CN110112849A - 一种分段斜极式eps无刷电机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴、转子铁芯和磁钢，磁钢贴装固定在转子铁芯的表面，且磁钢和转子铁芯的轴向中心对齐，转轴穿装在转子铁芯上，转子铁芯的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。本发明能够使电机的齿槽转矩最低，减少了磁钢轴向漏磁，进一步保证了最低齿槽转矩的情况下电机仍具有高功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机转子，特别涉及一种分段斜极式EPS无刷电机转子。
背景技术
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。EPS系统要求电机的齿槽转矩尽量小,可以采取分段斜极的方法来抑止齿槽转矩，如申请号为201210079014.8发明专利“一种分段斜极靴式永磁电机转子”公开了一种绕转轴相邻的转子铁芯和磁钢旋转错开θ角度轴向叠加的转子结构，θ=360°/[N*LCM(Z,2P)]，N为分段数，Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，这种公式没有分情况计算，实际最优值不一定就是计算值，有可能在计算值附近，机械的套用这个公式，电机的非线性因素如漏磁造成电机反电势谐波特别是低次且奇数次5次谐波含量升高，5次谐波含量关系到电机的转矩波动。EPS系统对电机扭矩波动有较高要求，所以EPS无刷永磁电机常会对反电势5次谐波含量做严格的规定。特别在分段数较少的情况下，如N为1-3时，斜槽系数会小于斜极系数会小于斜槽系数。相邻两个分段轴向相异的磁钢接触部分漏磁严重，如申请号为201610475182.7发明专利“一种分段斜极转子及其电机”公开了一种绕转轴相邻的转子铁芯和磁钢旋转错开θ角度轴向叠加的转子结构，θ=β*180°/[N*LCM(Z,2P)]，Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，0.53≥β≥0.4,虽然引入了调整系数，这个方案的前提条件是N为2或3的情况。在N＞3时，方案没有说明，在实际使用时，N大部分是大于3的。
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，而提出的一种分段斜极式EPS无刷电机转子。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴、转子铁芯和磁钢，磁钢贴装固定在转子铁芯的表面，且磁钢和转子铁芯的轴向中心对齐，转轴穿装在转子铁芯上，转子铁芯的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
当转子铁芯的数量1＜N≤3时，每段转子铁芯的长度为L，磁钢的长度为β*L，β为调整系数，且0.8＜β小于0.98。
转子铁芯的数量1＜N≤3时，磁钢轴向的相异极性接触部分裁去悬空，裁去悬空部分的长度为γ*L，γ为调整系数，0.01＜γ＜0.1。
转子铁芯的数量1＜N≤3时，相邻两段转子铁芯之间具有硅钢圈和铜圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用了调整系数α， 且最优值由软件参数化仿真的方法获取，对电机进行分类并引入调整系数即可，避免了机械利用公式而失去最优值的情况，可以使电机的齿槽转矩较小时反电势5次谐波含量也较低。
而当转子铁芯的数量1＜N≤3时，磁钢轴向的相异极性接触部分会变长，造成相异极性部分漏磁严重，而本发明具有以下防漏磁措施：
即每段转子铁芯的长度为L，磁钢的长度为β*L，β为调整系数，且0.8＜β小于0.98，这样磁钢轴向的相异极性部分就会出现一定气隙，空气的磁阻比较大，根据磁通通过磁阻最小的路径原理来降低漏磁。还可以避免由于公差累积磁钢长度大于转子铁芯导致磁钢被压坏；
进一步的，磁钢轴向的相异极性接触部分裁去悬空，裁去悬空部分的长度为γ*L，γ为调整系数，0.01＜γ＜0.1，这种方法也能使得磁钢轴向的相异极性部分就会出现一定气隙，空气的磁阻比较大，根据磁通通过磁阻最小的路径原理来降低漏磁；
而值得一提的是，相邻两段转子铁芯之间具有硅钢圈和铜圈，硅钢的磁阻最小，可以感应掉大部分的磁漏，而铜的相对磁导率接近空气，可以将未被感应的漏磁唱通过涡流效应消耗掉。优选的，邻两段转子铁芯之间具有硅钢圈和铜圈的同时，还可以具有塑料圈，利用塑料的磁阻比较大接近于空气，可以增加此路的磁阻，进一步的，当邻两段转子铁芯之间仅具有硅钢圈和铜圈时，与转子铁芯和磁钢的接触部分为铜圈，中间为硅钢圈，而当邻两段转子铁芯之间还具有塑料圈时，与转子铁芯和磁钢的接触部分为塑料圈，中间为硅钢圈，最里层为铜圈。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明实施例二的立体结构示意图；
图4为图3的局部放大示意图；
图5为本发明实施例三的立体结构示意图；
图6为图5的局部放大示意图；
图7为本发明实施例四的立体结构示意图；
图8为图7的局部放大示意图。
图9为本发明实施例一的电机反电势线电压波形；
图10为本发明实施例一的电机磁密云图；
图11为本发明实施例一的电机磁力线走势图。
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。
实施例一：
参照图1-2，一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴1、转子铁芯2和磁钢3，磁钢3贴装固定在转子铁芯2的表面，且磁钢3和转子铁芯2的轴向中心对齐，转轴1穿装在转子铁芯2上，转子铁芯2的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯2旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
当转子铁芯2的数量1＜N≤3时，每段转子铁芯2的长度为L，磁钢3的长度为β*L，β为调整系数，且0.8＜β小于0.98。
转子铁芯2的数量1＜N≤3时，磁钢3轴向的相异极性接触部分裁去悬空，裁去悬空部分的长度为γ*L，γ为调整系数，0.01＜γ＜0.1。
转子铁芯2的数量1＜N≤3时，相邻两段转子铁芯2之间具有硅钢圈4和铜圈5。
N取4，绕转轴相邻的转子铁芯和磁钢旋转错开θ角度轴向叠加。12槽8极为分数槽类别，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]=4.83°， Z为定子槽数取12，P为电机极对数取4，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数为24，α为调整系数， 0.9<α<1.3, α经过软件参数化仿真的方法获取为1.28，每段转子铁芯的长度L为11.1mm,每段磁钢的长度β*L为10.875,β为调整系数，0.8<β<0.98，β最终取0.98。这种用于EPS系统的电机齿槽转矩小于0.025Nm，额定输出转速为830rpm时转矩为3.93N.m,额定功率达到340W，扭矩波动小于0.28N.m。满足EPS系统的需求，本方案反电势5次谐波含量为0.00305/7.01。但是如果采用申请号为201210079014.8发明专利“一种分段斜极靴式永磁电机转子”中的方案θ=360°/[N*LCM(Z,2P)]=3.75°则反电势5次谐波含量为0.00864/7.23，高于本方案。
实施例2：
参照图3-4，一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴1、转子铁芯2和磁钢3，磁钢3贴装固定在转子铁芯2的表面，且磁钢3和转子铁芯2的轴向中心对齐，转轴1穿装在转子铁芯2上，转子铁芯2的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯2旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
当转子铁芯2的数量1＜N≤3时，每段转子铁芯2的长度为L，磁钢3的长度为β*L，β为调整系数，且0.8＜β小于0.98。
实施例3：
参照图5-6，一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴1、转子铁芯2和磁钢3，磁钢3贴装固定在转子铁芯2的表面，且磁钢3和转子铁芯2的轴向中心对齐，转轴1穿装在转子铁芯2上，转子铁芯2的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯2旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
转子铁芯2的数量1＜N≤3时，磁钢3轴向的相异极性接触部分裁去悬空，裁去悬空部分的长度为γ*L，γ为调整系数，0.01＜γ＜0.1。
实施例4：
如图7-8所示，一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴1、转子铁芯2和磁钢3，磁钢3贴装固定在转子铁芯2的表面，且磁钢3和转子铁芯2的轴向中心对齐，转轴1穿装在转子铁芯2上，转子铁芯2的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯2旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
转子铁芯2的数量1＜N≤3时，相邻两段转子铁芯2之间具有硅钢圈4和铜圈5。
本方案的计算结果采用4舍5入，并采用适合实际工程的具体数值，塑料的磁阻比较大接近于空气，增加磁路的磁阻，硅钢的磁阻最小可感应掉大部分漏磁，铜的相对磁导率接近空气，可以将未被感应的漏磁场通过涡流效应消耗掉也是本领域技术人员的公知常识，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种分段斜极式EPS无刷电机转子，包括转轴（1）、转子铁芯（2）和磁钢（3），磁钢（3）贴装固定在转子铁芯（2）的表面，且磁钢（3）和转子铁芯（2）的轴向中心对齐，转轴（1）穿装在转子铁芯（2）上，其特征在于：转子铁芯（2）的数量为N，且N＞1，相邻两段转子铁芯（2）旋转错开有轴向叠加的角度θ，对于分数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/[N*LCM(Z,2P)]，对于整数槽EPS无刷电机，θ=α*360°/（N*Z），Z为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z,2P)为Z和2P的最小公倍数，α为调整系数，0.9＜α小于1.3。
2.根据权利要求1所述的一种分段斜极式EPS无刷电机转子，其特征在于，当转子铁芯（2）的数量1＜N≤3时，每段转子铁芯（2）的长度为L，磁钢（3）的长度为β*L，β为调整系数，且0.8＜β小于0.98。
3.根据权利要求1所述的一种分段斜极式EPS无刷电机转子，其特征在于，转子铁芯（2）的数量1＜N≤3时，磁钢（3）轴向的相异极性接触部分裁去悬空，裁去悬空部分的长度为γ*L，γ为调整系数，0.01＜γ＜0.1。
4.根据权利要求1所述的一种分段斜极式EPS无刷电机转子，其特征在于，转子铁芯（2）的数量1＜N≤3时，相邻两段转子铁芯（2）之间具有硅钢圈（4）和铜圈（5）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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