CN105429412A - 表贴式内转子永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种表贴式内转子永磁同步电机，包括转子铁芯(202)及定子铁芯(101)，还包括多个均匀设置于所述转子铁芯(202)的外周壁的磁钢(201)；所述磁钢(201)具有朝向所述转子铁芯(202)相对于所述定子铁芯(101)运转方向的磁钢前部(2011)及背向所述转子铁芯(202)相对于所述定子铁芯(101)运转方向的磁钢后部(2012)；所述磁钢前部(2011)的厚度小于所述磁钢后部(2012)的厚度。本发明提供的表贴式内转子永磁同步电机，使空载磁密波形与电枢反应畸变波形叠加后形成的合成磁密波形的正弦度得到优化，进而达到了优化电机性能及减弱磁场谐波成分的作用。

Description

表贴式内转子永磁同步电机
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，特别涉及一种表贴式内转子永磁同步电机。
背景技术
目前，表贴式内转子永磁同步电机的类型主要有两种。
一种采用表贴式磁钢，表贴式磁钢为对称的瓦片式结构。其中，磁钢的内外表面均为圆弧，内表面的圆弧半径大于外表面的圆弧半径，以形成中间厚两端渐薄的截面形状。该种电机仅能保证空载状态下磁场正弦度，但在电机运行时由于电枢反应会造成非对称的磁场畸变，合成磁密波形的正弦度无法优化，进而使得电机性能无法优化。另一种表贴式磁钢，磁钢不均匀的粘贴在转子冲片的表面，进而达到磁极偏移的结构来达到削弱自定位力矩的目的。其仅能降低电机定位转矩引起的转矩纹波，不能削弱由磁场谐波引起的原理性波动与其他不良影响，无法保证气隙磁场正弦度。
如图1和图2所示，以第一种为例，表贴式内转子永磁同步电机包括转子铁芯202、定子铁芯101及磁钢201，磁钢201为中心对称结构。内表面的圆弧半径R1大于外表面的圆弧半径R2。如图3-图6所示，空载磁密波形正弦分布，电枢反应畸变波形以一定结构分布，合成磁密波形产生偏差。
因此，如何优化电机性能，减弱磁场谐波成分，是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种表贴式内转子永磁同步电机，以优化电机性能，减弱磁场谐波成分。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种表贴式内转子永磁同步电机，包括转子铁芯及定子铁芯，还包括多个均匀设置于所述转子铁芯的外周壁的磁钢；
所述磁钢具有朝向所述转子铁芯相对于所述定子铁芯运转方向的磁钢前部及背向所述转子铁芯相对于所述定子铁芯运转方向的磁钢后部；
所述磁钢前部的厚度小于所述磁钢后部的厚度。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述磁钢的内表面及外表面均为弧面；
所述内表面的圆心O位于所述磁钢的中心线上，所述外表面的圆心O＇与所述磁钢的中心线之间具有横向偏移距离为X。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述磁钢中的最大厚度tmax位于所述磁钢后部，其中，0.15tmax≤X≤0.4tmax。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述最大厚度tmax相对于所述磁钢的中心线的偏移角度为α，所述磁钢的跨距为θ，其中0.05θ≤α≤0.2θ。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述外表面的边缘处具有倒角，所述倒角的半径为R；
所述磁钢中的最小厚度tmin位于所述磁钢前部，其中，R≤0.5tmin。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述磁钢的内表面与所述转子铁芯的外表面相贴合。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述转子铁芯的外表面与所述磁钢的内表面之间具有凹凸配合结构。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述凹凸配合结构包括设置于所述转子铁芯的外表面上的磁钢卡槽及设置于所述磁钢的内表面上的凸台；所述磁钢卡槽的数量与所述磁钢的数量相同且一一对应。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述凸台位于所述磁钢内表面的中间部分。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述凸台绕所述磁钢的内表面的圆心跨度为β，所述磁钢的跨距为θ，0.1θ≤β≤0.2θ。
优选地，上述表贴式内转子永磁同步电机中，所述磁钢前部的减少面积为S1，所述磁钢后部的增加面积为S2，其中，S1≈S2。
本发明提供的表贴式内转子永磁同步电机，其转子铁芯通过转轴与轴承配合可旋转的置于定子铁芯内腔中。磁钢的磁性为N极与S极间隔排布，转子铁芯与磁钢形成转子组件，转子组件与定子铁芯的内腔之间存在气隙；定子铁芯内周分布有若干槽，槽内嵌有绕组。电机在运转时，绕组中形成同步转速旋转的电枢磁场，其与转子永磁体磁场同步旋转维持同向的偏移角度，故而产生稳定的磁拉力输出转矩。由于磁钢的数量为多个，磁钢沿转子铁芯的周向排布的磁钢前部及磁钢后部偏向的顺序一致，所有磁钢前部均朝向转子铁芯相对于定子铁芯运转方向即，指向对应位置的转子运行切向。
本发明提供的表贴式内转子永磁同步电机，通过使磁钢前部的厚度小于磁钢后部的厚度，调整空载磁密的波形，达到补偿负载条件下电枢反应畸变波形的作用，使空载磁密波形与电枢反应畸变波形叠加后形成的合成磁密波形的正弦度得到优化，进而达到了优化电机性能及减弱磁场谐波成分的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种表贴式内转子永磁同步电机的结构示意图；
图2为现有技术中的一种磁钢的结构示意图；
图3为现有技术中的一种磁钢的工作示意图；
图4为现有技术中的一种磁钢的空载磁密波形的示意图；
图5为现有技术中的一种磁钢的电枢反应畸变波形的示意图；
图6为现有技术中的一种磁钢的合成磁密波形的示意图；
图7为本发明实施例提供的表贴式内转子永磁同步电机的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的磁钢的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的磁钢的空载磁密波形的示意图；
图10为本发明实施例提供的磁钢的电枢反应畸变波形的示意图；
图11为本发明实施例提供的磁钢的合成磁密波形的示意图；
图12为本发明实施例提供的磁钢的第一结构示意图；
图13为本发明实施例提供的磁钢的第二结构示意图；
图14为本发明实施例提供的磁钢与非偏置的磁钢的对比结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种表贴式内转子永磁同步电机，以优化电机性能，减弱磁场谐波成分。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图7-图11，图7为本发明实施例提供的表贴式内转子永磁同步电机的结构示意图；图8为本发明实施例提供的磁钢的结构示意图；图9为本发明实施例提供的磁钢的空载磁密波形的示意图；图10为本发明实施例提供的磁钢的电枢反应畸变波形的示意图；图11为本发明实施例提供的磁钢的合成磁密波形的示意图。
本发明实施例提供了一种表贴式内转子永磁同步电机，包括转子铁芯202、定子铁芯101及磁钢201，磁钢201的数量为多个且均匀设置于转子铁芯202的外周壁；磁钢201具有朝向转子铁芯202相对于定子铁芯101运转方向的磁钢前部2011及背向转子铁芯202相对于定子铁芯101运转方向的磁钢后部2012；磁钢前部2011的厚度小于磁钢后部2012的厚度。
本发明实施例提供的表贴式内转子永磁同步电机，其转子铁芯202通过转轴301与轴承配合可旋转的置于定子铁芯101内腔中。磁钢201的磁性为N极与S极间隔排布，转子铁芯202与磁钢201形成转子组件，转子组件与定子铁芯101的内腔之间存在气隙；定子铁芯101内周分布有若干槽，槽内嵌有绕组102。电机在运转时，绕组102中形成同步转速旋转的电枢磁场，其与转子永磁体磁场同步旋转维持同向的偏移角度，故而产生稳定的磁拉力输出转矩。由于磁钢201的数量为多个，磁钢201沿转子铁芯202的周向排布的磁钢前部2011及磁钢后部2012偏向的顺序一致，所有磁钢前部2011均朝向转子铁芯202相对于定子铁芯101运转方向，即，指向对应位置的转子运行切向(图中箭头方向)。
结合图8-图11可知，本发明实施例提供的表贴式内转子永磁同步电机，通过使磁钢前部2011的厚度小于磁钢后部2012的厚度，调整空载磁密的波形，达到补偿负载条件下电枢反应畸变波形的作用，使空载磁密波形与电枢反应畸变波形叠加后形成的合成磁密波形的正弦度得到优化，进而达到了优化电机性能及减弱磁场谐波成分的作用。
如图12所示，为了使磁钢前部2011与磁钢后部2012均匀过渡，优选地，磁钢201的内表面及外表面均为弧面。可以理解的是，外表面的半径为R2，内表面的半径为R1，R2小于R1。内表面的圆心O位于磁钢201的中心线上，外表面的圆心O＇与磁钢201的中心线之间具有横向偏移距离为X。通过外表面的圆心O＇的偏移，形成磁钢前部2011的厚度小于磁钢后部2012的厚度的磁钢201结构。其中，磁钢201的中心线为其中点与转子铁芯202的圆心直接的连线。磁钢201由磁钢201的中心线分为磁钢前部2011及磁钢后部2012。其中，为了使磁钢前部2011的厚度小于磁钢后部2012的厚度，横向偏移距离为X朝向磁钢后部2012偏移。也可以使内表面的圆心O偏移，在此不再详细介绍，仅需确保磁钢前部2011的厚度小于磁钢后部2012的厚度即可。
为了避免厚度差值过大而影响磁钢201的正常使用，需要限制横向偏移距离为X。磁钢201中的最大厚度tmax位于磁钢后部2012，其中，0.15tmax≤X≤0.4tmax。
进一步地，最大厚度tmax相对于磁钢201的中心线的偏移角度为α，磁钢201的跨距为θ，其中0.05θ≤α≤0.2θ。通过上述设置，进一步避免了厚度差值过大的情况，提高了磁钢201的稳定性。
外表面的边缘处具有倒角，倒角的半径为R；通过设置倒角，提高了磁钢201装配过程中的安全性。为了避免倒角过大而影响磁钢201的结果，磁钢201中的最小厚度tmin位于磁钢前部2011，其中，R≤0.5tmin。通过上述设置，确保了磁钢201的最小厚度满足需求。
磁钢201的内表面与转子铁芯202的外表面相贴合。即，磁钢201的内表面的半径与转子铁芯202的外表面的半径相等，进而确保了磁钢201装配于转子铁芯202上的稳定性。
进一步地，转子铁芯202的外表面与磁钢201的内表面之间具有凹凸配合结构。通过设置凹凸配合结构，使得磁钢201向转子铁芯202装配时具有一定导向作用，并且，装配完成后，提高了二者的定位稳定性。
由于磁钢201的厚度较小，为了便于凹凸配合结构的设置，优选地，凹凸配合结构包括设置于转子铁芯202的外表面上的磁钢卡槽203及设置于磁钢201的内表面上的凸台2013。其中，磁钢卡槽203的数量与磁钢201的数量相同且一一对应。
进一步地，凸台2013位于磁钢201内表面的中间部分。通过将凸台2013设置于磁钢201内表面的中间部分，使凸台2013施加于磁钢201上的力度均匀分布，提高了导向及定位的作用。也可以设置于磁钢201内表面的边缘处，在此不做具体限定。
如图13所示，凸台2013绕磁钢201的内表面的圆心跨度为β，磁钢201的跨距为θ，0.1θ≤β≤0.2θ。通过上述设置，确保了导向及定位效果的同时，有效避免了凸台2013过大或过小而导致装配困难的情况。
如图14所示，磁钢前部2011的减少面积为S1，磁钢后部2012的增加面积为S2，其中，S1≈S2。其中，减少面积为S1为磁钢201的外表面圆心未偏移时磁钢前部2011的应有面积与偏移后磁钢前部2011的实际面积的差值，增加面积为S2为磁钢201的外表面圆心偏移后磁磁钢后部2012的实际面积与未偏移时磁钢前部2011的应有面积的差值。通过使S1≈S2，保证了磁钢201的整体面积达到需求，避免了磁钢201因外表面圆心偏移而差生的不良影响。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种表贴式内转子永磁同步电机，包括转子铁芯(202)及定子铁芯(101)，其特征在于，还包括多个均匀设置于所述转子铁芯(202)的外周壁的磁钢(201)；
所述磁钢(201)具有朝向所述转子铁芯(202)相对于所述定子铁芯(101)运转方向的磁钢前部(2011)及背向所述转子铁芯(202)相对于所述定子铁芯(101)运转方向的磁钢后部(2012)；
所述磁钢前部(2011)的厚度小于所述磁钢后部(2012)的厚度。
2.根据权利要求1所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(201)的内表面及外表面均为弧面；
所述内表面的圆心O位于所述磁钢(201)的中心线上，所述外表面的圆心O＇与所述磁钢(201)的中心线之间具有横向偏移距离为X。
3.根据权利要求2所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(201)中的最大厚度tmax位于所述磁钢后部(2012)，其中，0.15tmax≤X≤0.4tmax。
4.根据权利要求3所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述最大厚度tmax相对于所述磁钢(201)的中心线的偏移角度为α，所述磁钢(201)的跨距为θ，其中0.05θ≤α≤0.2θ。
5.根据权利要求2所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述外表面的边缘处具有倒角，所述倒角的半径为R；
所述磁钢(201)中的最小厚度tmin位于所述磁钢前部(2011)，其中，R≤0.5tmin。
6.根据权利要求1所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(201)的内表面与所述转子铁芯(202)的外表面相贴合。
7.根据权利要求1所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述转子铁芯(202)的外表面与所述磁钢(201)的内表面之间具有凹凸配合结构。
8.根据权利要求7所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述凹凸配合结构包括设置于所述转子铁芯(202)的外表面上的磁钢卡槽(203)及设置于所述磁钢(201)的内表面上的凸台(2013)；所述磁钢卡槽(203)的数量与所述磁钢(201)的数量相同且一一对应。
9.根据权利要求8所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述凸台(2013)位于所述磁钢(201)内表面的中间部分。
10.根据权利要求9所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述凸台(2013)绕所述磁钢(201)的内表面的圆心跨度为β，所述磁钢(201)的跨距为θ，0.1θ≤β≤0.2θ。
11.根据权利要求1-10任一项所述的表贴式内转子永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢前部(2011)的减少面积为S1，所述磁钢后部(2012)的增加面积为S2，其中，S1≈S2。
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