CN106300733A - 基于i‑型转子结构的内置式永磁电机 - Google Patents

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任武
叶攀
许强
钟运平
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    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Abstract

本发明公开了一种基于I‑型转子结构的内置式永磁电机，它涉及具有永磁体的旋转电机。它包括转子铁心、永磁体，转子铁心为I‑型转子结构，转子铁心分为第一部分转子、第二部分转子两部分，采用同一种转子冲片，其中第一部分转子是铁心叠片正面向上叠压而成，第二部分转子是铁心叠片背面向上叠压而成，第一部分转子、第二部分转子的轴向长度可调整；永磁体对称地分布在中心线OD两侧，第一永磁体槽的两个隔磁桥形状不一致，第二隔磁桥的偏移量比第一隔磁桥大。本发明在不增加转子复杂度、不影响电机的其他性能指标前提下，能够有效降低齿槽转矩、转矩脉动以及轴向电磁力。

Description

基于I-型转子结构的内置式永磁电机
技术领域
本发明涉及具有永磁体的旋转电机，尤其涉及一种具有不对称I-型转子结构的内置式永磁电机。
背景技术
由于高转矩密度，高效率，永磁电机已经广泛用于航空航天、数控机床、机器人、电动汽车等，依据永磁体在转子的位置不同，永磁电机分为表贴式永磁电机(SPM)和内置式永磁电机(IPM)。内置式永磁电机的转矩包括永磁转矩和磁阻转矩，永磁转矩是由转子永磁体磁场和定子磁场相互作用产生的；磁阻转矩是由定子磁场和具有凸极性的转子所产生。因此，在其他条件一致的情况下，内置式永磁电机具有更高的功率密度和效率。正是由于转子的这种结构特征，内置式永磁电机具有更高齿槽转矩和转矩脉动。转矩脉动不仅造成电机振动，产生噪声，而且影响电机的平稳运行。
在现有的技术中降低内置式永磁电机的转矩脉动的常用方法是定子斜槽技术。但是这种技术同时也具有一些难以克服的缺点。采用定子斜槽，绕组端部变长，端部效应加大，铜耗损耗增加，电机效率降低，漆包线成本增加等。转子分段斜极同样可以有效的降低转矩脉动，但采用分段斜极，增加极间漏磁，也使电机的工艺变得复杂。此外，斜槽和分段斜极会产生轴向不平衡力，损坏轴承。美国专利US 8102091 B2公开了一种不同极的内置式转子结构优化反电势，减小齿槽转矩、转矩脉动，但转子q轴有效区域相互重叠，电机凸极率降低，磁阻转矩减小。欧洲专利EP 2779386 A2公开了一种旋转转子叠片的设计，磁障附近设置辅助空，轴向两段转子分别采用旋转的叠片，产生的齿槽转矩相互抵消，但齿槽转矩幅值仍然很高。
以极对数为P＝4，定子槽为Z＝36的内置式永磁电机为例，图1、2为参考实施例的内置式永磁电机正面剖视图，定子铁心9采用分布绕组10，节距为4。定子三相绕组采用星型连接方式，转子铁心1为常规的I-型结构，其特征是第二永磁体槽8的中心线与极距的中心线重合，永磁体2对称地分布在中心线两侧，隔磁桥的宽度以及永磁体2的宽度完全一致，该图中I-型转子结构为完全对称结构。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于I-型转子结构的内置式永磁电机。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于I-型转子结构的内置式永磁电机，结构设计合理，在不增加转子复杂度、不影响电机的其他性能指标前提下，能够有效降低齿槽转矩、转矩脉动以及轴向电磁力，易于推广使用。
为实现上述目的，本发明提供了基于I-型转子结构的内置式永磁电机，包括转子铁心、永磁体，转子铁心为I-型转子结构，转子铁心分为第一部分转子、第二部分转子两部分，采用同一种转子冲片，其中第一部分转子是铁心叠片正面向上叠压而成，第二部分转子是铁心叠片背面向上叠压而成；永磁体对称地分布在中心线OD两侧，第一永磁体槽的两个隔磁桥形状不一致，第二隔磁桥的偏移量比第一隔磁桥大。
作为优选，所述的第一部分转子、第二部分转子的轴向长度可调整，第一部分转子、第二部分转子的轴向长度比为0.8-1.2。
作为优选，所述的第一隔磁桥、第二隔磁桥的形状适用于多种形状变异。
作为优选，所述的转子铁心不局限于采用一种转子冲片，转子铁心也适用于其它多种转子冲片配合。
本发明的有益效果是：齿槽转矩明显减少，转矩脉动显著降低，不增加转子复杂度、不影响电机的其他性能指标，且对比斜极技术，可以有效的降低轴向电磁力。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是背景技术中参考实施例的内置式永磁电机的定子铁心结构示意图；
图2是背景技术中参考实施例的内置式永磁电机的转子铁心结构示意图；
图3是本发明内置式永磁电机转子冲片的正面结构示意图；
图4是本发明内置式永磁电机转子冲片的局部示意图；
图5是本发明内置式永磁电机转子冲片的背面结构示意图；
图6是本发明转子的立体结构示意图；
图7是本发明与参考实施例内置式永磁电机的齿槽转矩对比图；
图8是本发明与参考实施例内置式永磁电机的瞬时转矩对比图。
具体实施方式
参照图1-8，本具体实施方式采用以下技术方案：基于I-型转子结构的内置式永磁电机，包括转子铁心1、永磁体2，转子铁心1为I-型转子结构，I-型转子结构为不对称结构(图3，图5由图3正面图镜像获得)，永磁体2对称地分布在中心线OD两侧，第一永磁体槽3的两个隔磁桥形状不相同，具体的特征为：第二隔磁桥5的偏移量比第一隔磁桥4大，其形状的具体参数由数值分析计算获得。
转子铁心1分为第一部分转子6、第二部分转子7两部分，采用同一种转子冲片，其中第一部分转子6是铁心叠片正面向上叠压而成，第二部分转子7是铁心叠片背面向上叠压而成；所述的第一部分转子6、第二部分转子7的轴向长度可调整，第一部分转子6、第二部分转子7的轴向长度比为0.8-1.2，最优值是依据数值计算获得的。
值得注意的是，所述的第一隔磁桥4、第二隔磁桥5的形状适用于多种形状变异，不仅仅局限于图示形状。
此外，所述的转子铁心1不局限于采用一种转子冲片，转子铁心1也适用于其它多种转子冲片配合。
本具体实施方式以极对数为P＝4，定子槽为Z＝36的内置式永磁电机为例，但并不局限于这种极槽配合，也适用于其他极槽配合；对于其他采用依据本发明及其变异结构的形成旋转电机仍然属于本发明的范围之内。
本具体实施方式齿槽转矩的峰值仅为0.016N·m(图7),而在参考实施例，齿槽转矩的峰值高达0.205N·m，因此，采用本发明的技术后，齿槽转矩有效地减少；由图8可以看出本发明转矩脉动仅为1.66％；而在参考实施例，转矩脉动高达为15.74％，因此，采用本发明的技术后，转矩脉动显著减小。综上，本具体实施方式在不增加转子复杂度、不影响电机的其他性能指标的前提下，能够有效降低内置式永磁电机的齿槽转矩和降低转矩脉动，具有广阔的市场应用前景。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.基于I-型转子结构的内置式永磁电机，其特征在于：包括转子铁心(1)、永磁体(2)，转子铁心(1)为I-型转子结构，转子铁心(1)分为第一部分转子(6)、第二部分转子(7)两部分，采用同一种转子冲片，其中第一部分转子(6)是铁心叠片正面向上叠压而成，第二部分转子(7)是铁心叠片背面向上叠压而成；所述永磁体(2)对称地分布在中心线OD两侧，所述第一永磁体槽(3)的两个隔磁桥形状不一致，所述第二隔磁桥(5)的偏移量比第一隔磁桥(4)大。
2.如权利要求1所述的基于I-型转子结构的内置式永磁电机，其特征在于：所述的第一部分转子(6)、第二部分转子(7)的轴向长度可调整。
3.如权利要求2所述的基于I-型转子结构的内置式永磁电机，其特征在于：所述的第一部分转子(6)、第二部分转子(7)的轴向长度比为0.8-1.2。
4.如权利要求1所述的基于I-型转子结构的内置式永磁电机，其特征在于：所述的第一隔磁桥(4)、第二隔磁桥(5)的形状适用于多种形状变异。
5.如权利要求1所述的基于I-型转子结构的内置式永磁电机，其特征在于：所述的转子铁心(1)不局限于采用一种转子冲片，转子铁心(1)也适用于多种转子冲片配合。
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