CN110098678B - 一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，包括轴、转子铁芯和若干个永磁体，若干个永磁体沿圆周方向均匀固定在转子铁芯的外周表面，轴穿装固定在转子铁芯上，永磁无刷电机的极对数为P，则永磁体的个数为2P,转子铁芯2的直径为D，转子铁芯2的外周具有供永磁体3固定的配合面4，每个永磁体3具有底部的安装面5和顶部的圆弧面6，且圆弧面6顶部与安装面5之间的距离为h，则K为调整系数，1.9<K<2.1。本发明能够进一步降低扭矩波动，适用于刹车系统。

Description

一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机转子结构，特别涉及一种正弦波控制的刹车系统用永磁无刷电机转子结构。
背景技术
刹车系统使用的是正弦波控制的永磁无刷电机，电机反电势低次奇数次谐波如3次和5次谐波幅值和转矩波动有密切关系，即正弦波控制的永磁同步电机如果反电势谐波含量高会引起电机转矩脉动，震动噪声明显升高。反电势谐波含量直接关系到电机的震动和噪声。刹车系统对电机的要求是低反电势谐波含量、低转矩脉动，而反电势谐波含量和永磁体位置和形状有密切关系，这就对永磁体的形状提出了很高的要求，永磁体的厚度如果过高或过低都会造成反电势低次奇数次谐波幅值升高，厚度过高还会造成永磁体材料浪费，过低还会造成气隙磁通降低从而电机输出功率下降。
齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和定子铁心之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的，齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。转子斜极可以抑制齿槽转矩但同时也会降低气隙磁通从而降低输出功率。选择合适的转子斜极角度具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，包括轴、转子铁芯和若干个永磁体，若干个永磁体沿圆周方向均匀固定在转子铁芯的外周表面，轴穿装固定在转子铁芯上，永磁无刷电机的极对数为P，则永磁体的个数为2P,转子铁芯2的直径为D，转子铁芯2的外周具有供永磁体3固定的配合面4，每个永磁体3具有底部的安装面5和顶部的圆弧面6，且圆弧面6顶部与安装面5之间的距离为h，则K为调整系数，1.9<K<2.1。
转子铁芯的直径D小于等于50mm。
转子铁芯由X段结构相同的副转子铁芯7构成，X为整数。
X为3，则转子铁芯2由3段结构相同的副转子铁芯7构成。
相邻两段副转子铁芯之间的斜极角度N为2°。
本发明的转子采用斜极结构，能够使得反电势谐波含量低，电机齿槽力低，扭矩波动小，适用于刹车系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明转子铁芯2的正投影面示意图；
图3是本实用新型副转子铁芯7的正投影面示意图；
图4是本发明永磁体3的正投影面示意图；
图5是本发明转子铁芯2长度结构示意图；
表1为model1、model2、model3反电势线电压谐波幅值。
具体实施方式
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。
参照图1-5，一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，包括轴1、转子铁芯2和若干个永磁体3，若干个永磁体3沿圆周方向均匀固定在转子铁芯2的外周表面，轴1穿装固定在转子铁芯2上，永磁无刷电机的极对数为P，则永磁体3的个数为2P,转子铁芯2的直径为D，转子铁芯2的外周具有供永磁体3固定的配合面4，,每个永磁体3具有底部的安装面5和顶部的圆弧面6，且圆弧面6顶部与安装面5之间的距离为h，则K为调整系数，1.9<K<2.1。
转子铁芯2的直径D小于等于50mm。
转子铁芯2由X段结构相同的副转子铁芯7构成，X为整数。
X为3，则转子铁芯2由3段结构相同的副转子铁芯7构成。
相邻两段副转子铁芯7之间的斜极角度N为2°而转子铁芯2由3段结构相同的副转子铁芯7构成，因此转子铁芯2的总斜极角度为6°。
实际使用时，转子铁芯2的总长度L1是大于定子铁芯总长度的，优选的，副转子铁芯7的长度为L2,且每段副转子铁芯7的长度为定子铁芯总长度的0.35倍。
而调整系数K如何选取最佳值，可以参考表1，
表1
在表1中，model2中定子槽数为12，永磁无刷电机的极对数为P为4，永磁体的个数2P为8,转子铁芯的直径D为42.8mm，而转子铁芯总长度为34mm，则h的高度为1.9<K<2.1,即K＝1.96；model2电机反电势低次奇数次3次谐波含量为9.39*10-6/6.5，5次谐波含量为0.0026/6.5；
而model1中设定K＝1.78其它条件同model2,则电机反电势低次奇数次3次谐波含量为2.85*10-5/6.29，5次谐波含量为0.00298/6.29；
model3中设定K＝2.15其它条件同model2,则电机反电势低次奇数次3次谐波含量为3.25*10-5/6.67，5次谐波含量为0.00289/6.67，由此可见，当K小于1.9或大于2.1时，在同等条件下和电机转矩波动相关的电机反电势低次奇数次谐波3次和5次谐波含量就会升高，导致电机震动和噪声也相应增加。
进一步model2中转子铁芯的长度为34.5mm，与转子铁芯相配合的定子铁芯长度为33mm。转子采用斜极结构，总斜极角度为6°。转子铁芯分为3段，每段的长度为定子铁芯长度的0.35倍为11.5mm,本发明能够进一步在保证输出900rpm,4.5Nm时电机齿槽力小于0.03Nm，适用于刹车系统。
需要说明的是，本发明计算结果采用了4舍5入的方法，使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，发明人在此不再详述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，包括轴（1）、转子铁芯（2）和若干个永磁体（3），若干个永磁体（3）沿圆周方向均匀固定在转子铁芯（2）的外周表面，轴（1）穿装固定在转子铁芯（2）上，永磁无刷电机的极对数为 P，则永磁体（3）的个数为 2P,转子铁芯（2）的直径为 D，其特征在于：转子铁芯（2）的外周具有供永磁体（3）固定的配合面（4），每个永磁体（3）具有底部的安装面（5）和顶部的圆弧面（6），且圆弧面（6）顶部与安装面（5）之间的距离为h，则，K 为调整系数，1.9<K<2.1；转子铁芯（2）的直径 D 小于等于50mm；转子铁芯（2）由 X 段结构相同的副转子铁芯（7）构成，X 为整数。
2.根据权利要求 1 所述的一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，其特征在于，X为3，则转子铁芯（2）由 3 段结构相同的副转子铁芯（7）构成。
3.根据权利要求 1 所述的一种刹车系统用永磁无刷电机转子结构，其特征在于，相邻两段副转子铁芯（7）之间的斜极角度N为 2°。
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