CN109586441B - 一种气隙磁场等效型电机转子结构 - Google Patents

一种气隙磁场等效型电机转子结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气隙磁场等效型电机转子结构，包括中心转轴和套设于中心转轴上的转子铁芯，转子铁芯表面设有P组等效槽，转子铁芯内部设有多个磁极，P为磁极的个数。本发明给出了等效槽跨度的通式，可适用于各种类型电机，通用性强；本发明无需对永磁体进行加工，降低了加工成本；本发明通过在转子铁芯表面开设多个等效槽，降低了电机的转矩脉动，电机运行更加平稳，噪音得到了有效控制；转子铁芯表面的等效槽可以降低气隙磁密的谐波含量，从而降低了电机的涡流损耗，提高了电机的运行效率，降低了电机的温升。

Description

一种气隙磁场等效型电机转子结构
技术领域
本发明涉及永磁电机领域，特别是涉及一种气隙磁场等效型电机转子结构。
背景技术
永磁电机在现代工业生产中已经获得了大量应用，高功率密度和高转矩密度是其显著优点，但由于大量永磁体的引入，所产生的齿槽转矩会影响输出转矩的平稳性，大量谐波的存在会在定转子表面感生出涡流损耗，降低了电机的效率，且损耗引起的温升会使永磁体产生退磁风险，电机运行的稳定性受到威胁。
为了降低电机的齿槽转矩，研究人员提出了定子齿、永磁体表面或转子铁芯外表面开槽的做法，但是通常开槽位置随机，针对单一类型电机，不具有可总结的规律性，无法推广至其他电机，通用性差。永磁体分段的方法可以降低电机的涡流损耗，但永磁体加工处理困难，额外增加的工艺步骤必然会导致加工成本的上升。增大电机的气隙可以减小齿槽转矩和涡流损耗，但较大的气隙会使得永磁体工作点降低，所需电枢电流增大，电机铜耗升高，效率和出力均会受到影响，在当今追求低成本、高效率电机的应用背景下并不适宜。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种气隙磁场等效型电机转子结构，能够解决现有技术中存在的通用性差、成本高、效率低的问题。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的气隙磁场等效型电机转子结构，包括中心转轴和套设于中心转轴上的转子铁芯，转子铁芯表面设有P组等效槽，转子铁芯内部设有P个磁极，第i个等效槽的深度h满足0.5mm≤h≤(lyoke/5)，lyoke为转子铁芯表面到中心转轴之间的距离，第i个等效槽的跨度αi＝(2βi)/P，i＝(j+1)/2，βi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，其中，第一波形和第二波形满足以下条件：
第一波形为多个正弦波的叠加波形，第一波形的表达式如式(1)所示：
式(1)中，f1是第一波形的基准频率，Ak是频率为kf1的正弦波形的幅值，x为角度，0°≤x≤180°，5≤N；
第二波形为三角波，第二波形的幅值Ak2＝mAk，m≥1，第二波形的频率f2＝N f1。
进一步，所述转子铁芯的内部设有P个通槽，每个通槽内设有两个永磁体。
进一步，通槽本身关于中心转轴的轴线对称，所有通槽也关于中心转轴的轴线对称。
进一步，所述通槽上设置有用于固定永磁体的台阶槽。
进一步，所述转子铁芯由转子冲片叠压而成。
有益效果：本发明公开了一种气隙磁场等效型电机转子结构，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明提出了在转子铁芯表面开设多个等效槽的方案，且给出了等效槽跨度的通式，可适用于各种类型电机，通用性强；
2)本发明无需对永磁体进行加工，降低了加工成本；
3)本发明通过在转子铁芯表面开设多个等效槽，降低了电机的转矩脉动，电机运行更加平稳，噪音得到了有效控制；
4)转子铁芯表面的等效槽可以降低气隙磁密的谐波含量，从而降低了电机的涡流损耗，提高了电机的运行效率，降低了电机的温升。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中转子的结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为第一波形和第二波形的示意图；
图4为实施例1中一个4极的电机转子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种气隙磁场等效型电机转子结构，如图1所示，包括中心转轴1和套设于中心转轴1上的转子铁芯2，转子铁芯2表面设有P组等效槽3，转子铁芯2内部设有P个磁极。等效槽3关于磁极中线4对称。转子铁芯2由转子冲片叠压而成。
第i个等效槽的深度h满足0.5mm≤h≤(lyoke/5)，lyoke为转子铁芯2表面到中心转轴1之间的距离。第i个等效槽的跨度αi＝(2βi)/P，i＝(j+1)/2，βi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，图2示出了前三个等效槽3的跨度。其中，第一波形和第二波形满足以下条件：
第一波形为多个正弦波的叠加波形，第一波形的表达式如式(1)所示：
式(1)中，f1是第一波形的基准频率，Ak是频率为kf1的正弦波形的幅值，x为角度，0°≤x≤180°，5≤N；
第二波形为三角波，第二波形的幅值Ak2＝mAk，m≥1，第二波形的频率f2＝N f1。
转子铁芯2的内部设有P个通槽5，每个通槽5内设有两个永磁体6。两个永磁体6构成一个磁极。通槽5本身关于中心转轴1的轴线对称，所有通槽5也关于中心转轴1的轴线对称。通槽5上设置有用于固定永磁体6的台阶槽7。
实施例1：
图4为一个4极同步电机的示意图，有4个磁极，P＝4。沿磁极中线对称分布有一系列的等效槽。图3为第一波形和第二波形的示意图，其中第一波形为仅含基准频率的正弦波形，对应k＝1，第二波形的幅值为波形1的1.1倍，对应m＝1.1。第二波形的频率为波形1的5倍，对应N＝1。图3所示，第一波形与第二波形均从零开始增大，第1个和第2个交点之间的跨距角度β1＝36°，第3个和第4个交点之间的跨距角度β2＝18°，第5个和第6个交点之间的跨距角度β3＝2°，所以第1个等效槽的跨度α1＝(2β1)/P＝(2×36°)/4＝18°，第2个等效槽的跨度α2＝(2β2)/P＝(2×18°)/4＝9°，第3个等效槽的跨度α3＝(2β3)/P＝(2×2°)/4＝1°。由于等效槽分布沿磁极中线对称，所以第4个等效槽的跨度等于第2个等效槽的跨度，第5个等效槽的跨度等于第1个等效槽的跨度。等效槽的深度h＝0.5mm，转子轭部厚度lyoke＝32mm，满足0.5mm≤h≤(lyoke/5)。等效槽内侧设置U型通槽并嵌入永磁体。转子铁芯由转子冲片叠压而成，并在通槽中设置台阶槽用于固定永磁体。

Claims (5)

1.一种气隙磁场等效型电机转子结构，其特征在于：包括中心转轴(1)和套设于中心转轴(1)上的转子铁芯(2)，转子铁芯(2)表面设有P组等效槽(3)，转子铁芯(2)内部设有P个磁极，第i个等效槽的深度h满足0.5mm≤h≤(lyoke/5)，lyoke为转子铁芯(2)表面到中心转轴(1)之间的距离，第i个等效槽的跨度αi＝(2βi)/P，i＝(j+1)/2，βi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度，其中，第一波形和第二波形满足以下条件：
第一波形为多个正弦波的叠加波形，第一波形的表达式如式(1)所示：
式(1)中，f1是第一波形的基准频率，Ak是频率为kf1的正弦波形的幅值，x为角度，0°≤x≤180°，5≤N；
第二波形为三角波，第二波形的幅值Ak2＝mAk，m≥1，第二波形的频率f2＝N f1。
2.根据权利要求1所述的气隙磁场等效型电机转子结构，其特征在于：所述转子铁芯(2)的内部设有P个通槽(5)，每个通槽(5)内设有两个永磁体(6)。
3.根据权利要求2所述的气隙磁场等效型电机转子结构，其特征在于：通槽(5)本身关于中心转轴(1)的轴线对称，所有通槽(5)也关于中心转轴(1)的轴线对称。
4.根据权利要求3所述的气隙磁场等效型电机转子结构，其特征在于：所述通槽(5)上设置有用于固定永磁体(6)的台阶槽(7)。
5.根据权利要求1所述的气隙磁场等效型电机转子结构，其特征在于：所述转子铁芯(2)由转子冲片叠压而成。
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