CN104882978A - 一种低转矩脉动高效率永磁电机定转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低转矩脉动高效率永磁电机定转子结构，包括定子和转子，定子采用梨形平底槽，定子外圆上对应于定子齿部中央处开有不规则槽。转子外圆由若干个四段圆弧构成，在转子上设置有若干个用于嵌入永磁体的槽。所述的永磁体槽为平底V字形槽，在V字形槽的左右两个槽的顶部设置有防止永磁体移动的锲形槽，且在左右槽内嵌有永磁体。相邻的平底V字形槽的顶部之间设置有加强筋。本发明与现有内置V形永磁体电机相比，降低了永磁体的漏磁，提高了永磁体的利用率；增加了凸极效应，充分利用磁阻转矩，提高了电机的效率和功率密度；改善了气隙磁密波形，减小了齿槽转矩和转矩脉动，有效的降低了铁心损耗和涡流损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机定转子结构，尤其是一种转子内置“V”字形永磁体的永磁电机，适用于压缩机、空调、电动工具和电动汽车等应用场合，属于电机技术领域。
背景技术
随着稀土永磁材料的发展，永磁电机在国民经济各个领域中的应用越来越广泛。由于永磁无刷电机具有高效率、高功率密度、高可靠性等显著特点，且结构设计多种多样，因此对永磁电机结构的优化设计，能够最大限度的提高效率等性能。
内置V型永磁体电机是一种常见的内置式永磁电机，其工作原理是：定子绕组电励磁产生的旋转磁场，与转子中内置的永磁体产生的磁场相互作用使得转子旋转；由于永磁体被嵌入转子，永磁体被铁磁材料包围，容易导致磁极间漏磁，当电机旋转时造成气隙波形畸变，其径向分量会造成定子与转子间的振动，并导致电机固有性能的下降。因此，合理的设计转子磁路结构、转子永磁体槽型及定子磁路结构，对提高电机效率和电机动态性能具有重要的理论意义和经济价值。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种内置V字形永磁电机的定、转子结构，采用该结构可以减少铁心损耗及涡流损耗，降低转矩脉动，实现电机高效率、低噪音及低转矩脉动运行，提高电机的工作性能。
技术方案：本发明所采用的技术方案是通过改变转子外圆结构和内置永磁体槽型，进而改善气隙磁密波形，并通过优化定子槽型和外圆形状，改善磁路路径，有效降低电机铁心损耗、涡流损耗和绕组铜耗。本发明的一种低转矩脉动高效率永磁电机定、转子结构具有以下特征：转子外圆由若干个四段圆弧首尾相连构成，在转子上设置有相对应的若干个用于嵌入永磁体的槽，在定子靠近转子处设置若干定子槽，每两个定子槽之间形成定子齿，所述定子槽槽型为梨形平底半闭口槽。
所述四段圆弧为两段向内凹陷的第一圆弧，其所占转子外圆的角度为α3；一段较长向外凸起的第二圆弧，其所占转子外圆的角度为α1；一段较短向外凸起的第三圆弧，其所占转子外圆的角度为α2，α2的取值范围为0.5～0.45倍的α1，α3的取值范围为0.01～0.1倍的α1，且2α3+α2+α1＝180°/p，p为极对数。
所述第一圆弧由三段圆弧构成，其中第四圆弧与第六圆弧关于角α3的中心线对称，第四圆弧与第六圆弧的圆弧角度为α4，第四圆弧与第六圆弧的圆心分别与转子圆心的连线形成的夹角为α6。第五圆弧的圆心在角α3的中心线，其圆弧角度为α5，α4取值范围为8～16倍的α1，α5取值范围为100°～300°，α6取值范围为1.5～5倍的α1。
所述永磁体槽为平底“V”字形槽，在“V”字形槽的左右两个槽内嵌有永磁体，“V”字形向定子外圆张开的角度为2α3+α1，在所述平底“V”字形槽的“V”字形的左右两边的顶部设置有防止永磁体移动的楔形槽，平底“V”字形槽平底宽度为O1，平底距转子圆心的距离为O2，O1与O2的比值为0.45～0.65。两个相邻的平底“V”字形槽的顶部之间设置有加强转子结构强度和隔磁作用的加强筋，其宽度为Ri，且Ri为0.3～0.5倍的O1。
还包括的第一不规则槽或者第二不规则槽，第一不规则槽或者第二不规则槽分布在定子齿部相对的外圆上，其所占定子外圆圆弧角度为α7，
本发明的一种低转矩脉动高效率永磁电机的定转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：
1)采用的平底“V”字形槽结构，降低了永磁体的漏磁，提高了永磁体的利用率；增加了电机的凸极效应，充分利用磁阻转矩，提高了电机的效率和功率密度。
2)采用的若干四段圆弧构成转子外圆结构，降低了齿槽转矩和转矩脉动，改善了气隙磁密波形，有效的降低了转子涡流损耗和铁耗。
3)采用的定子外圆开有不规则槽，改善了定子磁通路径，降低了定子涡流损耗和铁耗。采用的平底梨形槽结构，充分利用了槽面积，使得绕组绕制更加容易，利于机器绕线，并提高了轭部宽度，有利于降低轭部铁耗。
附图说明
图1为转子外圆结构和永磁体槽型结构图。
图2为转子外圆圆弧1结构图。
图3为定子第一种实施例结构图。
图4为定子第二种实施例结构图
图5为本发明的结构图。
图中：1为第一圆弧，2为第二圆弧，3为第三圆弧，4为楔形槽，5为第四圆弧，6为第五圆弧，7为第六圆弧，8-1为第一不规则槽，8-2为第二不规则槽，9为定子槽，10为平底“V”字形槽，11为加强筋，12为永磁体。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述：
本发明涉及一种低转矩脉动高效率永磁电机定转子结构，转子外圆由若干个四段圆弧首尾相连构成，在转子上设置有相对应的若干个用于嵌入永磁体的槽，在定子靠近转子处设置若干定子槽9，每两个定子槽之间形成定子齿部，所述定子槽9的槽型为梨形平底半闭口槽，在不影响槽满率的前提下，通过将梨形槽底部削平增加轭部宽度，降低磁滞和涡流损耗。
所述四段圆弧为两段向内凹陷的第一圆弧1，其所占转子外圆的角度为α3；一段较长向外凸起的第二圆弧2，其所占转子外圆的角度为α1；一段较短向外凸起的第三圆弧3，其所占转子外圆的角度为α2，α2的取值范围为0.5～0.45倍α1，α3的取值范围为0.01～0.1倍α1，且2α3+α2+α1＝180°/p，p为极对数。
所述的第一圆弧1，由三段圆弧构成，其中第四圆弧5与第六圆弧7关于角α3的中心线对称，第四圆弧5与第六圆弧7的圆弧角度为α4，第四圆弧5与第六圆弧7的圆心分别与转子圆心的连线形成的夹角角度为α6。第五圆弧6的圆心在角α3的中心线，其圆弧角度为α5，α4取值范围为8～16倍α1，α5取值范围为100°～300°，α6取值范围为1.5～5倍α1。
所述永磁体槽为平底“V”字形槽10，在“V”字形槽的左右两个槽内嵌有永磁体。在所述平底“V”字形槽10的“V”字形的左右两边的顶部设置有防止永磁体移动的楔形槽4，平底“V”字形槽10平底宽度为O1，平底距转子圆心的距离为O2，O1与O2的比值为0.45～0.65。两个相邻的平底“V”字形槽10的顶部之间设置有加强转子结构强度和隔磁作用的加强筋11，其宽度为Ri，且Ri为0.3～0.5倍的O1。
所述定子上的不规则槽8-1或者8-2，设置在定子齿的轭部外圆上，其所占定子外圆圆弧角度为α7，对应的圆弧长度为l，其取值范围为1～2.5倍的定子齿宽。
下面通过一个具体的例子来说明：
本发明的一个实施例如图4所示，该实施例为6极9槽结构，转子外圆弧由6组4段圆弧构成，第一圆弧1所占外圆角度α3为2°；第二圆弧2所占外圆角度α1为37°；第三圆弧3所占外圆角度α2为18°。
所述的第一圆弧1的三段圆弧的定位参数α4、α5、α6分别为28°、158°、6°；其中圆弧7的半径为0.414mm。
所述平底“V”字形槽，“V”字形底部平底宽度O1为4.5mm，所述平底到转子圆心的距离O2为15mm。所述加强筋11宽度Rib为3mm，加强了转子强度，并有隔磁作用。
定子齿的轭部外圆上设置有9个位于齿部根部的不规则槽8-1，其所占定子外圆角度α7为18.1°。不规则槽面积为39.55mm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种低转矩脉动高效率永磁电机定转子结构，包括定子和转子，其特征在于：转子外圆由若干个四段圆弧首尾相连构成，在转子上设置有相对应的若干个用于嵌入永磁体的槽，在定子靠近转子处设置若干定子槽，每两个定子槽之间形成定子齿，所述定子槽(9)的槽型为梨形平底半闭口槽。
2.根据权利要求1所述的永磁电机定转子结构，其特征在于：所述的四段圆弧包括两段向内凹陷的第一圆弧(1)，其所占转子外圆的角度为α3；一段较长向外凸起的第二圆弧(2)，其所占转子外圆的角度为α1；一段较短向外凸起的第三圆弧(3)，其所占转子外圆的角度为α2，α2的取值范围为0.5～0.45倍α1，α3的取值范围为0.01～0.1倍α1，且2α3+α2+α1＝180°/p，p为极对数。
3.根据权利要求2所述的永磁电机定转子结构，其特征在于：向内凹陷的第一圆弧(1)由第四圆弧(5)、第五圆弧(6)及第六圆弧(7)三段圆弧构成，其中第四圆弧(5)与第六圆弧(7)关于角α3的中心线对称，第四圆弧(5)与第六圆弧(7)的圆弧角度为α4，第四圆弧(5)与第六圆弧(7)的圆心分别与转子圆心的连线形成的夹角为α6，第五圆弧(6)的圆心在角α3的中心线，其圆弧角度为α5，α4取值范围为8～16倍α1，α5取值范围为100°～300°，α6取值范围为1.5～5倍α1。
4.根据权利要求1所述的永磁电机定转子结构，其特征在于：所述永磁体槽为平底“V”字形槽(10)，在“V”字形槽的左右两个槽内嵌有永磁体，“V”字形向定子外圆张开的角度为2α3+α1，在所述平底“V”字形槽(10)的“V”字形的左右两边的顶部设置有防止永磁体移动的楔形槽(4)，平底“V”字形槽平底宽度为O1，平底距转子圆心的距离为O2，O1与O2的比值为0.45～0.65，两个相邻的平底“V”字形槽(10)的顶部之间设置有可以实现加强转子结构强度和隔磁作用的加强筋(11)，其宽度为Ri，且Ri等于0.3～0.5倍O1。
5.根据权利要求1所述的永磁电机定转子结构，其特征在于：还包括设置在定子齿的轭部外圆上的第一不规则槽(8-1)或者第二不规则槽(8-2)，第一不规则槽(8-1)或者第二不规则槽(8-2)分布在定子齿部相对的外圆上，其所占定子外圆圆弧角度为α7，对应的圆弧长度为l，其取值范围为1～2.5倍的定子齿宽。
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