CN201286035Y - 具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为了降低永磁电机的齿槽定位转矩，提供一种具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机。该永磁电机转子采用表贴式磁钢，其特征在于：所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向倾斜设置。本实用新型通过采用转子磁钢倾斜结构来降低永磁电机的定位转矩，使永磁电机具有低转矩波动，保证其精确定位运行和较好的低速运行特性，并且在生产工艺上易于实现，进而降低永磁电机的生产成本。

Description

具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机

技术领域

本实用新型涉及永磁电机技术领域，具体地说，涉及一种具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机。

背景技术

随着永磁无刷直流电机在高性能场合如机器人、舰艇推进器驱动系统、高精度数控机床伺服系统以及生物医学工程中的人工心脏磁悬浮无轴承血泵电机驱动系统等应用的增加，齿槽转矩最小化技术显得日益重要。无论是无刷直流电机的优化设计，还是对其进行转矩的脉动分析，都必须考虑齿槽转矩的影响。

齿槽定位转矩是永磁式电机的固有现象，永磁同步电动机三相绕组不通电，且绕组开路的情况下，用手轻轻转动转子时，会感觉到转子上有一定的作用转矩，该转矩在一圈范围内大小不均匀，且可发现若干定位点，在自然状态下转子即定位在这些点，只有在一定的外界转矩作用下，才能改变转子定位的位置，正因为这样，常常把永磁电动机不通电且绕组开路情况下转动转子的转矩称为定位(detent)转矩。即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，由此趋势会产生一种振荡转矩，也称作齿槽转矩。

齿槽定位转矩的产生来自于转子永磁体与定子齿之间的切向力，是转子永磁体与定子齿槽相互作用的结果。其产生主要源于定子齿槽的存在，永磁转子的磁极与定子齿槽的相对位置不同时，主磁路的磁导不一样，永磁转子趋向定位于磁导最大的位置，即稳定平衡点，电磁转矩为零，偏离时都有回复到该位置的作用转矩，或趋于另一相邻的稳定平衡点，可见转矩的作用方向是交变的，通常所说的定位转矩是指交变幅值。电动机旋转一圈，转矩交变的周期数，即稳定平衡位置数，较多情况等于定子齿(槽)数。定位转矩主要源于定子齿槽，所以也被叫做齿槽(cogging)转矩，或者含义广泛一些叫做齿槽定位转矩。

一般来说，在永磁电动机中，cogging常常成为引起振动、噪声和提高控制精度困难的基本原因。在变速驱动中，当转矩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在位置控制系统中的高精度定位。

目前降齿槽低定位转矩主要有以下几种方法：

1、磁性槽楔法：

采用磁性槽楔就是在电机的定子槽口上涂压一层磁性槽泥，固化后形成具有一定导磁性能的槽楔。磁性槽泥的主要成分是高纯度铁粉和高粘度树脂，其相对于空气的磁导率一般为2-5。磁性槽楔减小了定子槽开口的影响，使定子和转子间的气隙磁导分布更加均匀，从而可减小由于齿槽引起的转矩脉动。然而由于磁性槽楔材料的导磁性能不是很好，因而对于转矩脉动的削弱程度有限。

2、闭口槽法：

采用闭口槽即定子槽不开口，槽口材料与齿部材料相同。因槽口的导磁性能较好，所以闭口槽比磁性槽楔能更有效地消除转矩闭口槽虽然可消除转矩脉动，然而却给绕组嵌线带来极大的不便。同时，采用闭口槽后大大增加了槽漏电抗，增大了电路的时间常数，将影响电机控制系统的动态特性。

3、分数槽法：

当转子磁钢数一定时，定子采用分数槽提高了定子开槽数和转子磁钢数的最小公倍数，亦即提高了齿槽转矩基波的频率。这样，齿槽转矩同样会下降，然而与此同时，电机的平均转矩也下降了，这是因为采用了分数槽后各极下绕组分布不对称而使电机的有效转矩分量抵消了一部分。

4、斜槽法：

定子斜槽法是最为传统的降低齿槽转矩的方法，其机理与分数槽法有相类似之处。将定子槽沿轴向扭斜一个定子槽距，可有效地消除有齿槽引起的力矩波动。斜槽法中定子斜槽一般会影响导体的占槽面积，从而使铜耗增加。且定子斜槽有时会给电机的制造带来不可接受的困难。对于槽数较少、短轴或非重叠绕组的永磁无刷直流电机不适用。另外，斜槽的代价是使电机的结构趋于复杂，并且在一定程度上降低了电机的输出转矩。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了降低永磁电机的齿槽定位转矩，提供一种具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机，所述永磁电机的转子采用表贴式磁钢，其特征在于：所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向倾斜设置。

本实用新型中，所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向的倾斜角范围是：0<θ<360°/Z，其中θ为倾斜角，Z为永磁电机定子槽数，为了达到最佳效果，倾斜角

其中P永磁电机转子极对数。

本实用新型通过采用转子磁钢倾斜结构来降低永磁电机的定位转矩，使永磁电机具有低转矩波动，保证其精确定位运行和较好的低速运行特性，并且在生产工艺上易于实现，进而降低永磁电机的生产成本。

附图说明

图1为本实用新型永磁电机转子的展开示意图。

图2为本实用新型的永磁电机和转子磁钢非倾斜结构的永磁电机齿槽定位转矩对比示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实用新型的永磁同步电机的其他结构与一般的永磁电机相似，且不是本实用新型的主要部分，本领域的技术人员了解其结构，因此不再次累述。

参见图1，为本实用新型永磁电机转子的展开示意图，转子1展开后为矩形结构，转子磁钢2表贴于转子表面，本实施例中的永磁电机为4极，因此转子表面设置有4块磁钢2。图1中，连线3为转子转轴的方向，为了降低齿槽定位转矩，磁钢2相对于连线3倾斜设置，倾斜角为θ，倾斜角θ的范围为：0<θ<360°/Z，其中Z为永磁电机定子槽数，为了达到最佳效果，倾斜角

其中P永磁电机转子极对数，2P即永磁电机转子极数。

这是因为当倾斜角

时，磁钢倾斜的结构对永磁电机齿槽定位转矩的降低效果不是很明显；而当倾斜角时，在降低永磁电机齿槽定位转矩的同时，使得永磁电机电磁转矩的降低，永磁电机定子线负荷增加，容易导致电机负载运行时定子温升过高，进而降低永磁电机的额定运行效率，同时会增加磁钢制造和安装时的困难程度。

参见图2，本实用新型永磁电机的齿槽定位转矩曲线1相对于转子磁钢非倾斜结构的永磁电机齿槽定位转矩曲线2有了明显的改善，说明本实用新型的永磁电机实现了降低齿槽定位转矩的目的。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机，所述永磁电机的转子采用表贴式磁钢，其特征在于：所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向倾斜设置。

2.如权利要求1所述的具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机，其特征在于：所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向的倾斜角θ的范围为：0<θ<360°/定子槽数。

3.如权利要求1所述的具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机，其特征在于：所述表贴式磁钢相对于转子转轴方向的倾斜角

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