CN111293799A - 一种反电动势正弦波形优化的永磁电机及其定子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反电动势正弦波形优化的永磁电机及其定子，一种反电动势正弦波形优化的永磁电机包括定子和转子，定子内部有均匀分布的定子齿，每个定子齿的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面，内凹圆弧面的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿的两个内凹圆弧面的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上。本发明通过采用内表面为两个对称的内凹圆弧面的定子齿，使定子内径表面形成类似凹槽的结构，这种定子与转子配合，产生非均匀气隙，提高气隙的正弦度，使反电动势波形趋于正弦化，同时降低电机的转矩脉动和齿槽扭矩，且合理利用齿顶高度，减低电机使用电流和磁阻扭矩，提升电机性能。

Description

一种反电动势正弦波形优化的永磁电机及其定子
技术领域
本发明涉及一种反电动势正弦波形优化的永磁电机及其定子，属于电机技术领域。
背景技术
随着科技的发展和进步，人们在生产活动中对高速传动的需求变得日益迫切。高速的永磁同步电机利用其本身高效率、高功率密度的优点，达到了节能环保效果，广泛应用于新能源汽车、纺织、高速磨床、航空航天等领域。
以新能源压缩机使用电机来看，永磁同步电机定子绕组形式主要为分布式，其拥有良好的电气性能，但因分布式结构的端部相对更长，所以消耗更多的材料，这样既造成了铜耗增加，也使电机轴向长度偏长，且裸露的端部长度，在恶劣的工况下，有一定的绝缘风险。而具有众多优点的分数槽集中式绕组结构应运而生，然因为永磁同步电机反电动势中含有大量谐波，波形不是理想的正弦波，其中以集中式绕组表现得更明显，减低了控制精度，增加了损耗和转矩脉动，NVH（噪声、振动与声振粗糙度）上的表现也远不如分布式绕组，性能受到了大大的折扣。目前常用的永磁电机的定子的结构如图1所示，这种定子1中，定子齿11的内表面为圆弧面12，该圆弧面12的轴线与定子1的轴线重合，采用这种定子的电机的线反电动势波形如图4所示，这种定子的反电动势波形不好，正弦度差，谐波大，相比增大电机的噪音和振动，影响电机的性能。
现有技术中提高气隙磁场正弦度，改善反电动势波形的方式有定子斜槽、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。其中定子斜槽或转子斜极，对于减低齿槽扭矩，提高气隙磁场正弦度有帮助，但生产工艺存在难度。而采用定子齿部加辅助槽的方式，虽然可以改善反电动势波形，但会损失一定的基波扭矩，减低电机的性能，而且因为机械强度的原因，不仅增加模具的制作难度，而且影响了模具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反电动势正弦波形优化的永磁电机及其定子，通过改变定子齿内表面的形状来改善气隙磁场的正弦度，从而有效减低谐波含量。
本发明采用如下技术方案：一种反电动势正弦波形优化的永磁电机，其包括定子和转子，定子内部有均匀分布的定子齿，每个定子齿的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面，内凹圆弧面的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿的两个内凹圆弧面的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上。
所有内凹圆弧面的圆心在以定子圆心为圆心的同一个圆上。
每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线与定子轴线的距离为29mm，定义所有内凹圆弧面的圆心所在的圆为基圆，基圆的直径为28.6±0.05mm，内凹圆弧面的半径为15.12mm。
一种反电动势正弦波形优化的永磁电机定子，其内部有均匀分布的定子齿，每个定子齿的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面，内凹圆弧面的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿的两个内凹圆弧面的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上。
所有内凹圆弧面的圆心在以定子圆心为圆心的同一个圆上。
每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线与定子轴线的距离为29mm，定义所有内凹圆弧面的圆心所在的圆为基圆，基圆的直径为28.6±0.05mm，内凹圆弧面的半径为15.12mm。
本发明的有益效果是：本发明通过采用内表面为两个对称的内凹圆弧面的定子齿，使定子内径表面形成类似凹槽的结构，这种定子与转子配合，产生非均匀气隙，能提高气隙的正弦度，使反电动势波形趋于正弦化，同时降低电机的转矩脉动和齿槽扭矩，且合理利用齿顶高度，减低电机使用电流，减低磁阻扭矩，大大提升电机性能。另外，本发明的定子齿内表面采用两个圆弧面，相对现有技术在定子齿上开槽，加工本发明定子的生产工艺简单，不影响定子模具的使用寿命。
附图说明
图1是现有技术永磁电机的定子齿的结构示意图；
图2是本发明永磁电机的定子齿的结构示意图；
图3是图2中定子齿的放大图；
图4是本发明一种实施例所采用的定子尺寸图；
图5是采用图1中定子的线反电动势波形图；
图6是采用图2中定子的线反电动势波形图。
图中，1-定子，11-定子齿，12-圆弧面，13-内凹圆弧面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种实施例的反电动势正弦波形优化的永磁电机包括定子1和转子，定子1的结构如图2所示，定子1内部有均匀分布的定子齿11，每个定子齿11的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面13，内凹圆弧面13的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿11的两个内凹圆弧面13的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿11的两个内凹圆弧面13的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上，所有内凹圆弧面的圆心在以定子圆心为圆心的同一个圆上。
本实施例所采用的定子的尺寸如图4所示，本实施例中每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线与定子轴线的距离为29mm，定义所有内凹圆弧面的圆心所在的圆为基圆，基圆的直径为28.6±0.05mm，内凹圆弧面的半径为15.12mm。
经过试验，采用图1中定子和图4中的定子的参数对比如下表所示：
参数 定子 图1中定子 图2中定子
磁阻扭矩 0.44254Nm 0.31233Nm
齿槽扭矩 0.96679Nm 0.23706Nm
转矩脉动 12.766% 11.242%
线反电动势谐波 15.06% 8.92%
采用图1中定子和图2中的定子的线反电动势波形图分别如图5和图6所示，图5和图6中，纵坐标均表示反电动势电压值，即Back EMF (Volts)，横坐标均表示角度，即Position(EDeg)。通过上述对比试验结果，可以看出本发明的定子反电动势波形畸变率低，正弦度高，齿部圆弧化设计，不仅能够更加有效的调整非均匀气隙，改善气隙磁场的正弦度，减低谐波含量，减少损耗，提升NVH，而且减小了齿槽扭矩的影响，提升电机的运行性能。本实施例中的永磁电机，经测功机验证电机温升曲线平缓，空载反电动势波形正弦度高，利于控制，电机效率高，电机NVH、电机扭矩性能输出可以保证。在NVH及其控制上有很大的优势，大大提升电机的运行和使用性能，对于满足市场需求，有着良好的市场前景。
本发明一种实施例的反电动势正弦波形优化的永磁电机定子的实施例与反电动势正弦波形优化的永磁电机实施例中的定子结构相同，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种反电动势正弦波形优化的永磁电机，其包括定子和转子，定子内部有均匀分布的定子齿，其特征在于：每个定子齿的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面，内凹圆弧面的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿的两个内凹圆弧面的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上。
2.根据权利要求1所述的反电动势正弦波形优化的永磁电机，其特征在于：所有内凹圆弧面的圆心在以定子圆心为圆心的同一个圆上。
3.根据权利要求2所述的反电动势正弦波形优化的永磁电机，其特征在于：每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线与定子轴线的距离为29mm，定义所有内凹圆弧面的圆心所在的圆为基圆，基圆的直径为28.6±0.05mm，内凹圆弧面的半径为15.12mm。
4.一种反电动势正弦波形优化的永磁电机定子，其内部有均匀分布的定子齿，其特征在于：每个定子齿的内表面为两个对称设置的内凹圆弧面，内凹圆弧面的轴线偏离定子的轴线，每个定子齿的两个内凹圆弧面的对称面为定子齿径向上的中心垂直切面，每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线位于两个内凹圆弧面的对称面上。
5.根据权利要求4所述的反电动势正弦波形优化的永磁电机定子，其特征在于：所有内凹圆弧面的圆心在以定子圆心为圆心的同一个圆上。
6.根据权利要求5所述的反电动势正弦波形优化的永磁电机定子，其特征在于：每个定子齿的两个内凹圆弧面的交界线与定子轴线的距离为29mm，定义所有内凹圆弧面的圆心所在的圆为基圆，基圆的直径为28.6±0.05mm，内凹圆弧面的半径为15.12mm。
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