CN208174384U - 一种采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构 - Google Patents
一种采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，包括有转子铁芯，在转子铁芯上设有若干对磁钢槽，磁钢槽中设置永磁体形成若干对磁极，每个磁极之间具有磁桥，在转子铁芯的圆周表面上开设有若干凹槽，通过不断调整凹槽的大小和位置，使气隙磁场谐波的总量降到最少；每个磁极设有两个凹槽，同一个磁极的两个凹槽关于d轴对称。本实用新型通过在转子表面设计凹槽，产生非均匀气隙，不仅提高气隙磁场的正弦度，同时可以降低电机的转矩脉动和齿槽转矩；与采用转子斜极或定子斜槽的方法降低转矩脉动相比，采用该结构的转子更加牢固，降低转矩脉动更加有效，定子直槽嵌线更方便，降低了电机的生产工艺难度。
Description
技术领域
本实用新型涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种用于内嵌式永磁电机的V形IPM转子结构。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、功率密度大、运行可靠等优点，近年来得到广泛应用。永磁同步电机的电磁设计，除了确定合适的电密、磁密、额定转速等参数，提高气隙磁场的正弦度，以此降低齿槽转矩和转矩脉动也是一项重要的设计指标；因为齿槽转矩和转矩脉动，决定电机的噪音和振动大小。
永磁电机在进行电磁设计时，首先根据功率大小和安装尺寸确定铁芯的外径和厚度；在设计好额定功率、额定转速、峰值功率、峰值转速参数后，就要进行转子磁钢相关参数的调整，提高气隙磁场的正弦度，降低转矩脉动。
目前提高气隙磁场的正弦度，降低永磁电机齿槽转矩的方法有定子斜槽、转子斜极、定子齿部加辅助槽、调整定子槽口宽度、磁铁不等厚、槽极数采用分数槽。定子斜槽或转子斜极，对于降低齿槽转矩是非常有效的，但是它会降低基波转矩，同时增加生产工艺的难度。永磁同步电机的内嵌式转子，通常采用V形IPM结构，比如普锐斯的驱动电机。然而，V形IPM永磁电机和表贴式永磁电机相比，气隙磁场的正弦度不容易做得好。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的缺点，提供一种通过在转子表面开槽，设计不均匀气隙，提高气隙磁场正弦度的永磁同步电机结构。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，包括有转子铁芯，在转子铁芯上设有若干对磁钢槽，磁钢槽中设置永磁体形成若干对磁极，每个磁极之间具有磁桥，其特征在于：在转子铁芯的圆周表面上开设有若干凹槽，降低5次、7次、13次、17次、19次谐波的含量，通过不断调整凹槽的大小和位置，使气隙磁场谐波的总量降到最少；每个磁极设有两个凹槽，同一个磁极的两个凹槽关于d轴对称。
进一步地，每一凹槽到相邻d轴的距离大于到相邻q轴的距离，这是因为，研究表明，转子表面凹槽越靠近q轴位置，气隙磁场的正弦度越好。
优选地，所述凹槽为圆弧形结构凹槽、三角形结构凹槽或矩形结构凹槽。
进一步地，为了保证磁桥的机械强度，所述磁桥的最窄宽度不小于1.5mm。
优选地，所述凹槽为圆弧形结构凹槽，因为圆弧形凹槽便于生产加工；凹槽的半径为4-10mm。
本实用新型通过在转子表面设计凹槽，产生非均匀气隙，不仅提高气隙磁场的正弦度，同时可以降低电机的转矩脉动和齿槽转矩；与采用转子斜极或定子斜槽的方法降低转矩脉动相比，采用该结构的转子更加牢固，降低转矩脉动更加有效，定子直槽嵌线更方便，降低了电机的生产工艺难度。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为均匀气隙的谐波含量分布；
图4为非均匀气隙的谐波含量分布；
图5为均匀气隙的转矩脉动；
图6为非均匀气隙的转矩脉动。
图中，1为转子铁芯，2为磁钢槽，3为磁桥，4为凹槽。
具体实施方式
本实施例中，参照图1和图2，所述采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，包括有转子铁芯1，在转子铁芯1上设有4对极磁钢槽，磁钢槽中设置永磁体形成4对磁极，每个磁极之间具有磁桥3；在转子铁芯1的圆周表面上开设有凹槽4，降低5次、7次、13次、17次、19次谐波的含量，通过不断调整凹槽4的大小和位置，使气隙磁场谐波的总量降到最少；每个磁极设有两个凹槽4，同一个磁极的两个凹槽4关于d轴对称。
每一凹槽4到相邻d轴的距离大于到相邻q轴的距离，这是因为，研究表明，转子表面凹槽4越靠近q轴位置，气隙磁场的正弦度越好。
所述凹槽4为圆弧形结构凹槽(三角形结构凹槽或矩形结构凹槽)，因为圆弧形凹槽便于生产加工；凹槽4的半径为6.1mm(4-10mm均可)。
为了保证磁桥3的机械强度，所述磁桥3的最窄宽度不小于1.5mm。
设计过程中，调整V形IPM转子磁钢槽2的位置，降低气隙磁场的谐波含量；调整一个参数，查看静态气隙磁场的谐波含量，根据经验不断调整参数，直到谐波含量不再降低。然后，在转子铁芯表面设计凹槽4，每一个磁极设计两个凹槽4，两个凹槽4关于d轴对称；凹槽4越靠近q轴位置，气隙磁场的谐波含量越低。凹槽4的形状可以设计为圆弧形、三角形、矩形，圆弧形容易加工，优先采用圆弧形凹槽；不断调整圆弧凹槽的大小和位置，直到气隙磁场的谐波含量满足设计要求。再仿真电机空载的齿槽转矩和额定转矩，保证齿槽转矩满足设计要求，额定转矩的转矩脉动满足设计要求；如果不能满足，则继续调整凹槽的位置和大小。
作为测试结果对比，图3为均匀气隙的谐波含量分布，图4为非均匀气隙的谐波含量分布；图5为均匀气隙的转矩脉动，图6为非均匀气隙的转矩脉动。
以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。
Claims (5)
1.一种采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，包括有转子铁芯，在转子铁芯上设有若干对磁钢槽，磁钢槽中设置永磁体形成若干对磁极，每个磁极之间具有磁桥，其特征在于：在转子铁芯的圆周表面上开设有若干凹槽，每个磁极设有两个凹槽，同一个磁极的两个凹槽关于d轴对称。
2.根据权利要求1所述的采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，其特征在于：每一凹槽到相邻d轴的距离大于到相邻q轴的距离。
3.根据权利要求1所述的采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，其特征在于：所述凹槽为圆弧形结构凹槽、三角形结构凹槽或矩形结构凹槽。
4.根据权利要求1所述的采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，其特征在于：所述磁桥的最窄宽度不小于1.5mm。
5.根据权利要求3所述的采用非均匀气隙磁场设计的永磁同步电机结构，其特征在于：所述凹槽为圆弧形结构凹槽，其半径为4-10mm。
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