CN107994740A - 一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法，考虑到加工成本和装配工艺性，在满足电机性能的前提下将磁轭分为3～5段(视转子长径比决定段数)，并将磁钢也分成相应段数，斜极角度为对应定子斜槽的角度。本发明解决了以往降低齿槽转矩方法成本高、工艺性差等缺点，在保证电机性能的同时有效降低齿槽转矩，提高了批产装配工艺性。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体为一种基于分段斜极式转子降低齿糟转矩的方法，用于在齿槽电机中有效减小齿槽转矩，降低转矩波动。
背景技术
转矩波动是影响齿槽电机性能的一个重要指标，该指标会引起电机抖动，产生电磁振动及噪声，影响控制精度，波动严重时导致性能下降甚至控制失效。引起齿槽电机转矩波动的原因主要有以下几点：1.电磁因素、2.电枢反应、3.电流换向、4.齿槽转矩、5.机械加工因素。就齿槽电机本体设计而言，齿槽转矩对转矩波动影响最大。
齿槽转矩是永磁式齿槽电机的固有现象，它是指当电机绕组开路时，电机回转一周内，由于定转子开槽，有趋于最小磁阻位置的倾向而产生的周期性转矩。齿槽转矩来自于永磁体与电枢齿部之间的切向力，使永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。当定子齿槽与永磁转子磁极的相对位置不同时，主磁路的磁导随之改变，进而产生转矩波动。因此，如何有效抑制齿槽转矩，进而降低转矩波动是齿槽电机亟待解决的问题。
目前，降低齿槽转矩的方法共有以下三种方案：
1.优化磁路：主要包括改变磁极的极弧系数、磁极偏移、斜极、磁极开槽、磁极偏心、采用不等厚永磁体、磁极分段错位、不等极弧系数组合、改变磁钢磁化方向、磁极凿孔、磁极削角等。
2.优化电枢：主要包括闭口槽结构、不等槽口宽、开辅助槽、采用磁性槽楔、斜槽、改变齿形、减小槽口宽度、减小齿尖饱和度等。
3.合理组合槽极比：采用合适的分数槽、增大每极槽数等。
但现实中以上方案的具体应用却存在一定局限性，如：斜槽法不适用于大批量生产；斜极法暂无实际可行的低成本解决方案；开辅助槽暂没有给出设计方法等。
发明内容
为避免现有降低齿槽转矩方法的不足之处，本发明提出一种通过设计分段斜极式转子降低转矩波动的方法，并设计了相应装配工装。在保证电机性能的同时减小齿槽转矩，有效降低转矩波动，并提高了装配工艺性。
转子斜极从原理上可以认为与定子斜槽基本一致，而本发明中转子分段斜极的一个重要作用就是可以削弱齿谐波电势、各次谐波以及齿槽转矩。分段斜极式转子结构如图1和图2所示。考虑到加工成本和装配工艺性，在满足电机性能的前提下将磁轭分为3～5段(视转子长径比决定段数)，并将磁钢也分成相应段数。斜极角度为对应定子斜槽的角度，例如：某型4极12槽电机对应斜一槽角度为30°，则采用分段斜极式转子结构时，斜极角度为30°。
基于上述原理，为实现发明目的采用如下技术解决方案：
所述一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：应用Maxwell软件中RMxprt模型对电机进行磁路方案设计，确定斜槽的槽数；
步骤2：将RMxprt模型的设计结果导入Maxwell软件中3D模型中进行转矩波动校核，确认转矩波动是否达到要求；若没有达到要求，则返回步骤1调整斜槽槽数，直至转矩波动达到要求为止；
步骤3：设计分段斜极式转子，转子磁钢和磁轭分为3～5段，其中第一段磁钢和最后一段磁钢在径向投影的夹角与电机斜槽角度一致；
步骤4：设计磁轭装配工装为：工装内圆开有定位槽，槽数与分段数一致，第一槽与最后一槽的分布角度与斜槽角度一致；分段磁轭上具有定位棱，将分段磁轭沿定位槽依次插入磁轭装配工装中，紧固工装后将所有磁轭同时冷压至转轴上；沿磁轭定位棱依次装配分段磁钢，实现要求角度的斜极。
进一步的优选方案，所述一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法，其特征在于：当转子长径比小于等于1时，转子磁钢和磁轭分为3段；当转子长径比大于等于2时，转子磁钢和磁轭分为5段。
有益效果
本发明提出的具体为一种基于分段斜极式转子降低齿糟转矩的方法，解决了以往降低齿槽转矩方法成本高、工艺性差等缺点，在保证电机性能的同时有效降低齿槽转矩，提高了批产装配工艺性。
经电机磁路2D、3D仿真及多种型号电机实际应用显示：该方案应用易于实现，装配简便，经济性好，有效降低电机转矩波动，提高电机性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：分段斜极式转子结构模型图；
图2：图1的B-B剖视图；
图3：磁轭装配工装模型图；
图4：图3的俯视图；
图5：某型4极12槽电机未斜极时转矩波动示意图；
图6：某型4极12槽电机分段斜极后转矩波动示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明目的是通过分段斜极式转子降低转矩波动，为此提出了一种分段斜极式转子降低转矩波动的设计方法，并设计了相应装配工装。在保证电机性能的同时减小齿槽转矩，有效降低转矩波动，并提高了装配工艺性。
转子斜极从原理上可以认为与定子斜槽基本一致，而本发明中转子分段斜极的一个重要作用就是可以削弱齿谐波电势、各次谐波以及齿槽转矩。分段斜极式转子结构如图1和图2所示。考虑到加工成本和装配工艺性，在满足电机性能的前提下将磁轭分为3～5段(视转子长径比决定段数)，并将磁钢也分成相应段数。斜极角度为对应定子斜槽的角度，例如：某型4极12槽电机对应斜一槽角度为30°，则采用分段斜极式转子结构时，斜极角度为30°。
具体的设计方法包括以下步骤：
步骤1：应用Maxwell软件中RMxprt模型对该电机进行磁路方案设计，确定斜槽槽数；
步骤2：将RMxprt模型的设计结果导入Maxwell软件中3D模型中进行转矩波动的校核，确认转矩波动达到要求；
步骤3：设计分段斜极式转子，由于设计该电机转子长度为65mm，直径为26mm，长径比大于2，故将磁钢和磁轭分为5段。由于该电机槽数为12，根据Maxwell设计结果，定子斜槽在径向投影的角度为30°，故第一段磁钢和第五段磁钢在径向投影的夹角也为30°；
步骤4：设计磁轭装配工装，如图3和图4所示，工装内圆开有定位槽，槽数为5，第一槽与最后一槽的分布角度为30°。装配时将分段磁轭沿定位槽依次插入装配工装中，注意相邻磁轭装配在相邻定位槽内，紧固工装后将所有磁轭同时冷压至转轴上；沿磁轭定位棱依次装配分段磁钢，即可实现要求角度的斜极；
五、对该电机进行验证，图5和图6分别为该电机未使用分段斜极式转子和使用分段斜极式转子的转矩波动曲线。可知，该电机未使用分段斜极式转子的转矩波动为32％，使用分段斜极式转子的转矩波动为7.5％。且使用上述工装进行装配时，与进行斜槽装配相比生产效率有所提高。
以上结果证明该方法易于实现，装配简便，经济性好，可有效降低电机转矩波动，提高电机性能。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：应用Maxwell软件中RMxprt模型对电机进行磁路方案设计，确定斜槽的槽数；
步骤2：将RMxprt模型的设计结果导入Maxwell软件中3D模型中进行转矩波动校核，确认转矩波动是否达到要求；若没有达到要求，则返回步骤1调整斜槽槽数，直至转矩波动达到要求为止；
步骤3：设计分段斜极式转子，转子磁钢和磁轭分为3～5段，其中第一段磁钢和最后一段磁钢在径向投影的夹角与电机斜槽角度一致；
步骤4：设计磁轭装配工装为：工装内圆开有定位槽，槽数与分段数一致，第一槽与最后一槽的分布角度与斜槽角度一致；分段磁轭上具有定位棱，将分段磁轭沿定位槽依次插入磁轭装配工装中，紧固工装后将所有磁轭同时冷压至转轴上；沿磁轭定位棱依次装配分段磁钢，实现要求角度的斜极。
2.根据权利要求1所述一种分段斜极式转子降低转矩波动的方法，其特征在于：当转子长径比小于等于1时，转子磁钢和磁轭分为3段；当转子长径比大于等于2时，转子磁钢和磁轭分为5段。
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