CN101771299B - 一种转子导体非均匀分布的永磁同步电机的转子结构 - Google Patents

Abstract

一种转子导体非均匀分布的永磁同步电机的转子结构，包括转子铁心、转子线槽、转子绕组、隔磁磁桥、稀土永磁体、永磁体槽、转轴。其中电机的转子线槽设计为非均匀分布的结构，转子绕组放置于转子线槽之中，转子绕组为铸铝导体，两端利用端环相连接，永磁体采用内埋式结构，永磁体槽位于转子铁心中，稀土永磁体放置于槽中。由转子线槽采用非均匀分布，改善了电机气隙磁通密度分布，提高了气隙磁场基波含量，减少了气隙磁场高次谐波含量，减少了机电能量转换过程中的损失，可延长电机的使用寿命，减少检修与维护的次数，有利于永磁同步电机的运行。其结构简单，使用方便，可靠性高。

Description

一种转子导体非均匀分布的永磁同步电机的转子结构

技术领域

本发明涉及一种电机转子结构，尤其是一种转子导体非均匀分布永磁同步电机的转子结构。 

背景技术

国民经济的发展、科学技术的进步和人民生活水平的提高，都对电机的性能提出了新的更高的要求，而高性能的稀土永磁材料的问世和不断完善为永磁电机的设计和制造提供了极大的便利。永磁电机结构简单，运行可靠，体积小，质量轻，损耗小，效率高，在工农业生产、航天航空、国防和日常生活中必将得到广泛的应用。由于在永磁电机中进行机电能量转换的气隙磁场是由永磁体产生的，该气隙磁场的空间分布将对电机的转矩、高次谐波、震动与发热产生决定性的影响，而目前使用的永磁电机存在气隙磁场基波含量低、高次谐波含量高的问题，对气隙磁场的改进在一般情况下需要对电机转子内的永磁体结构进行改进，这将给电机转子的制造带来一定的困难，异形永磁体不仅难以制造，永磁体本身的性能也将受到影响。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种具有紧凑结构，能够提高气隙磁场基波含量、降低高次谐波含量的转子导体非均匀分布的永磁同步电机转子结构。 

技术方案：本发明转子导体非均匀分布永磁同步电机的转子结构，包括由转轴，设在转轴上的转子铁心，围绕转子铁心外径上开设的4×n×p个转子线槽，转子线槽中的转子绕组，设在转子铁心上的永磁体槽和设在永磁体槽中的永磁体构成的电机转子，所述电机转子的磁极数目为2×p个，围绕转子铁心外径上开设的多个转子线槽按电机转子的磁极数目划分为2×p组，所述每组转子线槽分别位于一个转子磁极所占的转子铁心中，所述的每组转子线槽与相邻的线槽间隔的夹角从小到大，再从大到小，近似正弦规律分布；按转子磁极的两个边界线进行划分，两个边界线是正交轴线和负交轴线，通过电机转子直轴线将每组转子线槽分为对称的两个部分，在 转子直轴线与正交轴线内的转子线槽与该正交轴线形成夹角，以该正交轴线为起点，对该部分中的转子线槽进行编号，由i表示，其中i为正整数，1≤i≤n，第i个转子线槽与该正交轴线所形成的夹角由公式： 

${\mathrm{\θ}}_i=\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\θ}}_o\×t_i}{2\×(\underset{a=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_a+1)}$ 确定， 

式中：θ₀为一个转子磁极所占空间的机械角度； 

t_i为每组转子线槽中的第i个转子线槽所占空间机械角度的比例因子。 

有益效果：由于本发明将转子线槽非均匀分布，其转子气隙磁密波形图如附图5所示，电机气隙磁场磁通密度的分布接近正弦形波，所得到的转子气隙磁密谐波含量如附图7所示，基次谐波增高，高次谐波降低。而已有技术转子线槽均匀分布的转子气隙磁密波形如附图4所示，电机气隙磁场的磁通密度分布接近方波，所得到的转子气隙磁密谐波含量如附图6所示，基次谐波较低，高次谐波较高。图4与图5中的横坐标为气隙空间位置，纵坐标为气隙磁密值；图6与图7的横坐标为谐波次数，纵坐标为谐波含量。由于本发明中的气隙磁场基波含量有了明显的提高，增加了电机的过载能力，提高了电机的效率；对电机运行不利的高次谐波得到了抑制，不但减轻了电机的转矩脉动与发热，而且减少了机电能量转换过程中的损失，大大延长了电机的使用寿命，减少了检修与维护的次数，有利于永磁同步电机的运行。另外永磁体采用便于保护永磁体的内埋式结构，并采用稀土永磁体制造，稀土永磁体的稳定性好、矫顽力高、磁能积大。其结构简单，可靠性高，永磁体和转子铁心易于加工，在本技术领域内具有广泛的实用性。 

附图说明

图1是本发明非均匀分布永磁同步电机的转子实例一结构图； 

图2是本发明非均匀分布永磁同步电机的转子实例二结构图； 

图3是本发明非均匀分布永磁同步电机的转子实例三结构图； 

图4是已有技术转子线槽均匀分布的转子气隙磁密波形； 

图5是本发明正弦规律分布的转子气隙磁密波形； 

图6是已有技术转子线槽均匀分布的转子气隙磁密谐波含量图； 

图7是本发明转子线槽按照正弦规律分布的转子气隙磁密谐波含量图。 

 图中：转子铁心-1，转子线槽-2，转子绕组-3，永磁体槽-4，永磁体-5，转轴-6，隔磁磁桥-7，第一转子线槽-2-1，第二转子线槽-2-2，第三转子线槽 -2-3，第四转子线槽-2-4，电机转子正交轴线-a，电机转子直轴线-b，电机转子负交轴线-c。 

具体实施方式

下面结合附中对本发明的实施例作进一步的描述： 

实施例一、图1所示，电机转子为切向与径向混合的W形结构。它包括由转轴6，设在转轴6上的转子铁心1，围绕转子铁心1外径上开设的4×n×p个转子线槽2，转子线槽2中的转子绕组3，设在转子铁心1上的永磁体槽4和设在永磁体槽4中的永磁体5构成的电机转子；其中：转子绕组3为铸铝导体，转子线槽2的数量为32个，电机的磁极对数为2个，转子磁极数目为4个，每个转子磁极铁心中转子线槽2的个数为8个；每个转子磁极中的永磁体槽4由四个矩形依次连接成W型，分别设在该磁极的铁心中，并与转子线槽2相配合形成起到隔磁的作用的隔磁磁桥7。永磁体槽4位于转子铁心1的内部，共有四组W型永磁体槽4，永磁体5采用稀土永磁体，矩形结构，共有16块，放置于四组W型永磁体槽中。转子铁心1采用厚度为0.8～1.75mm的硅钢片叠成，转子绕组3采用铸铝型转子导体，两端利用端环相连接。位于转子磁极中心的轴对称线为电机转子直轴线b，转子磁极的两个边界线分别为电机转子正交轴线a和电机转子负交轴线c(正交轴线a为转子直轴线b逆时针方向，转子负交轴线c为转子直轴线b顺时针方向)。电机转子的磁极数目为2×p个，围绕转子铁心1外径上开设的多个转子线槽2按电机转子的磁极数目划分为2×p组，每组转子线槽分别位于一个转子磁极所占的转子铁心中，通过转子直轴线b将每组转子线槽分为对称的两部分，每组转子线槽中的转子线槽2非均匀分布，转子线槽2之间的夹角从小到大，再从大到小按正弦规律分布。 

由于转子线槽2之间的间距近似为正弦分布，由磁路欧姆定律可知，转子磁场在空间分布接近于正弦波分布，如图5所示。在每极总磁通一定的情况下，波形分布越接近正弦波，其基波的含量越高，其高次谐波的含量会越小，图7所示。 

不同的电机，电机转子的槽数不同，电机的磁极对数和转子线槽数也不同，每个磁极中转子线槽的个数为2×n个，则电机转子的槽数为2×p×2×n个，按转子磁极的两个边界线即电机转子正负交轴线a、c进行划分；通过电机转子直轴线b将每组转子线槽分为对称的两部分。每组转子线槽的位置夹角确定步骤如下： 

1.首先确定一个转子磁极铁心中转子线槽2所占空间机械角度 

θ₀＝360°/2p            (1) 

2.计算磁极铁心内转子直轴线b与该磁极边界上的电机转子正交轴线a内的转子线槽2与该交轴线所形成的夹角，以该交轴线为起点，对该部分转子线槽2进行编号，依次为1、2、3、...i、...n，则其中第i个转子线槽所占空间机械角度的比例因子为： 

3.最后确定第i个转子线槽与该交轴线所形成的夹角： 

${\mathrm{\θ}}_i=\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\θ}}_o\×t_i}{2\×(\underset{a=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_a+1)}---\left(3\right)$

由电机转子正交轴线a和电机转子负交轴线c所确定的转子磁极铁心中的转子线槽2与转子直轴线b对称，故可以确定该转子磁极铁心中的所有转子线槽2的位置。 

由于电机转子结构的对称性，确定一个转子磁极铁心中的转子线槽2的分布即可确定整个转子上转子线槽2的位置。 

以附图中所示的n＝32个电机转子线槽冲片为例，依据上述公式(1)，(2)，(3)可计算出：第一转子线槽-2-1与电机转子正交轴线a之间的角度之差为3°，第二转子线槽-2-2与电机转子正交轴线a之间的角度之差为10°，第三转子线槽-2-3与电机转子正交轴线a之间的角度之差为20°，第四转子线槽-2-4与电机转子正交轴线a之间的角度之差为32°。 

实施例二、图2所示，电机转子为切向结构。其中四个永磁体槽4径向排列于转子铁心1中，永磁体槽4靠近转轴6处的结构为圆弧形，与转轴6的形状相对应，形成起到隔磁的作用的隔磁磁桥7。永磁体5为稀土永磁体，矩形结构，共有4块，放置于四个永磁体槽4中，所产生的磁力线方向为切向。其它与实施例1相同，相同部份略。 

实施例三、图3所示，电机转子为径向结构。其中四个永磁体槽4切向排列于转子铁心1中，靠近转子线槽2的部分与转子线槽的槽形相配合，形成起隔磁的作用的隔磁磁桥7，永磁体5为稀土永磁体，矩形结构，共有4块，放置于四个永磁体槽4中，所产生的磁力线方向为径向。其它与实施例1相同，相同部份略。 

Claims (1)

1.一种转子导体非均匀分布的永磁同步电机的转子结构，包括由转轴(6)、设在转轴(6)上的转子铁心(1)、围绕转子铁心(1)外径上开设的4×n×p个转子线槽(2)、转子线槽(2)中的转子绕组(3)、设在转子铁心(1)上的永磁体槽(4)和设在永磁体槽(4)中的永磁体(5)构成的电机转子，电机转子的磁极数目为2×p个，围绕转子铁心(1)外径上开设的多个转子线槽(2)按电机转子的磁极数目划分为2×p组，每组转子线槽分别位于一个转子磁极所占的转子铁心中，其特征在于：所述的每组转子线槽中的转子线槽(2)非均匀分布，转子线槽(2)之间的夹角从小到大，再从大到小，近似正弦规律分布；按转子磁极的两个边界线进行划分，两个边界线是正交轴线和负交轴线，通过电机转子直轴线将每组转子线槽分为对称的两个部分，在转子直轴线与正交轴线内的转子线槽与该正交轴线形成夹角，以该正交轴线为起点，对该部分中的转子线槽进行编号，由i表示，其中i为正整数，1≤i≤n，第i个转子线槽与该正交轴线所形成的夹角由公式：

${\mathrm{\θ}}_i=\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\θ}}_o\×t_i}{2\×(\underset{a=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_a+1)}$ 确定，

式中：θ₀为一个转子磁极所占空间的机械角度；

t_i为每组转子线槽中的第i个转子线槽所占空间机械角度的比例因子。

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