CN203984202U - 永磁同步电机及其定子、转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步电机，采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子，在轴向前半部分向一侧扭转倾斜角度，在轴向后半部分再向相反一侧扭转倾斜相同角度，两部分轴向距离相等，由于这两部分的斜槽或斜极采用了不同的倾斜方向，致使其产生的附加轴向力反向，从而于宏观上相互抵消，可以既消除齿槽转矩，也消除附加脉动轴向力，降低了噪声与振动。本实用新型还公开了一种永磁同步电机定子及一种永磁同步电机转子。

Description

永磁同步电机及其定子、转子

技术领域

本实用新型涉及电机，特别涉及一种永磁同步电机及其定子、转子。

背景技术

永磁同步电机的齿槽转矩（Cogging Torque），或称定位转矩（Detent Torque），是电机铁心的齿槽与转子永磁体相互作用而产生的磁阻转矩。由于永磁同步电机定子齿槽的存在，当永磁转子磁极与定子齿槽相对在不同位置时，主磁路的磁导发生了变化。即使电动机绕组不通电，由于齿槽转矩的作用，电机转子有停在圆周上若干个稳定位置的趋向。有：

$T_{\mathrm{cog}}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sin ({\mathrm{kN}}_c\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_k),k=\mathrm{1,2,3}...$    （式1）

式中，T_cog为齿槽转矩；N_c为定子齿数Z与转子极数2p的最小公倍数；θ为转子机械位置角度，为变量；θ_k为相位角。

当电机转子旋转时，齿槽转矩表现成一种附加的脉动转矩，虽然它不会使电机的平均转矩增加或减少，但它会引起速度波动、电机振动与噪声。在变速驱动时，如果齿槽转矩的频率接近系统固有频率，在可能会引起共振和强烈噪声。另外，较大的齿槽转矩也会引起电机启动困难。

目前应用中，降低或消除齿槽转矩的措施有很多种，其中采用斜槽（亦可称斜齿，下同）或斜极是最常见的方法之一。

如上所述，转子每一转出现的齿槽转矩的基波周期数等于N_c，即一个齿槽转矩基波周期对应的机械角θ₁为：

θ₁=360°/N_c    （式2）

因此，如果将定子铁心的齿槽或转子磁极（扭转）倾斜角度θ_sk=iθ₁,i=1,2,3...，即可消除齿槽转矩的基波，但是，选择较大的i值可能会造成电机峰值性能的急剧下降，推荐i＝1。图1为采用斜槽的定子，图2为采用斜极的转子。

对于转子而言，连续倾斜会造成永磁体安装等困难。为了制造工艺上容易实施，也可采用转子分段错位方法模拟斜极的效果，如图3所示，有：

   （式3）

式中，θ_ss为每段错位角度；N_s为转子分段数，为保证分段的意义，应使N_s≥2。

无论定子斜槽，还是转子斜极、分段错位，在消除齿槽转矩的同时，都将会产生附加的轴向力。附加轴向力F_a的大小与主转矩T和斜槽或斜极的角度等有关。有

F_a=sign(θ_sk)·f(T,θ_sk,...)   （式4）

式中，sign(θ_sk)为取θ_sk的符号，即在转子相同旋转方向的前提下，附加轴向力的方向与斜槽或斜极的倾斜方向相关。采用反向的斜槽或斜极角度会造成附加轴向力反向。

实际应用中，主转矩往往有多次谐波成分。附加轴向力由脉动的主转矩产生，同样为脉动力，引起电机的振动与噪声。永磁同步电机采用斜槽或斜极消除齿槽转矩的同时，产生了附加的脉动轴向力，引起振动与噪声。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是降低永磁同步电机的噪声与振动。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的永磁同步电机，包括定子、转子，定子与转子同轴；

所述定子，其齿槽为V形斜槽；

所述转子，其磁极沿平行于轴的方向分布；或者

所述定子，其齿槽沿平行于轴的方向分布；

所述转子，其磁极为V形斜极。

较佳的，所述V形斜槽或V形斜极，轴向前半部分向一侧的扭转倾斜角度等于轴向后半部分向相反一侧的扭转倾斜角度，前半部分、后半部分的轴向距离相等。

较佳的，所述V形斜槽或V形斜极的扭转倾斜角度θ_sk为：

式中，N_c为定子齿数与转子极数的最小公倍数，i为正整数。

较佳的，永磁同步电机的定子齿数为24，转子极数为16，扭转倾斜角度θ_sk为7.5⁰、15⁰、22.5⁰、30⁰、37.5⁰或45⁰。

较佳的，转子的V形斜极，由N_s段组成，N_s为大于等于3的整数。

较佳的，N_s为大于等于3的偶数；

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：j为正整数。

较佳的，N_s为大于等于3的奇数；

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：

j为正整数，N_s'=N_s+1或N_s'=N_s-1，并且N_s'≥4。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的永磁同步电机定子，其齿槽为V形斜槽。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的永磁同步电机转子，其磁极为V形斜极。

本实用新型的永磁同步电机，采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子，在轴向前半部分向一侧扭转倾斜角度θ_sk，在轴向后半部分再向相反一侧扭转倾斜角度θ_sk，两部分轴向距离相等，由于这两部分的斜槽或斜极采用了不同的倾斜方向，致使其产生的附加轴向力反向，从而于宏观上相互抵消，可以既消除齿槽转矩，也消除附加脉动轴向力，降低了噪声与振动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是采用斜槽的定子示意图；

图2是采用斜极的转子示意图；

图3是采用分段错位模拟斜极的转子示意图；

图4是V形斜槽或V形斜极示意图；

图5为永磁同步电机分别采用普通斜极和V形斜极的噪声对比示意图；

图6是分为偶数段的转子的V形斜极示意图；

图7是分为奇数段的转子的V形斜极示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的

实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

永磁同步电机，包括定子、转子，定子与转子同轴；

所述定子，其齿槽为V形斜槽；

所述转子，其磁极沿平行于轴的方向分布；或者

所述定子，其齿槽沿平行于轴的方向分布；

所述转子，其磁极为V形斜极。

较佳的，所述V形斜槽或V形斜极，轴向前半部分向一侧的扭转倾斜角度等于轴向后半部分向相反一侧的扭转倾斜角度，前半部分、后半部分的轴向距离相等。

实施例一的永磁同步电机，如图4所示，采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子，在轴向前半部分向一侧扭转倾斜角度θ_sk，在轴向后半部分再向相反一侧扭转倾斜角度θ_sk，两部分轴向距离相等，由于这两部分的斜槽或斜极采用了不同的倾斜方向，致使其产生的附加轴向力反向，从而于宏观上相互抵消。实施例一的永磁同步电机，采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子，可以既消除齿槽转矩，也消除附加脉动轴向力，降低了噪声与振动。图5为某永磁同步电机分别采用普通斜极和V形斜极的噪声对比。

可以将采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子的永磁同步电机沿轴向平均划为两部分，每部分视为一台小型电机，小型电机内部为采用向一侧倾斜的普通斜槽或斜极方式，对于其中第一台小型电机，其产生的附加轴向力F_a1为：

$F_{a1}=\mathrm{sign}\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk}}\right)f(T_1,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk}},...)=f(\frac{T}{2},{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk},...})$    （式5）

式中，T₁为第一台小型电机的主转矩。

第二台小型电机性能与第一台小型电机完全相同，只是倾斜方向相反，为-θ_sk，则其产生的附加轴向力F_a2为：

$F_{a2}=\mathrm{sign}(-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk}})f(T_2,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk}},...)=-f(\frac{T}{2},{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sk}},...)$    （式6）

式中，T₂为第二台小型电机的主转矩。

则两台小型电机产生的合成附加轴向力F_a为：

F_a=F_a1+F_a2=F_a1+(-F_a1)=0   （式7）

可以看出，理论上采用V形斜槽的定子或V形斜极的转子的永磁同步电机附加轴向力被完全消除。

实施例二

基于实施例一的永磁同步电机，所述V形斜槽或V形斜极的扭转倾斜角度θ_sk为：

   （式8）

式中，N_c为定子齿数Z与转子极数2p的最小公倍数，i为正整数。但是，选择较大的i值可能会造成电机峰值性能的急剧下降，推荐i＝1。

例如，某永磁同步电机拟采用V形斜槽的定子方案，其定子齿数Z=24，转子极数2p=16，则其倾斜角度θ_sk为：

i可取1、2、3、4、5、6……,θ_sk可取7.5⁰、15⁰、22.5⁰、30⁰、37.5⁰、45⁰……。

实施例三

基于实施例一的永磁同步电机，如图6、图7所示，转子的V形斜极，由N_s段组成，N_s为大于等于3的整数。

实施例三的永磁同步电机，使转子的斜极V形分段错位，可以模仿V形斜极。为了保证附加轴向力的完全抵消，转子的分段数N_s应尽量选择为偶数，为保证分段的意义，Ns为偶数时应有Ns>=3，如图6所示，应使转子的斜极每段错位角度θ_ss为：

   （式9）

但是，选择较大的j值可能会造成电机峰值性能的急剧下降，推荐j＝1。

例如，某永磁同步电机拟采用转子的斜极V形分段错位方案，其定子齿数Z=36，转子极数2p=24，转子的分段数N_s=6则转子每段错位角度θ_ss为：

θ_ss可取1.6667°、3.3333°、5°……。

若使用转子V形分段错位的方法时，因实际应用条件N_s无法取偶数，为保证分段的意义，Ns为奇数时应有Ns>=3，如图7所示，则应先令N_s'=N_s+1或N_s'=N_s-1获得偶数N_s'，且N_s'≥4，此时的转子每段错位角度θ_ss为：

   （式10）

值得注意的是，在这种应用情况下，由于转子的V形斜极未被平均划分为两段，致使齿槽转矩和附加轴向力不能够被完全消除。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种永磁同步电机，包括定子、转子，定子与转子同轴；其特征在于， 

所述定子，其齿槽为V形斜槽； 

所述转子，其磁极沿平行于轴的方向分布；或者 

所述定子，其齿槽沿平行于轴的方向分布； 

所述转子，其磁极为V形斜极； 

所述V形斜槽或V形斜极，轴向前半部分向一侧的扭转倾斜角度等于轴向后半部分向相反一侧的扭转倾斜角度，前半部分、后半部分的轴向距离相等。 

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于， 

所述V形斜槽或V形斜极的扭转倾斜角度θ_sk为： 

式中，N_c为定子齿数与转子极数的最小公倍数，i为正整数。 

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于， 

i为1。 

4.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于， 

永磁同步电机的定子齿数为24，转子极数为16，扭转倾斜角度θ_sk为7.5°、15°、22.5°、30°、37.5°或45°。 

5.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于， 

转子的V形斜极，由N_s段组成，N_s为大于等于3的整数。 

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于， 

N_s为大于等于3的偶数； 

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：j为正整数。 

7.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于， 

N_s为大于等于3的奇数； 

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：

j为正整数，N′_s＝N_s+1或N′_s＝N_s-1，并且N′_s≥4。 

8.根据权利要求6或所述的永磁同步电机，其特征在于， 

j为1。 

9.一种永磁同步电机定子，其特征在于， 

所述定子，其齿槽为V形斜槽； 

所述V形斜槽，轴向前半部分向一侧的扭转倾斜角度等于轴向后半部分向相反一侧的扭转倾斜角度，前半部分、后半部分的轴向距离相等。 

10.根据权利要求9所述的永磁同步电机定子，其特征在于， 

所述V形斜槽的扭转倾斜角度θ_sk为：

式中，N_c为定子齿数与转子极数的最小公倍数，i为正整数。 

11.根据权利要求10所述的永磁同步电机定子，其特征在于， 

i为1。 

12.一种永磁同步电机转子，其特征在于， 

所述转子，其磁极为V形斜极； 

所述V形斜极，轴向前半部分向一侧的扭转倾斜角度等于轴向后半部分向相反一侧的扭转倾斜角度，前半部分、后半部分的轴向距离相等。 

13.根据权利要求12所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

所述V形斜极的扭转倾斜角度θ_sk为： 

式中，N_c为定子齿数与转子极数的最小公倍数，i为正整数。 

14.根据权利要求13所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

i为1。 

15.根据权利要求13所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

转子的V形斜极，由N_s段组成，N_s为大于等于3的整数。 

16.根据权利要求15所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

N_s为大于等于3的偶数； 

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：j为正整数。 

17.根据权利要求15所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

N_s为大于等于3的奇数； 

转子的斜极每段错位角度θ_ss为：

j为正整数，N′_s＝N_s+1或N′_s＝N_s-1，并且N′_s≥4。 

18.根据权利要求16或17所述的永磁同步电机转子，其特征在于， 

j为1。