CN214281054U - 低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机 - Google Patents

Abstract

低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，涉及电机技术，包括由若干绕有线圈的拼块铁芯组成的外定子和表贴式内转子构成，其特征在于：拼块铁芯包括轭部、齿部和极靴三部分，相邻拼块铁芯通过轭部榫头、榫槽镶嵌连接，面向内转子的拼块铁芯的极靴的磁极面的圆弧d分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R1，两边圆弧为R2，使极靴磁极面相对于内转子表面呈中间段圆弧位置高，两边圆弧位置低。本实用新型与已有技术相比，具有实现电势波形平滑，转矩脉动、齿槽转矩、谐波幅值都很低的效果的优点。

Description

低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术。

背景技术

由于拼块定子结构永磁电机具有如下优点：

1、绕组节距为1，定子端部长度很短，能有效降低铜重和铜耗，提高效率和功率密度；

2、能通过采用拼块定子提高槽利用率，有利于提高功率密度；

3、采用拼块定子可以任意设计槽口尺寸，槽口尺寸不受绕线工艺限制

4、对于大直径电机而言，还采用拼块定子可以大幅度降低生产成本。

所以，拼块定子结构永磁电机得到了广泛运用，尤其是定子直径较大永磁同步电机，但是，由于拼块定子结构永磁电机为集中绕组，存在集中绕组电机通病如下：

1、绕组磁动势谐波含量大，会产生阶数较低的力波振动，使输出转矩脉动量大，转矩脉动经常会引起噪音和振动；

2、绕组磁动势谐波含量还导致转子损耗等问题。

所以，该技术在转矩脉动要求低、振动小、噪音低的场合应用受限，为了解决集中绕组电机存在的问题，除了减小槽口宽度、增大气隙长度、斜槽、斜极等技术方案，还采用如下手段：

1、定子齿部切角：2015年《电工技术学报》第6期提出了“基于定子齿削角的近极槽永磁同步电机振动噪声削弱方法”，明显可以改善磁密波形和噪音，但是，波形还是存在突变，改善程度有限；

2、定子齿表面开槽：2008年《电工技术》第1期提出了“定子齿表面开槽对永磁无刷直流电机齿槽转矩的影响”，同样，定子齿表面开辅助槽后增加了力矩波动频率，力矩脉动幅度降低，同样达到改善振动和噪音的效果，但是，由于表面开槽，会造成磁密波形畸变严重，噪音和振动改善十分有限。

专利202020146992X公开了一种外转子的拼块组合定子，为了得到较优的磁密波形和减少谐波，拼块铁芯单元的顶部（磁极）圆弧d中间位置高，两边低，与转子之间形成不均匀气隙，中间气隙长度δ1，两边气隙长度δ2，δ2＞δ1，使空气隙磁场接近正弦波，但是，该技术所公开的是外转子的拼块组合定子。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能克服上述已有技术的问题的，实现电势波形平滑，转矩脉动、齿槽转矩、谐波幅值都很低的效果的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机。

本实用新型是这样实现的：包括由若干绕有线圈的拼块铁芯组成的外定子和表贴式内转子构成，其特征在于：拼块铁芯包括轭部、齿部和极靴三部分，轭部的两侧分别设置有榫头及榫槽，相邻拼块铁芯通过轭部榫头、榫槽镶嵌连接，面向内转子的拼块铁芯的极靴的磁极面的圆弧d分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R1，两边圆弧为R2，使极靴磁极面相对于内转子表面呈中间段圆弧位置高，两边圆弧位置低，即中间段圆弧位置到内转子表面间的气隙δ1小，两边圆弧位置到内转子表面间的气隙δ2大，即δ2＞δ1。

内转子包括轴、与轴连接固定的数个转子铁芯、设置在转子铁芯外表面的瓦片状的永磁体，转子铁芯表面沿轴向开有燕尾槽，永磁体下部呈燕尾状，永磁体镶嵌在转子铁芯的燕尾槽内，转子铁芯内孔设置有镶嵌在轴的键槽上的定位键，永磁体N极或S极磁极中心与定位键偏移一角度A，当需要相邻两转子铁芯的永磁体需要错极组合时，相邻的第二转子铁芯相对于相邻的第一转子铁芯翻转180度后，再相互叠合穿接固定在带有键槽的轴上，实现相邻两转子铁芯的磁极错开2A的角度；

削弱转矩脉动的原理：

在定子齿部极靴采用分段圆弧连接，气隙磁场波形过渡可控，转子运行时，电势波形更加平滑，可以降低绕组谐波幅值，减小了振动和噪声。

为了进一步减小电机转矩脉动：拼块铁芯的极靴的两边靴尖设计成圆形，磁场切换时波形畸变小，更有利于降低绕组谐波幅值，减小振动和噪声、齿槽转矩、谐波等，

为了再进一步减小电机转矩脉动：拼块铁芯的齿部靠近极靴边缘处设置有通孔，这样，不影响齿部磁密的前提下可以增大齿极靴部极靴横向磁阻，减少极靴涡流损耗，并且，没有在表面开槽，不存在磁场波形畸变，噪音效果好、转矩脉动更低。

为了再进一步减小电机转矩脉动：永磁体的磁极表面圆弧d分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R3，两边圆弧为R4，使永磁体的磁极表面相对于极靴磁极面呈中间位置高，两边低，使永磁体两边厚度进一步减薄，实现永磁体两边气隙δ2进一步增大。通过仿真可知，合理的圆弧R4可以降低电机气隙磁密波形畸变率及电机齿槽转矩、齿槽谐波，有利于削弱转矩脉动、降低噪音和振动。

有益效果

1、定子齿部极靴采用分段圆弧连接、拼块铁芯两边靴尖设计成圆形、定子齿部靠近极靴边缘，设置有通孔、永磁体的磁极表面圆弧d分为三段圆弧段组成、转子错极等综合措施，使电机气隙磁密波形畸变低，降低了齿槽谐波，削弱了转矩脉动、降低噪音和振动；

2、定子采用拼块结构，槽口尺寸按电磁方案需求设计，不受工艺限制；

3、转子采用分段错极，工艺性好，同样由削弱了转矩脉动、降低噪音和振动的效果；

4、拼块定子结构，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本发明的拼块铁芯结构示意图；

图3是本发明的拼块铁芯极靴部横向磁通通过通孔受阻示意图；

图4是本发明的永磁转子结构示意图

图5是图4翻转后的示意图；

图6是本发明的永磁转子4段错极示意图；

图7是本发明的永磁转子2段错极示意图；

图8是本发明的转子铁芯定位键一体结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述：

如图1、2所示，本实用新型包括由若干绕有线圈的拼块铁芯1组成的外定子a和表贴式内转子b构成，其特征在于：拼块铁芯1包括轭部101、齿部102和极靴103三部分，轭部101的两侧分别设置有榫头104及榫槽105，相邻拼块铁芯1通过轭部榫头104、榫槽105镶嵌连接，面向内转子b的拼块铁芯1的极靴103磁极面的圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R1，两边圆弧为R2，使极靴103的磁极面相对于内转子b表面呈中间段圆弧R1位置高，两边圆弧R2位置低，即中间段圆弧R1位置到内转子b表面间的气隙δ1小，两边圆弧R2位置到内转子b表面间的气隙δ2大，即δ2＞δ1。

如图1、4、5所示，内转子b包括轴2、与轴2连接固定的数个转子铁芯3、设置在转子铁芯3外表面的瓦片状的永磁体4，转子铁芯3表面沿轴向开有燕尾槽301，永磁体4下部呈燕尾状，永磁体4镶嵌在转子铁芯3的燕尾槽301内，转子铁芯3内孔设置有镶嵌在轴2的键槽201上的定位键302，永磁体N极或S极磁极中心与定位键302偏移一角度A，当需要相邻两转子铁芯3的永磁体4需要错极组合时，相邻的第二转子铁芯3相对于相邻的第一转子铁芯3翻转180度后，再相互叠合穿接固定在带有键槽201的轴2上，实现相邻两转子铁芯3的磁极错开2A的角度的效果。

如图8所示，定位键302与转子铁芯3一起整体制造出来。

如图6所示，转子铁芯3有三个以上，相邻两转子铁芯3的磁极错开2A的角度。

或者，如图7所示，转子铁芯3有两组以上，每组有两个磁极重合的转子铁芯3，相邻两组转子铁芯组的转子铁芯3的磁极错开2A的角度。

如图2所示，拼块铁芯1的极靴103的两边靴尖R3设计成圆形。

如图2、3所示，拼块铁芯1的齿部102靠近极靴103边缘处设置有通孔106。

如图4所示，永磁体4的磁极表面圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R4，两边圆弧为R5，使永磁体4的磁极表面相对于极靴103磁极面呈中间位置高，两边低，使永磁体4两边厚度进一步减薄，实现永磁体4两边气隙δ2进一步增大。

Claims (8)

1.低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，包括由若干绕有线圈的拼块铁芯组成的外定子和表贴式内转子构成，其特征是，拼块铁芯包括轭部、齿部和极靴三部分，轭部的两侧分别设置有榫头及榫槽，相邻拼块铁芯通过轭部榫头、榫槽镶嵌连接，面向内转子的拼块铁芯的极靴的磁极面的圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R1，两边圆弧为R2，使极靴磁极面相对于内转子表面呈中间段圆弧位置高，两边圆弧位置低，即中间段圆弧位置到内转子表面间的气隙δ1小，两边圆弧位置到内转子表面间的气隙δ2大，即δ2＞δ1。

2.根据权利要求1所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，内转子包括轴、与轴连接固定的数个转子铁芯、设置在转子铁芯外表面的瓦片状的永磁体，转子铁芯表面沿轴向开有燕尾槽，永磁体下部呈燕尾状，永磁体镶嵌在转子铁芯的燕尾槽内，转子铁芯内孔设置有镶嵌在轴的键槽上的定位键，永磁体N极或S极磁极中心与定位键偏移一角度A，当需要相邻两转子铁芯的永磁体需要错极组合时，相邻的第二转子铁芯相对于相邻的第一转子铁芯翻转180度后，再相互叠合穿接固定在带有键槽的轴上，实现相邻两转子铁芯的磁极错开2A的角度。

3.根据权利要求1或2所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，拼块铁芯的极靴的两边靴尖设计成圆形。

4.根据权利要求1或2所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，拼块铁芯的齿部靠近极靴边缘处设置有通孔，通孔形状为圆形或椭圆形或矩形或梯形或三角形。

5.根据权利要求3所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，拼块铁芯的齿部靠近极靴边缘处设置有通孔，通孔形状为圆形或椭圆形或矩形或梯形或三角形。

6.根据权利要求1或2或5所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，永磁体的磁极表面圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R4，两边圆弧为R5，使永磁体的磁极表面相对于极靴磁极面呈中间位置高，两边低，使永磁体两边厚度进一步减薄，实现永磁体两边气隙δ2进一步增大。

7.根据权利要求3所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，永磁体的磁极表面圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R4，两边圆弧为R5，使永磁体的磁极表面相对于极靴磁极面呈中间位置高，两边低，使永磁体两边厚度进一步减薄，实现永磁体两边气隙δ2进一步增大。

8.根据权利要求4所述的低转矩脉动的拼块定子结构的内转子永磁电机，其特征是，永磁体的磁极表面圆弧分为三段圆弧段组成，中间段圆弧为R4，两边圆弧为R5，使永磁体的磁极表面相对于极靴磁极面呈中间位置高，两边低，使永磁体两边厚度进一步减薄，实现永磁体两边气隙δ2进一步增大。

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