CN109245411A - 一种低振噪的永磁同步电机 - Google Patents

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夏煜
付林
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Abstract

一种低振噪的永磁同步电机，属于永磁同步电机领域；本发明为了提供一种低振的永磁同步电机结构；本发明的转子部分周向边缘由若干首尾相接的弧形侧壁构成，弧形侧壁包括第一弧形结构和第二弧形结构，第一弧形结构的弧长大于第二弧形结构的弧长；定子部分的定子模块中心开有槽口结构，槽口结构由若干第一槽口、若干第二槽口和若干第三槽口构成，第一槽口的宽度大于第二槽口的宽度大于第三槽口的宽度；本发明使电机形成非均匀气隙结构，有效的改善电机振动、噪声的情况。

Description

一种低振噪的永磁同步电机
技术领域
本申请所描述的实施例涉及永磁同步电机。尤其是涉及一种低振噪的永磁同步电机，属于永磁同步电机领域。
技术背景
永磁同步电机拥有在同功率下其体积小、结构简单等一些优势，成为了各行各业的首选，广泛的应用于交通、矿业、医疗、航空航天等不同领域。特别是在近年来我国的新能源汽车行业，由于永磁同步电机省去了电励磁部分，有着较高的功率密度和转矩密度，所以在我国新能源汽车行业中受到了广泛认可。又由于其转子结构的特殊性，可以按照需要对结构进行灵活设计，相比于其他类型的电机在同功率下可以制造成更小的体积，用在新能源汽车上可以使汽车有更多的车内空间，也不会破坏汽车的运行性能，故现在我国新能源汽车大多采用永磁同步电机为驱动电机，新能源企业也以研发制造永磁同步电机为主。
永磁同步电机在正常工作时，同其他传统类型的电机一样，都会产生振动和噪声的问题，不仅会影响到电机本身的性能和寿命，也会影响到乘坐汽车的舒适性等。特别是一些工作场合对电机振动有较为严格的要求，永磁同步电机要想获得更大的发展空间，振动问题就显得尤为突出。在一些特殊的行业和工况下，振动产生的噪声不仅会影响到设备的使用性能，也间接影响到了其安全性和保密性等，此时其运行时所发生的噪声也成为了重点问题。加之随着不断对环境要求的提高，低振动的永磁同步电机又能带来低噪音环境。故在设计和制造电机时，如何能把电机的振动降低到最小范围内，也是新能源汽车发展过程中的一个研究方向。
发明内容
本发明的提供一种低振噪的永磁同步电机，使电机形成非均匀气隙结构，有效的改善电机振动、噪声的情况。
本发明的一种低振噪的永磁同步电机，包括机壳，机壳内安装有定子部分和转子部分，定子部分和转子部分之间存在气隙，转子部分内置有永磁体，定子部分由若干定子模块叠加组合而成，所述转子部分周向边缘由若干首尾相接的弧形侧壁构成，弧形侧壁包括第一弧形结构和第二弧形结构，第一弧形结构的弧长大于第二弧形结构的弧长；定子部分的定子模块中心开有槽口结构，槽口结构由若干第一槽口、若干第二槽口和若干第三槽口构成，第一槽口的宽度大于第二槽口的宽度大于第三槽口的宽度。
进一步的，所述永磁体周向均匀阵列排布，第一弧形结构在永磁体q轴方向按照余弦方式构建；第二弧形结构在永磁体d轴方向连接相邻连个第一弧形。
进一步的，所述第一弧形结构和第二弧形结构均为圆弧结构，第一弧形结构的圆心点与转子轴心之间的距离为H，该距离满足以下关系：
式中，δmax：最大气隙距离；δmin：最小气隙距离；R1：定子内侧边缘的半径；极弧与极距的比例；P代表电机极对数；2P代表电机极数。
进一步的，所述第二弧形结构的圆心为转子轴心。
进一步的，所述第二槽口沿定子轴心均匀环形阵列，第一槽口和第二槽口分别交替布置在相邻两第二槽口之间。
进一步的，所述第二槽口沿中性线对称，第一槽口和第二槽口的中性线向一侧偏置，传统的电机来说最注重的就是结构对称，槽口应在定子圆周上均匀开槽，中性线是指在所有槽口正常开槽的位置的中心，就是在槽口中间画一条线时左右对称，我们可以把这条线成为中性线。
进一步的，所述第一槽口和第二槽口的偏置方向相同。
进一步的，所述定子模块的第二槽口的中性线共线，相邻两定子模块上的第一槽口和第三槽口交替分布。
进一步的，所述第一槽口宽度：第二槽口宽度：第三槽口宽度为
本发采用电机转子外边缘形状进行调整和定子部分的不对称结构，使得永磁体d轴和q 轴的气隙厚度不再相同，使电机行成一种非均匀气隙结构，改善气隙磁场波形，从而构成了电机转子磁阻的正弦分布，通过对转子外边缘结构的改变来控制气隙磁阻的正弦程度，以得到更正弦的气隙磁密。在电机的转矩脉动减少了50％的情况下，同时避免了永磁电机为获得正弦的气隙磁密改变永磁体形状而带来的稀土材料浪费和制造工艺上的问题。
附图说明
图1示出了本发明实施例的电机整机结构图。
图2示出了本发明实施例的电机转子和定子的装配图。
图3示出了本发明实施例的定子冲片结构示意图，图3a为定子冲片的整体结构示意图，图3b为图3a中C部分的放大示意图。
图4示出了本发明实施例的定子冲片轴向示意图，图4a为定子冲片轴向剖面示意图，图4b为图4a局部放大示意图；
图5示出了本发明实施例的转子模块的结构示意图。
图6示出了本发明实施例的转矩波形与传统电机转矩波形对比波形图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的电机结构。该图与其它包括在内的图一起仅是示性意的，并不限制本发明的可能实施例或权利要求。
本实施例的一种低振噪的永磁同步电机包括机壳1、左端盖9和右端盖7，左端盖9和右端盖7分别固定在机壳1的左、右端面上，机壳1、左端盖9和右端盖7围合成的空间内安装有定子部分2、转子部分3、转子输出轴5和左端盖9，机壳1为圆筒形结构，外定子2固定在机壳1的内侧壁，
所述定子部分2、转子部分3、转子输出轴5、右端盖7、右轴承8、左端盖9左轴承10，和机壳1同轴；
所述转子部分3、定子部分2和机壳1由内向外依次同轴套设在转子输出轴5的外侧，转子轴5的两端分别传出左端盖9和右端盖7，转子轴5的两端分别通过左轴承10和右轴承 8与左端盖9和有端盖7建立连接，所述左轴承10和右轴承8分别固定在的左端盖和右端盖上，
定子部分2和转子部分3之间存在气隙；永磁体4内置在转子部分3中，充磁方向为径向充磁，且相邻的两个永磁体4的充磁方向相反，永磁体4两端开有隔磁桥4-1；
所述转子部分周向边缘由若干首尾相接的弧形侧壁构成，弧形侧壁包括第一弧形结构3-1 和第二弧形结构3-2，第一弧形结构3-1的弧长大于第二弧形结构3-2的弧长，所述永磁体周向均匀阵列排布，第一弧形结构3-1在永磁体q轴方向按照余弦方式构建；第二弧形结构 3-2在永磁体d轴方向连接相邻连个第一弧形，外边缘轮廓使得永磁体q轴的气隙厚度大于d 轴的气隙厚度，从而增加了d轴的磁阻，所以，该结构在提高电机输出性能的情况下，又减小了振动，同时转矩波动的减小也有利于电机噪声情况的改善。
第一弧形结构3-1和第二弧形结构3-2均为圆弧结构，气隙的大小取决于大圆弧的弧度和圆心点，第一弧形结构3-1的弧度和圆心点取值范围需要根据电机模型中永磁体位置而定，第一弧形结构3-1的弧度应大于永磁体的极弧，但不破坏永磁体形状，永磁体仍为原形状包裹在转子冲片中，第一弧形结的弧形的确立如图5所示，圆心点与转子轴心之间的距离为H，该距离满足以下关系：
式中，δmax：最大气隙距离；δmin：最小气隙距离；R1：定子内侧边缘的半径；极弧与极距的比例；P代表电机极对数；2P代表电机极数。
所述第二弧形结构3-2的圆心为转子轴心，并且第二弧形结构3-2的两端将第一弧形结构3-1建立连接关系；
本实施例的定子部分由5个单元定子模块叠加组合而成，将电机分解成若干个小单元电机，在永磁电机中，定子部分的定子模块中心开有槽口结构，由于定子开槽，转子上的永磁体会对定子齿产生吸力，称作齿槽力，在电机运行过程中会使电机产生震动和噪声等问题。能量法推导出的齿槽力表达式为：
α——为定子齿和永磁体中性线的相对位置角；
La——定子电枢铁芯的轴向长度；
L1——电枢外半径；
L2——定子轭内半径；
n——使为整数的整数,z为槽数，2p为极数；
如图3a所示，槽口结构由若干第一槽口2-1、若干第二槽口2-2和若干第三槽口2-3构成，第一槽口2-1的宽度大于第二槽口2-2的宽度大于第三槽口2-3的宽度。
如图3b所示，所述第二槽口2-2沿定子轴心均匀环形阵列，第一槽口2-1和第二槽口 2-2分别交替布置在相邻两第二槽口2-2之间，所述第二槽口2-2沿中性线对称，第一槽口 2-1和第二槽口2-2的中性线向一侧偏置，所述第一槽口2-1和第二槽口2-2的偏置方向相同，第一槽口2-1的偏置角度和第二槽口2-2的偏置角度的最大偏置角度不可使槽口超出定子槽壁边缘。
如图4所示，本实施例的定子模块的第二槽口2-2的中性线共线，相邻两定子模块上的第一槽口2-1和第三槽口2-3交替分布，使定子槽在定子的轴向方向上也是不对称结构，破坏了传统电机定子部分的对称性，将电机整体变成若干单元电机的组合，分化了各个单元电机的谐波转矩相位，使得合成的谐波转矩变小，达到了比用斜槽解决转矩脉动更好的效果，在实际加工过程中，更加简明可行。
大、中、小槽口的设置是通过减少Gn的幅值来削弱齿槽转矩，通过调整偏置角度，针对某一次或几次谐波，使得磁极产生的谐波转矩相互抵消，达到降低总齿槽力的目的，本实施例通过自定义构建槽口结构，第一槽口2-1宽度：第二槽口2-2宽度：第三槽口2-3宽度为
本实施例的电机跟进有限元参数化仿真分析后，得出如图6所示的波形图，图中实线波形表示改善后永磁同步电机结构的原始转矩波动图，虚线表示未经过本实施例改善的电机的转矩波动图，由图可见，通过本实施例对电机结构进行改进，电机的抖动幅度大大减小，表明本实施例所述的对于电机结构的改进达到了减振、降噪的效果。
本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims (9)

1.一种低振噪的永磁同步电机，包括机壳，机壳内安装有定子部分和转子部分，定子部分和转子部分之间存在气隙，转子部分内置有永磁体，定子部分由若干定子模块叠加组合而成，其特征在于：所述转子部分周向边缘由若干首尾相接的弧形侧壁构成，弧形侧壁包括第一弧形结构和第二弧形结构，第一弧形结构的弧长大于第二弧形结构的弧长；定子部分的定子模块中心开有槽口结构，槽口结构由若干第一槽口、若干第二槽口和若干第三槽口构成，第一槽口的宽度大于第二槽口的宽度大于第三槽口的宽度。
2.根据权利要求1所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述永磁体周向均匀阵列排布，第一弧形结构在永磁体q轴方向按照余弦方式构建；第二弧形结构在永磁体d轴方向连接相邻连个第一弧形。
3.根据权利要求1所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第一弧形结构和第二弧形结构均为圆弧结构，第一弧形结构的圆心点与转子轴心之间的距离为H，该距离满足以下关系：
式中，δmax：最大气隙距离；δmin：最小气隙距离；R1：定子内侧边缘的半径；极弧与极距的比例。
4.根据权利要求3所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第二弧形结构的圆心为转子轴心。
5.根据权利要求1所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第二槽口沿定子轴心均匀环形阵列，第一槽口和第二槽口分别交替布置在相邻两第二槽口之间。
6.根据权利要求5所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第二槽口沿中性线对称，第一槽口和第二槽口的中性线向一侧偏置。
7.根据权利要求5所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第一槽口和第二槽口的偏置方向相同。
8.根据权利要求5所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述定子模块的第二槽口的中性线共线，相邻两定子模块上的第一槽口和第三槽口交替分布。
9.根据权利要求1所述一种低振噪的永磁同步电机，其特征在于：所述第一槽口宽度：第二槽口宽度：第三槽口宽度为
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109831049A (zh) * 2019-01-24 2019-05-31 江苏大学 一种非均匀气隙内置v字形式永磁电机转子结构
CN110635594A (zh) * 2019-08-26 2019-12-31 杭州电子科技大学 一种新型电动汽车车用永磁同步电机转子结构
CN112671130A (zh) * 2019-10-15 2021-04-16 上海海立电器有限公司 一种永磁同步电动机的磁环及永磁同步电动机

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