CN102810966A

CN102810966A - 高速转子内置斜磁极变频永磁直流电机

Info

Publication number: CN102810966A
Application number: CN2012102510758A
Authority: CN
Inventors: 刘胜恒
Original assignee: CHUNCHENG HOLDING GROUP Co Ltd
Current assignee: Anhui East Amperex Technology Limited
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2012-12-05

Abstract

高速转子斜磁极内置变频永磁直流电机，包括电机壳体、定子矽钢冲片、多股线圈绕组和磁钢永磁体，电机转子铁心的矽钢冲片齿槽矽钢冲片中置有永磁体内室，转子磁体内室磁极为斜极、转轴与转子磁体内室磁极为斜磁极、转子磁极偏移。因电机铁心的齿槽定子与转子永磁体相互作用而产生的磁阻转矩，采用分数槽绕组技术。有效降低齿槽转矩、降低起动电流电机振动和噪声。

Description

高速转子内置斜磁极变频永磁直流电机

技术领域

本发明涉及变频永磁直流电机，特别涉及一种变频直流电机的磁极。

技术背景

当今世界各国都在研究各种各式的永磁变频直流电机，其结构多种置式，但在“永磁直流变频电机”生产技术方面存在着齿槽转矩即磁阻转矩，只有当磁阻转矩小于1时，即能达到电机便于起动、节能环保、振动小、噪声小，在目前的电机中，由于控制信号，传感失真。

转子铁心矽钢冲片在生产制造中的成本高；电机功率比过低，电机损耗大，起动电流大，噪声大，振动大，电池行驶距离短等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高速转子斜磁极变频永磁直流电机。解决了高端电动汽车主要动力电机，起动电流大，电机振动和噪声的难题。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

高速转子斜磁极变频永磁直流电机，包括电机壳体、定子矽钢冲片、多股线圈绕组和磁钢永磁体，电机转子铁心的矽钢冲片齿槽矽钢冲片中置有永磁体内室，转子磁体内室磁极为斜极、转轴与转子磁体内室磁极为斜磁极、转子磁极偏移。

转子为分数槽绕组，转子矽钢冲片叠压铸铝而成的定子总成斜槽，磁极为瓦形永磁体斜磁极置于磁极永磁体内室，转子总成斜槽中置有多组磁极瓦形永磁体。

转子上设有转子位置传感器。

本发明的有益效果：因电机铁心的齿槽定子与转子永磁体相互作用而产生的磁阻转矩，采用分数槽绕组技术。有效降低齿槽转矩、降低起动电流电机振动和噪声。本发明提高永磁变频直流电机的高可靠性和便易于控制，是高端电动汽车主要动力电机。转子位置传感技术等，构成高速转子斜磁极变频永磁直流电机。因电机铁心的齿槽定子与转子永磁体相互作用而产生的磁阻转矩。

附图说明

图1、本发明转子的结构示意图；

图2、本发明定子的结构示意图。

具体实施方式

转子斜磁极为分段式斜磁极，磁极错位偏移，降低基波槽转矩；分数槽绕组高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机，该直流变频电动机转子为分数槽绕组，转子矽钢冲片1叠压铸铝而成定子总成为斜槽12，磁钢11为斜磁极，磁极为瓦形永磁体斜磁极置于磁极永磁体内室，转子总成斜槽中置有多组磁极瓦形永磁体，转子矽钢冲片叠压铸铝而成的转子总成，转子矽钢冲片1位于定子矽钢片2内。

转子绕组为分数槽绕组，所谓分数槽绕组，是指每极每相槽数为一个分数，一般表达式为q＝b+《c/d》，式中b为公式q＝z/2pm得到的整数；c/d是不能再约的分数，c代表整除后的剩余的槽数，d则代表要分析的单元电机中磁极数目。分数槽可以用内磁转子和外磁转子，它可以多磁极，低转速，大转矩的直流变频电动机转子。

所述的高速转子斜磁极变频永磁直流电机定子总成为斜槽，定子矽钢冲片叠压而成定子总成为斜槽，斜槽内置有多股线圈绕组，多股线圈绕组和转子矽钢冲片叠压而成转子磁极永磁体为斜磁极，构成电机核心部件。

高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机磁极为斜磁极，置于磁极永磁体内室，转子总成斜槽中置有多组磁极永磁体内室，转子矽钢冲片总成内室中置有多组N片磁钢瓦形永磁体，组成永磁直流电动机转子总成。

高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机磁极永磁体为分段式错位，斜磁极为分段式错位，转子磁极分段式错位，分段数NS＝3，每段错移角θ_SS表示为θ_SS＝θ_SK/N_S＝〖360〗度/(N_CN_S)。转子磁极永磁体为分段式错位结构磁极偏移。

所述的高速转子斜磁极斜磁方法，偏移角θ_shj分别为θ_shj＝(〖360〗^0(j-1))/(2_pN_c)j＝1，2…，2_p所用的是电机磁极偏移技术。

高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机，磁极为瓦形磁钢永磁体，转子斜磁极分段式方式，置于转子矽钢冲片叠压而成铁心中，矽钢片铁芯的两端有端板铸成铝成扇形起固定定子铁芯瓦形磁钢永磁体和降低温度的做用磁钢。

在制造中提出转子位置传感技术，磁盘传感系统，是解决霍尔传感信号造成电机电子交换向信号失真的问题。采用磁盘传感系统，在制造和维护过程中要调整传感系统时，调整方便，维护过程方便。

技术方案A：高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机定子斜槽、转子斜磁极，转子斜磁极或转子磁极分段错位方法。转子每一转出现的齿槽转矩基波周期数等于定子槽数Z和极数2p的最小公倍数NC，即一个齿槽转矩基波周期对应的机械角θ1为＝360度/N_C。因此，如果定子铁心斜槽角或转子磁极斜极角θSK和它相等，即可消除齿槽转矩的基波：λSK＝360度/N_C。对于整数槽电机，NC＝Z，斜槽角θSK，θSK＝360度/Z。但要指出的是，它同时会使反电动势和输出电磁转矩有所下降。定子斜槽还使绕组嵌绕难度增加。而且，定子斜槽或转子斜极在电机绕组通电时，会产生附加的轴向力。轴向力大小与斜槽角度有关。为了制造工艺上容易实施，采用转子磁极分段错位方法近似斜极的效果，分段数NS＝3，错移角度θ_SS，θ_SS＝θ_SK/N_S＝360度/(N_C N_S)。转子磁极不同的分段数NS对降低齿槽转矩的效果，随着分段数NS增加，齿槽转矩的幅值逐步降低，而且当分段数NS分另为2，3，4时，剩余的齿槽转矩变化次数增加，主要是2，3，4次谐波。转子磁极分4段时降低齿槽转矩的效果已经很好，分段数为5时，齿槽转矩已经完全可以忽略了。分数槽情况，如果分数槽集中绕组的每想每级槽数q表示为q＝c/d，则Z和2p的最小公倍数Nc＝dZ。斜槽角θ_SK与q值关系的一般表达式为θSK＝360度/dZ。对于分数槽电机，采用定子斜槽或转子斜极方法降低齿槽转矩时，定子斜槽角或转子斜极角小于一个定子槽距角，比整数槽电机小了许多，它们和q值有关，只需一个定子槽距角的1/d即可。从斜槽工艺角度看，分数槽也是较好的选择。

技术方案B：高速转子斜磁极、磁极分段式错位变频永磁直流电机采用偏移方法。根据方案1所述，沿着轴向分段磁极错位的思路，为了削弱齿槽转矩，对于表面粘贴磁片多极电机，将2p个磁极片从原来均匀位置改成沿圆周方向偏移，它们的偏移角θ_shj分别为θ_shj＝(360度(j-1))/(2_p N_c)j＝1，2…，2_p这样做，相当于在一个基波齿槽转矩周期内有分段磁极2p段，这样，除了2p次及其倍数次谐波外，其他齿槽转矩都得到削弱。由于谐波次数超高幅值越小，所以总齿槽转矩得到削弱。在布置2p个磁极时，不必一定按j的自然数顺序，可以灵活安排：一方面顾及空间位置可能性，另外是考虑磁极偏移可能引起转子的不平衡问题。这个方法对于嵌入式转子也是可行的。

技术方案C：结合图1、所示，本实施例的高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机电机采用分数槽绕组，有相同槽数Z的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，基波槽转矩周期数增大d倍，有相同极数的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，齿槽转矩的评价因子CT降低了d倍，这个分析清楚说明采用分数槽绕组电机有利于降低齿槽转矩。转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机包括：电机壳体内设有定子硅钢片，和直流电机转子硅钢片，定子铁芯上设有绕组线圈，转子转轴，上设有圆盘状钢片多层叠成的磁芯，磁芯外转子固定有转子轴瓦形磁钢片，电机设有包括等磁极传感器磁钢和两组六个霍尔元件的位置传感元件。传感器磁钢设于磁钢座中，等磁极传感器磁钢座固定在直流电机转子转轴上，等磁极传感器磁钢和六个霍尔元件设于驱动电机电路板霍尔盘构成的腔体中。

等磁极传感器技术；等磁极传感器磁钢是由多片分立式磁极拼接而成的磁环。

所述的高速转子斜磁极，磁极分段式错位变频永磁直流电机，电机采用分数槽绕组，有相同槽数Z的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，基波槽转矩周期数增大d倍，有相同极数的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，齿槽转矩的评价因子CT降低了d倍，这个分析清楚说明采用分数槽绕组电机有利于降低齿槽基波转矩。该专利分数槽绕组技术和转子磁极斜极、转子磁极分段式错位技术解决电机转子基波槽转矩，用定子铁心斜极槽角或转子磁极斜角技术；转子磁极分段错位和斜磁技术；磁极偏移技术，转子矽钢冲片，齿冠开辅助凹槽技术，转子磁极斜极、转子磁极分段式错位。驱动传感由电路板霍尔传感噐和等磁极传感器组成，永磁变频直流电机转子铁心总成。定子矽钢冲片斜槽内置有多股线圈绕组，组成永磁变频直流电机定子铁心总成。

该专利在技术方面提出了如下解决基波槽转矩和转矩磁阻的有效技术，本专利采用分数槽绕组和多相绕组技术；定子斜槽、转子斜极或转子磁极分段错位技术；磁极偏移技术；定子铁心硅钢片，齿冠开辅助凹槽技术，转子位置传感技术等，综合以上技术，降低齿槽转矩，使电机功率提高，电机工作稳定运行。

转子的瓦形磁极技术；转子的瓦形磁钢片的磁极是由S极和N极的瓦形磁钢片拼成，磁极两端及相邻的两磁瓦之间拼制成直流电机的转子总成，硅钢片铁芯的两端是有固定的铝片盘固定定子铁芯，圆盘磁钢中设有开孔，铸铝连接将圆盘状钢片固定在一起。铸铝连接架外端设有扇叶和平衡柱。图中所示。

本实施例电机的电磁设计方面采用A，B，C，三种技术，气隙结构设计，有效降低和削弱了电枢电流对磁钢的磁阻转矩，有效防止了高峰值电流下永磁体的失磁或局部退磁，提高了电机的可靠性和寿命。

由于磁钢座固定于电机端盖内外端的电机转轴上，其受外界干扰小，使电机电子换向信号不受转子加工精度、电枢电流的干扰。位置传感元件只受外界环境温度的影响，使电机工作更稳定，可靠性更高。采用多片分立式磁极拼接而成等磁极传感器磁钢拼接后各磁场分界线清晰、均匀，精度高，使得电机换向工作更可靠。

由于转子瓦形磁钢片的磁极由S极和N极的磁钢拼成，与采用整体磁极相比，可降低涡流和杂散损耗，提高了电机的效率，解决转子磁极瓦形永磁体因过热而导致退磁问题，并可提高磁极瓦形永磁体的机械强度，延长电机使用寿命。固定圈可防止因粘结剂老化造成磁极瓦形永磁体掉落，使磁瓦固定可靠的。电机矽钢冲片铁芯的两端设有固定端板保护了瓦形磁极形永磁体，可使转子散热更理想。

Claims

1.高速转子内置斜磁极变频永磁直流电机，包括电机壳体、定子矽钢冲片、多股线圈绕组和磁钢永磁体，电机转子铁心的矽钢冲片齿槽矽钢冲片中置有永磁体内室，其特征在于，转子磁体内室磁极为斜极、转轴与转子磁体内室磁极为斜磁极、转子磁极偏移。

2.如权利要求1所述的高速转子斜磁极变频永磁直流电机，其特征在于，转子为分数槽绕组，转子矽钢冲片叠压铸铝而成的定子总成斜槽，磁极为瓦形永磁体斜磁极置于磁极永磁体内室，转子总成斜槽中置有多组磁极瓦形永磁体。

3.如权利要求2所述的高速转子斜磁极变频永磁直流电机，其特征在于，转子上设有转子位置传感器。