CN207382077U - 内置式永磁同步电机用转子铁芯及电机 - Google Patents

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戴永兵
王凯
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刘闯
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Abstract

本实用新型公开一种内置式永磁同步电机用转子铁芯及内含该转子铁芯的电机。所述转子铁芯外表面被切削为反余弦函数曲线。本实用新型的转子铁芯，电机的气隙磁密中的谐波含量低、齿槽转矩低，转矩波动小。采用本实用新型的内置式永磁同步电机，可以有效提高电机的控制精度。

Description

内置式永磁同步电机用转子铁芯及电机
技术领域
本实用新型属于永磁同步电机技术领域，特别是一种内置式永磁同步电机用转子铁芯及电机。
背景技术
根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机可分为表面式和内置式。内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。
为了获得正弦的气隙磁密，减小转矩脉动，通常需要从本体和控制的角度对电机系统进行优化设计。而转子削极技术作为一种简单实用的方法被广泛采用。转子正弦削极和转子非同心圆削极技术已在表贴式永磁同步电机中有所应用。
然而，上述削极方法用于内置式永磁同步电机，则存在气隙磁密中的谐波含量高、齿槽转矩波动大的问题，降低了电机的控制精度。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种内置式永磁同步电机用转子铁芯，气隙磁密中的谐波含量低、齿槽转矩波动小。
本实用新型的另一目的在于提供一种内置式永磁同步电机，控制精度高。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
一种内置式永磁同步电机用转子铁芯，所述转子铁芯外表面被切削为反余弦函数曲线。
实现本实用新型另一目的的技术解决方案为：
一种内置式永磁同步电机，所述电机包含外表面被切削为反余弦函数曲线的转子铁芯。
优选地，所述转子铁芯外表面的反余弦函数曲线由采用极坐标系的下述公式确定：
式中，lg(θ)为任意位置处的气隙长度，lgd为最小气隙距离，对应为电机d相轴线所在位置的气隙长度，τp为极距的一半，用机械角度表示，角度θ为转子表面偏离d轴的机械角度，d轴是角度θ为0的位置，角度θ的取值范围为(0，τp)。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：
1、气隙磁密中的谐波含量低、齿槽转矩波动小：通过反余弦的转子铁芯结构，使得d轴上方气隙长度最小，越往两边气隙长度越长，从而可以有效地降低气隙磁密中的谐波含量、抑制齿槽转矩和转矩波动。
2、内置式永磁同步电机，控制精度高：由于采用了本实用新型的转子铁芯，降低了谐波含量，减小了转矩波动，从而有利于提高电机的控制精度。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型内置式永磁同步电机用转子铁芯的结构示意图。
图2为反余弦气隙长度在半个极距内随着转子角度变化的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型内置式永磁同步电机用转子铁芯，所述转子铁芯外表面被切削为反余弦函数曲线。
气隙长度从d轴到q轴，随着转子角度呈现反余弦变化，气隙长度由公式(1)确定。如图2所示，所述转子铁芯外表面的反余弦函数曲线由采用极坐标系的下述公式确定：
式中，lg(θ)为任意位置处的气隙长度，lgd为最小气隙距离，对应为电机d相轴线所在位置的气隙长度，τp为极距的一半(用机械角度表示)，角度θ为转子表面偏离d轴的机械角度，d轴是角度θ为0的位置。由于当角度θ等于τp时，气隙长度为无穷大，所以角度θ的取值范围为(0，τp)。
从公式和图2可以看出，当角度为τp时气隙长度为无限大，所以就需要对θ值进行优化，选择一个合适的θ值使得气隙磁密中的谐波含量最小。通过选取不同的θ值在有限元中仿真，对仿真得出的气隙磁密波形进行傅里叶分解并分别计算谐波含量，选择一个最优的θ值。经过有限元优化结果可知，θ值为0.833τp这样所得的气隙磁密最接近正弦。
本实用新型内置式永磁同步电机，所述电机包含如上所述的外表面被切削为反余弦函数曲线的转子铁芯。
本实用新型通过改变内置式永磁同步电机的气隙长度，使得在一个极距范围内气隙长度和转子角度满足反余弦的关系，d轴是转子角度为0的位置，其上方气隙最小，随着角度往两边的增大，气隙长度也随之增加。通过对转子反余弦的削极，可以有效的降低齿槽转矩，减小转矩波动，提升控制精度。

Claims (3)

1.一种内置式永磁同步电机用转子铁芯，其特征在于：所述转子铁芯外表面被切削为反余弦函数曲线；
所述转子铁芯外表面的反余弦函数曲线由采用极坐标系的下述公式确定：
式中，lg(θ)为任意位置处的气隙长度，lgd为最小气隙距离，对应为电机d相轴线所在位置的气隙长度，τp为极距的一半，用机械角度表示，角度θ为转子表面偏离d轴的机械角度，d轴是角度θ为0的位置，角度θ的取值范围为(0，τp)。
2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于：角度θ的取值为0.833τp。
3.一种内置式永磁同步电机，其特征在于：所述电机包含如权利要求1至2之一所述的外表面被切削为反余弦函数曲线的转子铁芯。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821700A (zh) * 2021-01-29 2021-05-18 东南大学盐城新能源汽车研究院 一种双余弦气隙磁通切换伺服电机
CN112865356A (zh) * 2021-01-29 2021-05-28 东南大学盐城新能源汽车研究院 一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机

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