CN107294243A - 低转矩波动内置式永磁电机转子及优化电机磁密的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低转矩波动内置式永磁电机转子及优化电机磁密的方法，属于永磁电机技术领域。技术方案是：一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）构成，一个V字型永磁体（2）位于中间，两个一字型永磁体（3）分别位于V字型永磁体的两侧，整体组成的M型磁路结构；在整个转子铁芯（1）上环形均匀分布2p个M型磁钢槽（4），其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体设置在M型磁钢槽内。本发明采用的是均匀气隙，并没有加大电机的制造难度，也没有改变电机的制造工艺，有效降低气隙磁场中的谐波含量，降低电机谐波损耗，提高电机效率，降低电机的齿槽转矩，降低永磁电机的振动和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种低转矩波动内置式永磁电机转子及优化电机磁密的方法，属于永磁电机技术领域。
背景技术
变频调速永磁电机由永磁体产生的气隙磁密波形近似方波，使得气隙磁场中含有大量的谐波，当转子结构设计的不合理时，气隙磁场中的谐波含量会更大，增加了定子铁芯和转子铁芯中的谐波损耗，使永磁电机的效率降低，导致气隙磁密的波形质量变差。此外，谐波电流和谐波磁场也会产生附加的转矩波动，从而引起电机的振动和噪声。虽然通过某些其它方法可以有效改善气隙磁密波形，如采用不均匀气隙等，但这些方法会增加工艺难度和加工工时，从而增加额外成本。
发明内容
本发明目的是提供一种低转矩波动内置式永磁电机转子及优化电机磁密的方法，削弱谐波、降低加工成本、降低电机的振动和噪声，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种低转矩波动内置式永磁电机转子，包含转子铁芯、永磁体、M型磁钢槽和转轴，永磁体设置在转子铁芯上，一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体和一个V字型永磁体构成，一个V字型永磁体位于中间，两个一字型永磁体分别位于V字型永磁体的两侧，整体组成的M型磁路结构；在整个转子铁芯上环形均匀分布2p个M型磁钢槽，其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体和一个V字型永磁体设置在M型磁钢槽内。在整个转子铁芯上环形均匀分布了2p个M型磁钢槽，保证永磁电机磁路结构的对称性。
转子铁芯由硅钢片叠压而成，转子铁芯上设有隔磁槽，可以提高永磁电机转子冲片的机械强度。
所述M型磁钢槽由四段组成，两个一字型永磁体位于两侧的两段，一个V字型永磁体位于中间的两段，M型磁钢槽各段之间可以是断续的，也可以是连续的；设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体和一个V字型永磁体的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体，M型磁钢槽各部位的宽度可以相同也可不同。
所述V字型永磁体对应位置的转子铁芯表面磁通密度高于一字型永磁体对应位置的转子铁芯表面磁通密度。
一种优化永磁电机气隙磁密波形的方法，包含如下步骤：
永磁电机转子一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体和一个V字型永磁体构成，一个V字型永磁体位于中间，两个一字型永磁体分别位于V字型永磁体的两侧，整体组成的M型磁路结构；转子铁芯由硅钢片叠压而成，转子铁芯上设有M型磁钢槽；在整个转子铁芯上环形均匀分布了2p个M型磁钢槽，其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体和一个V字型永磁体设置在M型磁钢槽内，保证永磁电机磁路结构的对称性；
设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体和一个V字型永磁体的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体；
通过改变两个一字型永磁体和一个V字型永磁体的尺寸、相对位置和角度，使得V字型永磁体对应位置的转子铁芯表面磁通密度高于一字型永磁体对应位置的转子铁芯表面磁通密度，优化永磁电机的波形质量，让一个磁极下的磁密在空间不均匀分布，使气隙磁密波形正弦化，优化电机的波形质量，有效降低气隙磁场中的谐波含量，降低电机谐波损耗，提高电机效率，降低电机的齿槽转矩，降低永磁电机的振动和噪声。
本发明的有益效果是：本发明采用的是均匀气隙，并没有加大电机的制造难度，也没有改变电机的制造工艺，可以使用现有的设备进行加工，使加工成本有所降低，有效降低气隙磁场中的谐波含量，降低电机谐波损耗，提高电机效率，降低电机的齿槽转矩，降低永磁电机的振动和噪声。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明实施例二结构示意图；
图3为本发明实施例三结构示意图；
图4为本发明实施例四结构示意图；
图5为本发明实施例五结构示意图；
图6为已有技术永磁电机气隙磁密波形图；
图7为本发明永磁电机气隙磁密波形图；
图中：转子铁芯1、V字型永磁体2、一字型永磁体3、M型磁钢槽4、转轴5。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例一，参照附图1。
一种低转矩波动内置式永磁电机转子，包含转子铁芯1、永磁体、M型磁钢槽4和转轴5，永磁体设置在转子铁芯上，一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2构成，一个V字型永磁体2位于中间，两个一字型永磁体3分别位于V字型永磁体2的两侧，整体组成的M型磁路结构；在整个转子铁芯1上环形均匀分布2p个M型磁钢槽4，其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2设置在M型磁钢槽4内。在整个转子铁芯上环形均匀分布了2p个M型磁钢槽4，保证永磁电机磁路结构的对称性。
本实施例为6极电机（即p=3），永磁电机额定功率为90KW，两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2所使用的磁钢牌号相同，均为钕铁硼N42UH，剩磁密度为1.3T。通过合理排布永磁体的位置即改变两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2的尺寸和相对位置，使得V字型永磁体2对应位置的转子铁芯表面磁通密度高于一字型永磁体3对应位置的转子铁芯表面磁通密度，让一个磁极下的磁密在空间不均匀分布，使气隙磁密波形正弦化，从而改善永磁电机的波形质量。其中V字型永磁体2之间的夹角为104度。
一种优化永磁电机气隙磁密波形的方法，包含如下步骤：
永磁电机转子一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2构成，一个V字型永磁体2位于中间，两个一字型永磁体3分别位于V字型永磁体2的两侧，整体组成的M型磁路结构；转子铁芯1由硅钢片叠压而成，转子铁芯1上设有M型磁钢槽4；在整个转子铁芯1上环形均匀分布了2p个M型磁钢槽4，其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2设置在M型磁钢槽4内，保证永磁电机磁路结构的对称性；
设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体；
通过改变两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2的尺寸、相对位置和角度，使得V字型永磁体2对应位置的转子铁芯表面磁通密度高于一字型永磁体3对应位置的转子铁芯表面磁通密度，优化永磁电机的波形质量，让一个磁极下的磁密在空间不均匀分布，使气隙磁密波形正弦化，优化电机的波形质量，有效降低气隙磁场中的谐波含量，降低电机谐波损耗，提高电机效率，降低电机的齿槽转矩，降低永磁电机的振动和噪声。
所述M型磁钢槽由四段组成，两个一字型永磁体3位于两侧的两段，一个V字型永磁体2位于中间的两段，M型磁钢槽各段之间可以是断续的，也可以是连续的；设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体3和一个V字型永磁体2的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体，M型磁钢槽各部位的宽度可以相同也可不同。
实施例二，参照附图2。
本实施例中，所述M型磁钢槽4由四段组成，两个一字型永磁体3位于两侧的两段，一个V字型永磁体2位于中间的两段，M型磁钢槽各段之间是断续的。
实施例三，参照附图3。
本实施例中，所述M型磁钢槽4由四段组成，两个一字型永磁体3位于两侧的两段，一个V字型永磁体2位于中间的两段，两侧的两段是断续的，各自独立，中间两段之间是连续的，一起构成完整的V字型。
实施例四，参照附图4。
本实施例中，所述M型磁钢槽4由四段组成，M型磁钢槽中间两段设置V字型永磁体的是断开的，设置一字型永磁体的一段M型磁钢槽与相邻的一段设置V字型永磁体的M型磁钢槽之间是连续的。
实施例五，参照附图5。
本实施例中，所述M型磁钢槽4由四段组成，全部四段M型磁钢槽4之间都是连续的，是一个整体。
附图6为未采用本结构的传统永磁电机气隙磁密波形图，该波形正弦畸变率为39.25%。
附图7为采取本发明结构时电机的气隙磁密波形图，该波形正弦畸变率为20.33%；通过气隙磁密波形图对比可以看出，本发明能够优化电机的波形质量，使电机的气隙磁密波形正弦化，可以有效抑制气隙磁场和定子绕组内的谐波含量，提高电机效率，削弱电机转矩脉动，从而降低永磁电机的振动和噪声。
Claims (5)
1.一种低转矩波动内置式永磁电机转子，其特征在于：包含转子铁芯（1）、永磁体、M型磁钢槽（4）和转轴（5），永磁体设置在转子铁芯上，一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）构成，一个V字型永磁体（2）位于中间，两个一字型永磁体（3）分别位于V字型永磁体（2）的两侧，整体组成的M型磁路结构；在整个转子铁芯（1）上环形均匀分布2p个M型磁钢槽（4），其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）设置在M型磁钢槽内。
2.根据权利要求1所述的低转矩波动内置式永磁电机转子，其特征在于：转子铁芯（1）由硅钢片叠压而成，转子铁芯（1）上设有隔磁槽。
3.根据权利要求1或2所述的低转矩波动内置式永磁电机转子，其特征在于：所述M型磁钢槽（4）由四段组成，两个一字型永磁体（3）位于两侧的两段，一个V字型永磁体（2）位于中间的两段。
4.根据权利要求1或2所述的低转矩波动内置式永磁电机转子，其特征在于：设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体。
5.一种优化永磁电机气隙磁密波形的方法，包含如下步骤：
永磁电机转子一个磁极下的永磁体由两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）构成，一个V字型永磁体（2）位于中间，两个一字型永磁体（3）分别位于V字型永磁体（2）的两侧，整体组成的M型磁路结构；转子铁芯（1）由硅钢片叠压而成，转子铁芯（1）上设有M型磁钢槽（4）；在整个转子铁芯上环形均匀分布了2p个M型磁钢槽，其中p为永磁电机极对数，两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）设置在M型磁钢槽内，保证永磁电机磁路结构的对称性；
设置在M型磁钢槽中的两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）的厚度要求相等，并且采用相同牌号的永磁体；
通过改变两个一字型永磁体（3）和一个V字型永磁体（2）的尺寸、相对位置和角度，使得V字型永磁体（2）对应位置的转子铁芯表面磁通密度高于一字型永磁体（3）对应位置的转子铁芯表面磁通密度，优化永磁电机的波形质量，让一个磁极下的磁密在空间不均匀分布，使气隙磁密波形正弦化，优化电机的波形质量。
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