一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上通過(guò)定子外側(cè)向定子極方向縮短永磁體長(zhǎng)度，并在定子軛部永磁體縮短處加入鐵芯橋，優(yōu)化并確定最優(yōu)的永磁體長(zhǎng)度，來(lái)有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，以犧牲小部分的輸出轉(zhuǎn)矩為代價(jià)，實(shí)現(xiàn)大幅減小齒槽轉(zhuǎn)矩，并減少了永磁體的用量，節(jié)省了電機(jī)的成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及永磁電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)(Flux-SwitchingPermanent Magnet Machine，F(xiàn)SPM)是一種新型雙凸極永磁電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)類(lèi)似，都擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)繞組的轉(zhuǎn)子;在定子方面，開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)在每個(gè)定子極中間嵌入了永磁體，形成了 “U”形硅鋼片與永磁體的“三明治”結(jié)構(gòu)。兩兩相鄰的永磁體充磁方向相反，且均為橫向充磁，以此達(dá)到磁通切換的目的。開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)有著比開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)更高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度，較高的效率以及良好的弱磁能力。
[0003]由于擁有雙凸極結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)有著不小的齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在雖然不影響平均的輸出轉(zhuǎn)矩，但是卻在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)以及噪音方面給電機(jī)帶來(lái)了不利影響，尤其在低負(fù)載和低速的情況下影響更大。開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩由永磁體和電樞鐵芯齒槽間的相互作用產(chǎn)生，過(guò)程如下:在電機(jī)繞組未饋入電流的情況下，根據(jù)主磁通總是通過(guò)最小磁阻原理，轉(zhuǎn)子總是趨向于穩(wěn)定在某一平衡位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子偏離平衡位置，但是此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)力想要把轉(zhuǎn)子拉回平衡位置，這個(gè)力就是齒槽轉(zhuǎn)矩引起的。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡位置時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子偏離平衡位置越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩就越大。由于開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，齒槽轉(zhuǎn)矩一直處于周期性的變化之中，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲和振動(dòng)。
[0004]目前減小齒槽轉(zhuǎn)矩主要有控制策略的優(yōu)化和電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化兩種?？刂撇呗缘膬?yōu)化能夠取得較好的效果，但是卻不能適用于所有的電機(jī)運(yùn)行狀況和控制策略。電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化能夠一勞永逸的解決齒槽轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題，不管電機(jī)運(yùn)行在什么情況下。較常用的電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法有轉(zhuǎn)子斜極、轉(zhuǎn)子空槽、轉(zhuǎn)子大小齒配合和轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)組合優(yōu)化等。
[0005]開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的定子鐵芯呈圓周式分散排列，并在兩個(gè)定子鐵芯之間嵌入永磁體，大大增加了電機(jī)裝配的難度，對(duì)生產(chǎn)精度也提出了更高的要求。為了解決這一問(wèn)題，在定子鐵芯軛部加入鐵芯橋，將定子連接成一個(gè)整體，降低了裝配難度，也利于電機(jī)的批量生產(chǎn)，因此對(duì)于這種含鐵芯橋的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的研究分析十分具有實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)定子外側(cè)向定子極方向縮短永磁體長(zhǎng)度，并在定子軛部永磁體縮短處加入鐵芯橋，優(yōu)化并確定最優(yōu)的永磁體長(zhǎng)度，來(lái)有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，以犧牲小部分的輸出轉(zhuǎn)矩為代價(jià)，實(shí)現(xiàn)大幅減小齒槽轉(zhuǎn)矩，并減少了永磁體的用量，節(jié)省了電機(jī)的成本。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明公開(kāi)了一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)子、定子、永磁體和繞組，所述的定子為12極凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子為10極凸極結(jié)構(gòu)，定子齒內(nèi)嵌有永磁體，定子槽內(nèi)分布有集中繞組，共有三相，同相繞組串聯(lián)，所述的永磁體的長(zhǎng)度小于定子極總高，所述定子的軛部置有鐵芯橋。
[0009]優(yōu)選的，所述的鐵芯橋放置于定子軛部，并始終保持與永磁體緊靠。
[0010]優(yōu)選的，所述的所有鐵芯橋的厚度相等。
[0011]優(yōu)選的，所述的定子極總高定義為定子外徑與定子內(nèi)徑之差的一半。
[0012]優(yōu)選的，所述的永磁體的長(zhǎng)度不小于定子極總高的85%，鐵芯橋的厚度為定子軛高的一半。
[0013]有益效果:本發(fā)明在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)定子外側(cè)向定子極方向縮短永磁體長(zhǎng)度，并在定子軛部永磁體縮短處加入鐵芯橋，優(yōu)化并確定最優(yōu)的永磁體長(zhǎng)度，來(lái)有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩。具體的，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)在定子軛部加入鐵芯橋，能夠使定子鐵芯連接成一個(gè)整體，從而大大降低了電機(jī)的制造和裝配難度，使本發(fā)明更具實(shí)際意義。
[0015](2)縮短永磁體長(zhǎng)度不僅能夠減小齒槽轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也減少了永磁體的用量，降低了電機(jī)的成本。
[0016](3)該結(jié)構(gòu)能夠使電機(jī)在損失小部分輸出轉(zhuǎn)矩的前提下，大幅減小電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0017](4)
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的剖面圖。
[0019]圖2為本發(fā)明定子帶鐵芯橋的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的剖面圖。
[0020]圖3為本發(fā)明提出的縮短永磁體長(zhǎng)度的電機(jī)剖面圖。
[0021]圖4為本發(fā)明電機(jī)在不同永磁體長(zhǎng)度下隨轉(zhuǎn)子位置變化的齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0022]圖5為本發(fā)明電機(jī)在不同永磁體長(zhǎng)度下的齒槽轉(zhuǎn)矩峰值和平均輸出轉(zhuǎn)矩。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，傳統(tǒng)的三相12/10極開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)，其定子I為12極凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子2為1極凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒內(nèi)嵌入了橫向充磁的永磁體3，且相鄰永磁體的充磁方向相反。在定子槽內(nèi)分布有集中繞組4，共有三相，同相繞組串聯(lián)。
[0025]如圖2所示，本發(fā)明在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，從定子外側(cè)向定子極方向縮短永磁體長(zhǎng)度，并在定子軛部永磁體縮短處加入了鐵芯橋5，并使鐵芯橋5始終保持與永磁體緊靠，所有永磁體縮短處設(shè)置的鐵芯橋的厚度相等。以傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的永磁體長(zhǎng)度為20mm為例，鐵芯橋的厚度可選取為1mm。鐵芯橋的加入能夠?qū)⒍ㄗ舆B接成一個(gè)整體，從而大大降低了電機(jī)的裝配難度，利于電機(jī)的生產(chǎn)制造。
[0026]如圖3所示，在圖2所示的基礎(chǔ)上，繼續(xù)將永磁體沿定子外側(cè)向定子極方向縮短長(zhǎng)度6，在此過(guò)程中鐵芯橋始終與永磁體保持緊靠7。為得到最優(yōu)的永磁體長(zhǎng)度，共選取了15mm、16mm、17mm、18mm和19mm共五種長(zhǎng)度，并以傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)為對(duì)照，即永磁體長(zhǎng)度為20mm，進(jìn)行分析研究。
[0027]如圖4所示，電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)子位置的變化呈周期性變化，并隨永磁體長(zhǎng)度的減小而減小。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的永磁體長(zhǎng)度為20mm，其齒槽轉(zhuǎn)矩最大，當(dāng)永磁體長(zhǎng)度變?yōu)?9_，并加入鐵芯橋之后，其齒槽轉(zhuǎn)矩峰值下降了約25%。當(dāng)永磁體的長(zhǎng)度繼續(xù)從19mm減小到15mm時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩峰值大約減小到傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的一半。
[0028]如圖5所示，電機(jī)的平均輸出轉(zhuǎn)矩也隨著永磁體長(zhǎng)度的減小而減小，但是其減小幅度小于齒槽轉(zhuǎn)矩。以傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)，即永磁體長(zhǎng)度為20mm作為參照，當(dāng)永磁體長(zhǎng)度變?yōu)?9mm，并加入鐵芯橋之后，平均輸出轉(zhuǎn)矩減小了2%，而齒槽轉(zhuǎn)矩峰值減小了25%，同時(shí)永磁體的用量也減小了 5 %。繼續(xù)減小永磁體長(zhǎng)度，選取長(zhǎng)度為17mm，其平均輸出轉(zhuǎn)矩約減小了 10%，而齒槽轉(zhuǎn)矩峰值減小了約45%，同時(shí)永磁體的用量也減小了 15%。
[0029]由此可見(jiàn)，本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)能夠有效的減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，并且能減小永磁體的用量，節(jié)省電機(jī)的成本。當(dāng)對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩要求非常高時(shí)，永磁體長(zhǎng)度選取為19_是最優(yōu)的，因?yàn)槠湟詢(xún)H2 %的輸出轉(zhuǎn)矩的損失而換取25 %的齒槽轉(zhuǎn)矩的降低。當(dāng)對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩要求不高時(shí)，永磁體長(zhǎng)度可選取為17mm，其能夠大幅減小45%的齒槽轉(zhuǎn)矩，減小15 %的永磁體用量，而損失1 %的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，其特征在于包括轉(zhuǎn)子、定子、永磁體和繞組，所述的定子為12極凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子為10極凸極結(jié)構(gòu)，定子齒內(nèi)嵌有永磁體，定子槽內(nèi)分布有集中繞組，共有三相，同相繞組串聯(lián)，所述的永磁體的長(zhǎng)度小于定子極總高，所述定子的軛部置有鐵芯橋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鐵芯橋放置于定子軛部，并始終保持與永磁體緊靠。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的所有鐵芯橋的厚度相等。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的定子極總高定義為定子外徑與定子內(nèi)徑之差的一半。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述一種減小開(kāi)關(guān)磁通永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的永磁體的長(zhǎng)度不小于定子極總高的85%，鐵芯橋的厚度為定子軛高的一半。
【文檔編號(hào)】H02K29/03GK106026598SQ201610311713
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】沈夢(mèng)杰, 吳建華, 甘醇, 孫慶國(guó), 王寧
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)