CN113098172B - 一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，应用于内置式永磁同步电机，包括：转子本体，转子本体包括多个磁极；每个磁极对应的转子外表面依次包括三段圆弧结构，第一圆弧结构和第三圆弧结构对应第一圆心，第二圆弧结构位于第一圆弧结构和第三圆弧结构之间，第二圆弧结构对应第二圆心，第二圆弧结构相对第一圆弧结构和第三圆弧结构内嵌预设距离；本公开可以有效削弱内置式永磁同步电机的固有轴电压，提高了电机工作的可靠性与稳定性。

Description

一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构
技术领域
本公开涉及内置式永磁同步电机技术领域，特别涉及一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的转子不均匀气隙结构。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
由于具有功率密度高、效率高、弱磁扩速能力强等优点，内置式永磁同步电机在电动汽车、医疗器械、轨道交通等应用场合得到广泛地应用。因此，内置式永磁同步电机必须具有高可靠性。
固有轴电压是内置式永磁同步电机极槽配合引起的磁路不平衡产生的。当固有轴电压幅值高于轴承油膜的击穿阈值时，会产生环路轴电流，短时间内对轴承造成损伤。
发明人发现，对于内置式永磁同步电机的轴电压削弱措施，从电机电磁设计角度上来抑制固有轴电压的研究较少。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，应用于内置式永磁同步电机，可以有效的削弱其固有轴电压，提高了电机***运行的可靠性。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，应用于内置式永磁同步电机，包括：转子本体，转子本体包括多个磁极；
每个磁极对应的转子外表面依次包括三段圆弧结构，第一圆弧结构和第三圆弧结构对应第一圆心，第二圆弧结构位于第一圆弧结构和第三圆弧结构之间，第二圆弧结构对应第二圆心，第二圆弧结构相对第一圆弧结构和第三圆弧结构内嵌预设距离。
进一步的，转子不均匀气隙结构的磁极极弧系数和隔磁桥宽度与转子均匀气隙结构一致。
进一步的，最小气隙为磁极中心线对应的气隙，最大气隙为永磁体槽对应的圆心角的两条射线对应的气隙。
进一步的，第二圆弧结构相对第一圆弧结构和第三圆弧结构内嵌的距离相等。
进一步的，第一圆心为转子均匀气隙结构的圆心。
进一步的，内置式永磁同步电机固有轴电压大小与气隙磁导傅里叶分解系数和磁动势傅里叶分解系数成正比。
本公开第二方面提供了一种内置式永磁同步电机，包括本公开第一方面所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开采用的转子不均匀气隙结构，可以有效削弱内置式永磁同步电机的固有轴电压，提高了电机工作的可靠性与稳定性。
2、本公开采用的转子不均匀气隙结构，隔磁桥宽度不变，保证了隔磁桥的机械强度，且隔磁桥的漏磁情况与转子均匀气隙结构时接近，转子不均匀气隙结构加工工艺方便，易于实现。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的V型转子磁路结构的转子不均匀气隙结构示意图。
图2为本公开实施例1提供的4极6槽内置式永磁同步电机不同偏心距下的气隙磁密曲线。
图3为本公开实施例1提供的4极6槽内置式永磁同步电机不同偏心距下的固有轴电压曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本公开实施例1提供了一种削弱内置式永磁同步电机固有轴电压的转子不均匀气隙结构，以V型转子磁路结构的内置式永磁同步电机为例，转子不均匀气隙结构如图1所示。
图中，R1为转轴半径，R2为定子内径，δ1为最小气隙长度，δ2为最大气隙长度，arc1、arc2、arc3为圆弧，l1、l2为线段，圆弧arc1、arc3对应的圆心为O，即均匀气隙结构的转子圆心，圆弧arc2对应的圆心为O′，d为偏心距，α为永磁体槽对应的圆心角。
具体工作原理为：
内置式永磁同步电机固有轴电压的大小与气隙磁导傅里叶分解系数、磁动势傅里叶分解系数成正比。均匀气隙结构时，内置式永磁同步电机磁动势沿气隙圆周的分布通常为平顶波形，含有丰富的谐波。当转子采用不均匀气隙结构时，使气隙磁动势波形接近正弦波，减小了与固有轴电压相关的磁动势谐波含量，进而削弱了电机的固有轴电压。
内置式永磁同步电机固有轴电压的大小与气隙磁导傅里叶分解系数、磁动势傅里叶分解系数成正比。隔磁桥宽度会影响内置式永磁同步电机的漏磁通，进而对环绕转轴的气隙磁通产生影响，与转子均匀气隙结构相比，本实施例所述的转子不均匀气隙结构的磁极极弧系数和隔磁桥宽度均保持不变
本实施例中，l1与l2相等。
作为优选，有限元分析软件选择Ansoft Maxwell。
例如，4极6槽内置式永磁同步电机，同步转速频率为400Hz。
在Maxwell 2D有限元软件中，分别建立起偏心距d为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm的空载固有轴电压仿真模型。
4极6槽内置式永磁同步电机不同偏心距下的气隙磁密曲线如图2所示。从图中可以看出，随着偏心距的增大，气隙磁密波形变得接近正弦波。
4极6槽内置式永磁同步电机不同偏心距下的固有轴电压曲线如图3所示。从图中可以看出，随着偏心距的增大，固有轴电压曲线幅值逐渐减小。
转子不均匀气隙结构的气隙磁密、固有轴电压的基波及各次谐波幅值如表1所示。从表中可以看出，随着偏心距的增大，固有轴电压基波幅值逐渐减小。因此，固有轴电压曲线幅值减小。
表1：转子不均匀气隙结构的气隙磁密、固有轴电压的基波及各次谐波幅值。
Figure BDA0003058465230000051
实施例2：
本公开实施例2提供了一种内置式永磁同步电机，包括本公开实施例1所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，其特征在于：应用于内置式永磁同步电机，包括：转子本体，转子本体包括多个磁极；
每个磁极对应的转子周向外表面依次包括三段圆弧结构，第一圆弧结构和第三圆弧结构对应第一圆心，第二圆弧结构位于第一圆弧结构和第三圆弧结构之间，第二圆弧结构对应第二圆心，第二圆弧结构相对第一圆弧结构和第三圆弧结构内嵌预设距离；
转子不均匀气隙结构的磁极极弧系数与转子均匀气隙结构的磁极极弧系数一致；永磁体槽的外端与第一圆弧之间的隔磁桥宽度同永磁体槽的外端与第三圆弧之间的隔磁桥宽度一致；
最小气隙为第二圆弧结构上的磁极中心线对应的气隙，最大气隙为永磁体槽的顶点对应的圆心角的两条射线对应的气隙，所述顶点对应第二圆弧结构的端点。
2.如权利要求1所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，其特征在于：
第二圆弧结构相对第一圆弧结构和第三圆弧结构内嵌的距离相等。
3.如权利要求1所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，其特征在于：
第一圆心为转子均匀气隙结构的圆心。
4.如权利要求1所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构，其特征在于：
内置式永磁同步电机固有轴电压大小与气隙磁导傅里叶分解系数和磁动势傅里叶分解系数成正比。
5.一种内置式永磁同步电机，其特征在于：包括权利要求1-4任一项所述的削弱内置式永磁电机固有轴电压的不均匀气隙结构。
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