CN113809851B - 一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，包括定子、第一转子盘和第二转子盘，定子位于第一转子盘和第二转子盘之间，第一转子盘和第二转子盘同轴设置，第一转子盘包括第一转子铁心和多个第一永磁体；第二转子盘包括第二转子铁心和多个第二永磁体；多个永磁体在转子铁心的周向上均匀布置且相邻永磁体的极弧系数不相等；每一第一永磁体对应一与其相对设置的第二永磁体；第一永磁体的中心线与对应第二永磁体的中心线在同一中心面上且第一永磁体与对应第二永磁体的极弧系数不相等。通过采用不等极弧系数的双转子的永磁体组合的方法，使得双转子的转矩波动相互抵消，实现了齿槽转矩与转矩脉动的降低，改善电机的运行状况，减少噪音的产生。

Description

一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，特别是涉及一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机。
背景技术
现如今永磁电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁电机都扮演着十分重要的角色，这主要得益于永磁电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。虽然永磁电机拥有一系列的优点，但对于要求苛刻的高性能应用，如电动转向系统、伺服电机、风力发电机、电动汽车驱动系统等应用仍然面临许多困难。这些应用对电机的工作稳定性方面提出了很高的要求。电机转子是产生磁场的机械结构，电机转子为了产生磁场可在电机转子上设计绕组并通电或直接在转子上装永磁体，永磁同步电机就是利用永磁体的特性直接产生磁场。在现有使用的永磁电机转子结构中，存在电机转矩波动大、噪声大等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，能够降低转矩脉动。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，包括定子、第一转子盘和第二转子盘，定子位于所述第一转子盘和所述第二转子盘之间，所述第一转子盘和所述第二转子盘同轴设置；
所述第一转子盘包括：第一转子铁心和多个第一永磁体；所述多个第一永磁体在所述第一转子铁心的周向上均匀布置，且相邻所述第一永磁体的极弧系数不相等；
所述第二转子盘包括：第二转子铁心和多个第二永磁体；所述多个第二永磁体在所述第二转子铁心的周向上均匀布置，且相邻所述第二永磁体的极弧系数不相等；
每一所述第一永磁体对应一与其相对设置的第二永磁体；所述第一永磁体的中心线与对应第二永磁体的中心线在同一中心面上，且所述第一永磁体与对应第二永磁体的极弧系数不相等，其中，所述中心面为过所述第一永磁体的中心线、所述第二永磁体的中心线以及所述第一转子盘的轴线的平面。
可选的，所述极弧系数分别为α和β，所述α为N极的极弧系数，所述β为S极的极弧系数，根据
Figure BDA0003267853240000021
所述α和β通过Brn＝0来确定；
其中，Brn为气隙磁密的n次谐波；Br为永磁体剩余磁化强度；n为使得
Figure BDA0003267853240000022
为整数的整数；p为永磁体极对数；z为定子槽数。
可选的，所述永磁体为内置式永磁体。
可选的，所述永磁体为表贴式永磁体。
可选的，所述永磁体为轴向充磁的永磁体。
可选的，所述永磁体形状为扇形。
可选的，所述定子的定子铁心为无轭部定子铁心。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开的一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，包括定子、第一转子盘和第二转子盘，定子位于第一转子盘和第二转子盘之间，第一转子盘和第二转子盘同轴设置，第一转子盘包括第一转子铁心和多个第一永磁体；多个第一永磁体在第一转子铁心的周向上均匀布置，且相邻第一永磁体的极弧系数不相等；第二转子盘包括第二转子铁心和多个第二永磁体；多个第二永磁体在第二转子铁心的周向上均匀布置，且相邻第二永磁体的极弧系数不相等；每一第一永磁体对应一与其相对设置的第二永磁体；第一永磁体的中心线与对应第二永磁体的中心线在同一中心面上，且第一永磁体与对应第二永磁体的极弧系数不相等，其中，中心面为过第一永磁体的中心线、第二永磁体的中心线以及第一转子盘的轴线的平面。通过采用不等极弧系数的双转子的永磁体组合的方法，使得双转子的转矩波动相互抵消，实现了齿槽转矩与转矩脉动的降低，改善电机的运行状况，减少噪音的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为不等极弧转子盘拓扑结构图；
图2为不等极弧转子盘轴向示意图；
图3为不等极弧转子盘径向示意图；
图4为不等极弧永磁体排列及磁路原理图；
图5为表贴式不等极弧组合轴向电机示意图；
图6为内置式不等极弧组合轴向电机示意图；
图7为单个转子极弧不等与相等时齿槽转矩对比图；
图8为单个转子极弧不等与相等时转矩脉动对比图。
符号说明：
转子铁心—1，永磁体—2，定子铁心—3，线圈—4。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，能够降低转矩脉动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供的一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，包括定子、第一转子盘和第二转子盘，定子位于第一转子盘和第二转子盘之间，第一转子盘和第二转子盘同轴设置。
如图1、图2和图3所示，第一转子盘包括第一转子铁心和多个第一永磁体；多个第一永磁体在第一转子铁心的周向上均匀布置，且相邻第一永磁体的极弧系数不相等；第二转子盘包括第二转子铁心和多个第二永磁体；多个第二永磁体在第二转子铁心的周向上均匀布置，且相邻第二永磁体的极弧系数不相等。
每一第一永磁体对应一与其相对设置的第二永磁体；第一永磁体的中心线与对应第二永磁体的中心线在同一中心面上，且第一永磁体与对应第二永磁体的极弧系数不相等，其中，中心面为过第一永磁体的中心线、第二永磁体的中心线以及第一转子盘的轴线的平面。具体的，永磁体2为轴向充磁的永磁体2；可选的，永磁体2形状为扇形。
具体的，第一永磁体包括N极永磁体和S极永磁体，N极永磁体和S极永磁体在第一转子铁心的周向上交替布置；第二永磁体包括N极永磁体和S极永磁体，N极永磁体和S极永磁体在第二转子铁心的周向上交替布置；第一永磁体为N极永磁体时，与其相对设置的第二永磁体为S极永磁体；第一永磁体为S极永磁体时，与其相对设置的第二永磁体为N极永磁体。
如图4所示，定子的定子铁心3为无轭部定子铁心3。
具体的，本实施例的不等极弧组合的双转子盘包括：转子铁心1、轴向充磁永磁体2，两个转子盘以永磁体2面相对的方式安装在转轴上，两个转子盘同轴安装在转轴上，每个转子盘由转子铁心1、永磁体2组成。
如图5所示，本实施例采用的是表贴式轴向充磁永磁体2，永磁体2贴在转子铁心1上，同一个转子盘上的相邻的两个永磁体2极弧系数分别为α和β，两个转子盘上相对的两个永磁体2中心线重合，而且相对的两个永磁体2的极弧系数不同。在保持传统电机基本电磁特性的同时，可以使内外转子的齿槽转矩波动相互抵消，减小转矩脉动，降低噪声。
如图6所示，本实施例的永磁体2类型可以为内置式，永磁体2形状也不限于扇形，永磁体2的数量也没有限制，同一个转子盘上的相邻的两个永磁体2极弧系数分别为α和β，两个转子盘上相对的两个永磁体2中心线重合，而且相对的两个永磁体2的极弧系数不同。
本实施例提供的不等极弧的轴向磁场电机，可以优化永磁体极弧系数α、β来使得单个转子的齿槽转矩降低。通过计算公式选取合适的α和β，可以使得气隙磁密与齿槽转矩有关的谐波分量变为0。
具体的，不等极弧系数的永磁同步电机的气隙磁密的傅里叶表达式为：
Figure BDA0003267853240000051
Figure BDA0003267853240000052
Figure BDA0003267853240000053
其中，Br为永磁体剩余磁化强度；Br(θ)为沿圆周方向径向的气隙磁密；θ为空间电角度；Br0为永磁体剩磁的傅里叶分解直流分量；p为永磁体极对数；L为电枢铁心的轴向长度；μ0为真空磁导率；R1为电机外半径；R2为电机内半径；Gn为第n次傅里叶系数；z为定子槽数；n为使得
Figure BDA0003267853240000054
为整数的整数(满足条件的n有很多个，一般取最低次的n)；Tcog为齿槽转矩；Brn为气隙磁密的n次谐波；α为N极的极弧系数；所述β为S极的极弧系数。
从
Figure BDA0003267853240000055
可以看出通过降低气隙磁密的n次谐波，可以使得齿槽转矩降低。低次的谐波对齿槽转矩的影响更大，因此通过解Brn＝0来确定α和β的值。
进一步的，α和β可以通过Brn＝0来确定：
Figure BDA0003267853240000061
更进一步的，n为使得
Figure BDA0003267853240000062
为整数的整数，Brn＝0，可以得出
Figure BDA0003267853240000063
下面以6极30槽电机为例进一步的对极弧系数α和β的确定方式进行说明。
若要使电机齿槽转矩降到最小，必须使Brn＝0，n为使得
Figure BDA0003267853240000064
为整数得的整数(满足条件的n有很多个，一般取最低次的n)，
Figure BDA0003267853240000065
其中z为30，因为电机是6极电机，所以有3对极，则p为3，得到n＝10k,k＝1,2,3......，所以Br10k＝0,k＝1,2,3......,将最低次数的谐波降为0。选择其中的一个磁极的极弧系数为自变量，通过使Br10k＝0确定另一个磁极的极弧系数。
该电机为相等极弧系数的电机，且原极弧系数为0.7，当电机将极弧系数调整为不相等时，使一个磁极的极弧系数为0.6，根据
Figure BDA0003267853240000066
可以计算得出另一个磁极的极弧系数为0.8。以α和β其中任一个磁极的极弧系数为已知量，另一个极弧系数为自变量，可以得到不同的α和β的组合方式，根据不同的α和β的组合方式，从中挑选出最佳方案，从而确定α和β的值。
如图7和图8所示，单个转子的齿槽转矩降低，从而使得两个转子的齿槽转矩波动相互抵消后，总体的齿槽转矩会更低。
本发明通过采用不等极弧系数的永磁体组合的方法，使得双转子的转矩波动相互抵消，实现了齿槽转矩与转矩脉动的降低，改善电机的运行状况，减少噪音的产生。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，包括定子、第一转子盘和第二转子盘，所述定子位于所述第一转子盘和所述第二转子盘之间，所述第一转子盘和所述第二转子盘同轴设置，其特征在于，
所述第一转子盘包括：第一转子铁心和多个第一永磁体；所述多个第一永磁体在所述第一转子铁心的周向上均匀布置，且相邻所述第一永磁体的极弧系数不相等；
所述第二转子盘包括：第二转子铁心和多个第二永磁体；所述多个第二永磁体在所述第二转子铁心的周向上均匀布置，且相邻所述第二永磁体的极弧系数不相等；
每一所述第一永磁体对应一与其相对设置的第二永磁体；所述第一永磁体的中心线与对应第二永磁体的中心线在同一中心面上，且所述第一永磁体与对应第二永磁体的极弧系数不相等，其中，所述中心面为过所述第一永磁体的中心线、所述第二永磁体的中心线以及所述第一转子盘的轴线的平面；
所述极弧系数分别为α和β，所述α为N极的极弧系数，所述β为S极的极弧系数，根据
Figure FDA0003801289240000011
所述α和β通过Brn＝0来确定；
其中，Brn为气隙磁密的n次谐波；Br为永磁体剩余磁化强度；n为使得
Figure FDA0003801289240000012
为整数的整数；p为永磁体极对数；z为定子槽数；
所述定子的定子铁心为无轭部定子铁心。
2.根据权利要求1所述的不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述永磁体为内置式永磁体。
3.根据权利要求1所述的不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述永磁体为表贴式永磁体。
4.根据权利要求1所述的不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述永磁体为轴向充磁的永磁体。
5.根据权利要求1所述的不等极弧系数的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述永磁体形状为扇形。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115313718B (zh) * 2022-08-29 2023-07-14 天津大学 一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机
CN115833513B (zh) * 2023-01-09 2023-07-11 中山大洋电机股份有限公司 一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414301A (zh) * 2013-08-15 2013-11-27 南京信息工程大学 一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机
CN204361870U (zh) * 2015-02-04 2015-05-27 河南理工大学 一种无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机
CN204559342U (zh) * 2014-12-24 2015-08-12 江苏交科能源科技发展有限公司 永磁体分段pwm排列正弦波盘式电机
CN110022043A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 江苏大学 一种整数槽分布绕组虚拟极轮辐式永磁同步电机及其低脉动设计方法
CN110098703A (zh) * 2019-04-24 2019-08-06 江苏大学 一种降低连续极永磁同步电机转矩纹波的方法
CN110311526A (zh) * 2019-07-23 2019-10-08 广东工业大学 一种定子无磁轭轴向磁通永磁电机
CN211744167U (zh) * 2020-03-28 2020-10-23 华中科技大学 一种基于双向斜极的转子结构
CN112564346A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 东南大学 一种高转矩密度轴向磁场永磁电机转子结构及其电机
CN113381540A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 南京理工大学 一种轴向磁通电机内置式永磁转子结构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414301A (zh) * 2013-08-15 2013-11-27 南京信息工程大学 一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机
CN204559342U (zh) * 2014-12-24 2015-08-12 江苏交科能源科技发展有限公司 永磁体分段pwm排列正弦波盘式电机
CN204361870U (zh) * 2015-02-04 2015-05-27 河南理工大学 一种无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机
CN110098703A (zh) * 2019-04-24 2019-08-06 江苏大学 一种降低连续极永磁同步电机转矩纹波的方法
CN110022043A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 江苏大学 一种整数槽分布绕组虚拟极轮辐式永磁同步电机及其低脉动设计方法
CN110311526A (zh) * 2019-07-23 2019-10-08 广东工业大学 一种定子无磁轭轴向磁通永磁电机
CN211744167U (zh) * 2020-03-28 2020-10-23 华中科技大学 一种基于双向斜极的转子结构
CN112564346A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 东南大学 一种高转矩密度轴向磁场永磁电机转子结构及其电机
CN113381540A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 南京理工大学 一种轴向磁通电机内置式永磁转子结构

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