芯的V型通槽張角角度為基準(zhǔn)沿軸向向轉(zhuǎn)子兩端逐段單調(diào)變化。本發(fā)明可以顯著地削弱永磁電機(jī)齒槽效應(yīng)，降低齒槽轉(zhuǎn)矩，消除軸向不平衡磁拉力，有效地降低了輸出轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，減小了震動(dòng)和噪音。
【專利說明】
一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，屬于永磁電機(jī)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002 ]永磁同步電機(jī)利用轉(zhuǎn)子中按一定規(guī)律分布的永磁體建立主磁場，這使得永磁同步 電機(jī)與傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)相比具有效率更高和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中可采 用多種排列方式，所以永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)多樣化，優(yōu)化的永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)能夠有效提高電機(jī)性能 指標(biāo)。
[0003] 永磁材料的成本占整個(gè)電機(jī)制造成本的很大一部分，為了提高永磁材料利用率， 永磁電機(jī)往往結(jié)構(gòu)緊湊、氣隙較小，氣隙磁密的分布受定子齒槽的影響很大，從而產(chǎn)生了齒 槽轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動(dòng)。
[0004] 采用定子斜槽可以有效的削弱齒槽效應(yīng)，但定子斜槽會(huì)降低定子槽面積，并影響 繞組嵌線。轉(zhuǎn)子斜極可以產(chǎn)生與定子斜槽同樣的效果，但轉(zhuǎn)子連續(xù)斜極會(huì)使永磁體形狀特 殊，不易于實(shí)施。而且，轉(zhuǎn)子斜極會(huì)帶來軸向不平衡磁拉力，產(chǎn)生震動(dòng)與噪音。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電 機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，是一種分段式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠在避免定子斜槽和轉(zhuǎn)子連續(xù)斜極 的同時(shí)，有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩，同時(shí)因其軸向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)又能夠消除軸向不平衡磁拉力，實(shí)現(xiàn) 電機(jī)的低噪音和低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)運(yùn)行，有效提高電機(jī)性能指標(biāo)，同時(shí)具有較好的工藝性。
[0006] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 本發(fā)明所采用的方案是通過逐段改變轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)V型通槽張角的大小，使得V型通 槽內(nèi)永磁體的張角逐段變化，在氣隙中形成分布合理的磁場，削弱齒槽效應(yīng)，降低齒槽轉(zhuǎn) 矩，使得輸出轉(zhuǎn)矩更加平穩(wěn)。由于采用了軸向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，能夠避免軸向不平衡磁拉力，并 降低震動(dòng)與噪音。具體方案如下。
[0008] -種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸和2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯，每段 轉(zhuǎn)子鐵芯沿圓周方向均均勻設(shè)置有Μ個(gè)對稱結(jié)構(gòu)的V型通槽，在每個(gè)V型通槽的兩個(gè)側(cè)臂內(nèi) 分別嵌置有一個(gè)永磁體;2Ν+1段轉(zhuǎn)子鐵芯依次套裝在中心轉(zhuǎn)軸上形成圓柱形的轉(zhuǎn)子整體， 通過鍵槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵芯和中心轉(zhuǎn)軸的定位，沿中心轉(zhuǎn)軸的軸向，2Ν+1段轉(zhuǎn)子鐵芯的標(biāo) 號(hào)依次為〇，1，…，η，…，2Ν-1，2Ν，Ν為正整數(shù)，Μ為大于零的偶數(shù)；
[0009] 定義一個(gè)xyz三維坐標(biāo)系，中心轉(zhuǎn)軸的軸線位于y軸上，第Ν個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的中心橫截 面位于xz平面上；以y軸為中心，向外均勻輻射Μ個(gè)縱截面，逆時(shí)針方向，Μ個(gè)縱截面的標(biāo)號(hào)依 次為1，2,…，m,…，Μ-1，Μ，第一個(gè)縱截面位于xy平面上；以y軸為中心，定義一個(gè)半徑為r的 圓柱面C，所有永磁體的縱向中心線均在圓柱面C上；
[0010] 第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為1〇,第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第m 個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為α〇,在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿直 側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為lpmO ;
[0011]第N+i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為li，第N+i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第 m個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿 直側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為lpmi，i = l，2,…，N;
[0012]第N-i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為li，第N-i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第 m個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿 直側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為l Pmi，i = l，2,…，N;
[0013] 以第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯為中心，V型通槽的張角從αο開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增， 永磁體的長度從lpmQ開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增；
[0014] 同一個(gè)V型通槽內(nèi)的兩個(gè)永磁體極性相同；同一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上，相鄰兩個(gè)V型通槽 內(nèi)的兩組永磁體極性不相同；對稱軸位于同一個(gè)縱截面上的2N+1個(gè)V型通槽內(nèi)的2N+1組永 磁體極性相同。
[0015] 具體的，定J
Z為定子齒數(shù)，ai的遞變量為Θ或-0，ai = a()+i0或ai = a()-i0;定 義.
的遞變量為Δ 1或-Δ l，lpmi = lpmQ+i Δ 1或lpmi = lpmQ-i Δ l;i = 0，1，2，.·_，Ν〇
[0016] 優(yōu)選的，ai和1_同時(shí)遞增或同時(shí)遞減，g卩：當(dāng)i>j時(shí)，ai>aj且1_>1_，或者ai< ￡lj且 lpmi < lpmj ;i - 1，2，···，N，j - 1，2，···，N〇
[0017] 優(yōu)選的，V型通槽上裝永磁體位置的寬度大于未裝永磁體位置的寬度，即在V型通 槽的直側(cè)臂上設(shè)置臺(tái)階槽結(jié)構(gòu)，通過臺(tái)階槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)永磁體和轉(zhuǎn)子鐵芯的定位;一般設(shè)計(jì)V 型通槽上裝永磁體位置的寬度比未裝永磁體位置的寬度至少大0.5mm。
[0018] 本發(fā)明利用V型通槽的張角變化，能夠使永磁磁場分布更加合理，從而削弱齒槽影 響，降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0019] 有益效果:本發(fā)明提供的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、通 過分段式的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子連續(xù)斜極的效果，能有效地削弱齒槽效應(yīng)，降低齒槽轉(zhuǎn)矩，使得 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩更平穩(wěn);2、本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比轉(zhuǎn)子連續(xù)斜極具有更好的工藝性，易 于實(shí)現(xiàn);3、通過一種軸向?qū)ΨQ的分段式結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)分段斜極產(chǎn)生的軸向不平衡磁拉 力，有效的降低了震動(dòng)和噪音，特別適用于空調(diào)和冰箱等電器中。
【附圖說明】
[0020] 圖1為轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖2為轉(zhuǎn)子的解析結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖中包括:1-V型通槽，2-V型通槽的對稱軸，3-鍵槽結(jié)構(gòu)，4-臺(tái)階槽結(jié)構(gòu)，5-轉(zhuǎn)子鐵 芯，6-中心轉(zhuǎn)軸。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖3所示為本發(fā)明的分段式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括中心轉(zhuǎn)軸6和2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯5(由轉(zhuǎn) 子沖片疊壓而成），每段轉(zhuǎn)子鐵芯5沿圓周方向均均勻設(shè)置有Μ個(gè)對稱結(jié)構(gòu)的V型通槽1，在每 個(gè)V型通槽1的兩個(gè)側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體7,永磁體7的厚度與所置轉(zhuǎn)子鐵芯5的厚 度一致;2Ν+1段轉(zhuǎn)子鐵芯5依次套裝在中心轉(zhuǎn)軸6上形成圓柱形的轉(zhuǎn)子整體;通過鍵槽結(jié)構(gòu)3 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵芯5和中心轉(zhuǎn)軸6的定位，通過臺(tái)階槽結(jié)構(gòu)4實(shí)現(xiàn)永磁體7和轉(zhuǎn)子鐵芯5的定位。 [00 26]為了便于說明，定義一個(gè)xyz三維坐標(biāo)系，中心轉(zhuǎn)軸6的軸線位于y軸上，第Ν個(gè)轉(zhuǎn)子 鐵芯5的中心橫截面位于xz平面上；以y軸為中心，向外均勻輻射Μ個(gè)縱截面，逆時(shí)針方向，Μ 個(gè)縱截面的標(biāo)號(hào)依次為1，2,…，!11，一，-1，，第一個(gè)縱截面位于^平面上；以7軸為中心，定 義一個(gè)半徑為r的圓柱面C，所有永磁體7的縱向中心線均在圓柱面C上;沿中心轉(zhuǎn)軸6的軸 向，2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯5的標(biāo)號(hào)依次為0，1，…，η，…，2N-1，2N，N為正整數(shù)，Μ為大于零的偶數(shù)。
[0027]第Ν個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為1〇,第Ν個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第m 個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為α〇,在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿直 側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為l Pm〇。
[0028]第N+i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為li，第N+i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第 m個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿 直側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為lpmi，i = l，2,…，N。
[0029] 第N-i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為li，第N-i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第 m個(gè)縱截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿 直側(cè)臂的長度方向永磁體的長度為l Pmi，i = l，2,…，N。
[0030] 以第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯為中心，V型通槽的張角從αο開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增， 永磁體的長度從lpmQ開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增;C4的遞變量為Θ或-θ，1_的遞變量為
I Ο A Δ 1或-△ 1;其中，，Z為定子齒數(shù) 般設(shè)計(jì)ai和lpmi同時(shí)遞增 ZN 或同時(shí)遞減。
[0031] 同一個(gè)V型通槽內(nèi)的兩個(gè)永磁體極性相同；同一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上，相鄰兩個(gè)V型通槽 內(nèi)的兩組永磁體極性不相同；對稱軸位于同一個(gè)縱截面上的2N+1個(gè)V型通槽內(nèi)的2N+1組永 磁體極性相同。
[0032] 下面通過一個(gè)實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0033]如圖1、圖2和圖3所示，定子為6槽的轉(zhuǎn)子，2對極，M = 4，共有5段轉(zhuǎn)子鐵芯，N = 2; 設(shè)計(jì)ai和lpmi同時(shí)遞減。中間一段轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度1〇 = 20mm，V型通槽的張角aQ = 140°，永 磁體的長度1 p m 〇 = 1 5 m m ;根據(jù)公式計(jì)算：
5與中間一段轉(zhuǎn)子鐵芯相鄰的兩段轉(zhuǎn)子 鐵芯的厚度li = 1〇_，根據(jù)公式得到αι = 140° -15° = 125°，lPmi = 15_l .6 = 13.4mm;端轉(zhuǎn)子鐵 芯的厚度l2 = 5mm，根據(jù)公式得到α2 = 125° -15° = 110°，lPm2 = 13.4-1.6 = 11 · 8mm;通過鍵槽 結(jié)構(gòu)的重合進(jìn)行定位，將上述各段轉(zhuǎn)子鐵芯疊壓。最終的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括中心轉(zhuǎn)軸(6)和2N+1段轉(zhuǎn) 子鐵芯(5)，每段轉(zhuǎn)子鐵芯(5)沿圓周方向均均勻設(shè)置有M個(gè)對稱結(jié)構(gòu)的V型通槽(1)，在每個(gè) V型通槽(1)的兩個(gè)側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體(7) ;2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯(5)依次套裝在中心 轉(zhuǎn)軸(6)上形成圓柱形的轉(zhuǎn)子整體，通過鍵槽結(jié)構(gòu)(3)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵芯(5)和中心轉(zhuǎn)軸(6)的定 位，沿中心轉(zhuǎn)軸(6)的軸向，2N+1段轉(zhuǎn)子鐵芯(5)的標(biāo)號(hào)依次為0，1，…，η，···，2Ν-1，2Ν，Ν為正 整數(shù)，M為大于零的偶數(shù)； 定義一個(gè)xyz三維坐標(biāo)系，中心轉(zhuǎn)軸(6)的軸線位于y軸上，第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯(5)的中心橫 截面位于XZ平面上；以y軸為中心，向外均勻輻射M個(gè)縱截面，逆時(shí)針方向，M個(gè)縱截面的標(biāo)號(hào) 依次為1，2,…，m，···，M-1，M，第一個(gè)縱截面位于xy平面上；以y軸為中心，定義一個(gè)半徑為r 的圓柱面C，所有永磁體(7)的縱向中心線均在圓柱面C上； 第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為Io，第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第m個(gè)縱截 面上，V型通槽的張角為α〇,在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿直側(cè)臂的 長度方向永磁體的長度為IpmO; 第N+i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為Ii，第N+i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第m個(gè)縱 截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿直側(cè)臂 的長度方向永磁體的長度為l Pmi，i = l，2,…，N; 第N-i個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的厚度為Ii，第N-i轉(zhuǎn)子鐵芯上的第m個(gè)V型通槽的對稱軸位于第m個(gè)縱 截面上，V型通槽的張角為〇1，在V型通槽的兩個(gè)直側(cè)臂內(nèi)分別嵌置有一個(gè)永磁體，沿直側(cè)臂 的長度方向永磁體的長度為l Pmi，i = l，2,…，N; 以第N個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯為中心，V型通槽的張角從α〇開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增，永磁體 的長度從lpmQ開始向兩側(cè)逐漸遞減或逐漸遞增； 同一個(gè)V型通槽內(nèi)的兩個(gè)永磁體極性相同；同一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯上，相鄰兩個(gè)V型通槽內(nèi)的 兩組永磁體極性不相同；對稱軸位于同一個(gè)縱截面上的2N+1個(gè)V型通槽內(nèi)的2N+1組永磁體 極性相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于：定義為定子齒數(shù)，Cii的遞變量為Θ或- θ，α? = α〇 + ?θ或α? = α〇-?θ;定義的遞變量為Δ 1或-Δ l，lpmi = lpmQ+i Δ 1或lpmi = lpmQ-i Δ l;i = 0，I，2，…，N〇3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:〇1和1_同時(shí) 遞增或同時(shí)遞減。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:V型通槽上 裝永磁體(7)位置的寬度大于未裝永磁體(7)位置的寬度，即在V型通槽的直側(cè)臂上設(shè)置臺(tái) 階槽結(jié)構(gòu)(4)，通過臺(tái)階槽結(jié)構(gòu)(4)實(shí)現(xiàn)永磁體(7)和轉(zhuǎn)子鐵芯(5)的定位。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:V型通槽上 裝永磁體(7)位置的寬度比未裝永磁體(7)位置的寬度至少大0.5_。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK105932846SQ201610223714
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】林明耀, 孔永
【申請人】東南大學(xué)