一種表貼式永磁同步電機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表貼式永磁同步電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子設(shè)置有電樞齒槽，所述轉(zhuǎn)子沿圓周設(shè)置有偶數(shù)個永磁磁極，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子還設(shè)置有一個軟鐵磁極，所述軟鐵磁極設(shè)置于相鄰兩個永磁磁極之間，所述軟鐵磁極和永磁磁極沿圓周等間距分布，所述軟鐵磁極的密度和永磁磁極的密度相同。本發(fā)明可以抑制原齒槽轉(zhuǎn)矩中諧波，而達到降低齒槽轉(zhuǎn)矩的效果。
【專利說明】
一種表貼式永磁同步電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種同步電機，更具體的說，是涉及一種表貼式永磁同步電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，由于永磁體和電樞齒槽之間相互作用力的切向分量，在運轉(zhuǎn)過程中會 產(chǎn)生稱為齒槽轉(zhuǎn)矩的脈動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)矩波動率增大，影響永磁電機的運轉(zhuǎn)。
[0003] 通常消除齒槽轉(zhuǎn)矩的方法為將帶有繞組的定子在鐵芯長度范圍內(nèi)斜出本身一個 槽節(jié)距，或者將帶有永磁體的轉(zhuǎn)子斜出定子一個槽節(jié)距，但是前者將使槽滿率降低，后者將 導(dǎo)致充磁工裝不能通用且需要工藝要求較高，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠降低齒槽轉(zhuǎn)矩的表貼 式永磁同步電機。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006] 本發(fā)明的一種表貼式永磁同步電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子設(shè)置有電樞齒槽， 所述轉(zhuǎn)子沿圓周設(shè)置有偶數(shù)個永磁磁極，所述轉(zhuǎn)子還設(shè)置有一個軟鐵磁極，所述軟鐵磁極 設(shè)置于相鄰兩個永磁磁極之間，所述軟鐵磁極和永磁磁極沿圓周等間距分布，所述軟鐵磁 極的密度和永磁磁極的密度相同。
[0007] 所述軟鐵磁極的寬度按以下公式一進行設(shè)置，
[0008]
[0009] 其中，bi是永磁磁極寬度;b2是軟鐵磁極寬度;93是軟鐵磁極對應(yīng)角度；是永磁磁 極對應(yīng)角度;P是永磁磁極極對數(shù);Z是定子槽數(shù);N p是永磁磁極的周期數(shù)，等于永磁磁極極 數(shù)除以定子槽數(shù)和永磁磁極極數(shù)的最大公約數(shù);D2是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子外徑或外轉(zhuǎn)子電機 的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑。
[0010] 所述軟鐵磁極的對應(yīng)角度按以下公式二進行設(shè)置，
[0011]
[0012] 其中，93是永磁磁極對應(yīng)角度;是軟鐵磁極對應(yīng)角度;p是永磁磁極極對數(shù);Z是定 子槽數(shù);NP是永磁磁極的周期數(shù)，等于永磁磁極極數(shù)除以定子槽數(shù)和永磁磁極極數(shù)的最大 公約數(shù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：
[0014] (1)本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子還設(shè)置有一個軟鐵磁極，設(shè)置于相鄰兩個永磁磁極之間，軟且 鐵磁極和永磁磁極沿圓周等間距分布，導(dǎo)致永磁磁極的分布不均勻，可以抑制原齒槽轉(zhuǎn)矩 中諧波，而達到降低齒槽轉(zhuǎn)矩的效果，同時由于軟鐵磁極磁導(dǎo)率比空氣要大，運行時不會造 成周向氣隙磁密的不均勻，引入較少的新諧波；
[0015] (2)本發(fā)明中，軟鐵磁極的密度和永磁磁極的密度相同，在一定程度上使轉(zhuǎn)子達到 質(zhì)量均勻分布，從而使離心慣性力相互抵銷，避免了高轉(zhuǎn)速情況下產(chǎn)生較大的不平衡離心 力，與傳統(tǒng)偏極電機相比，在轉(zhuǎn)子動平衡上有著進一步優(yōu)化作用，一定程度上延長了電機的 使用壽命
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 附圖標(biāo)記:1定子;2轉(zhuǎn)子;3永磁磁極;4軟鐵磁極;5電樞齒槽。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0019] 本發(fā)明的一種表貼式永磁同步電機，包括定子1和轉(zhuǎn)子2,所述定子1設(shè)置有電樞齒 槽5，所述轉(zhuǎn)子2沿圓周設(shè)置有偶數(shù)個永磁磁極3，所述轉(zhuǎn)子2還設(shè)置有一個軟鐵磁極4，所述 軟鐵磁極4設(shè)置于相鄰兩個永磁磁極3之間，所述軟鐵磁極4和永磁磁極3沿圓周等間距分 布，所述軟鐵磁極4的密度和永磁磁極3的密度相同。
[0020] 由齒槽轉(zhuǎn)矩的定義可知，齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機在不通電情況下，由于永磁磁極3和 電樞齒槽5之間相互作用力的切向分量所引起的。從數(shù)學(xué)表達式上看，齒槽轉(zhuǎn)矩是在不通電 情況下電機的磁場能量W對定轉(zhuǎn)子相對位置角α的負導(dǎo)數(shù)，即
[0021]
(1)
[0022] 電機的磁場能量主要存在于電機氣隙和永磁磁極中，可近似為二者存在的磁場能 之和，表示為
[0023]
(2)
[0024] 式中：Β為氣隙磁通密度;μ〇為磁導(dǎo)率;V為氣隙的體積。因為永磁磁極3為表貼式， 所以其氣隙磁通密度沿電樞周向分布又可近似表示為
[0025]
(3)
[0026] 式中:hm( Θ)表示永磁磁極沿充磁方向長度在周向上的分布;δ(θ，α)表示有效氣隙 長度在周向上分布;Βγ(Θ)表示永磁磁極剩磁周向分布。因此，由式(2)和式(3)可得
[0027]
(4)
[0028] 由于氣隙體積為環(huán)形，所以對其進行積分應(yīng)采用柱面積分，之后相減的方法。積分 計算后式(4)變?yōu)?br>[0029] ㈧
[0030] 式中：La為轉(zhuǎn)子鐵心軸向長度。當(dāng)永磁同步電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時，Du為定子內(nèi)徑， D2為轉(zhuǎn)子外徑;當(dāng)永磁同步電機為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時，Du為定子外徑，D 2為轉(zhuǎn)子內(nèi)徑。
[0031] 對式(5)進行傅里葉分解展開可得
[0032] ((|
[0033] (7)
[0034] 式中：z為定子槽數(shù);p為永磁磁極對數(shù);Bro、Go分別為式(6)和式(7)中左式進行傅 里葉分解所得的對應(yīng)恒定分量;Brn、Gn*別表示兩式傅里葉分解所得的對應(yīng)η次諧波系數(shù)。 [0035]根據(jù)數(shù)學(xué)定理，當(dāng)任意整數(shù)m辛η時有
[0036]
(:8)
[0037] 因此，將式(6)和式(7)代入式(5)后并對α求導(dǎo)最終可得到在不考慮電機斜槽時的 齒槽轉(zhuǎn)矩表達式為
[0038]
後)：
[0039] 由式(9)可以看出想要削弱齒槽轉(zhuǎn)矩需要改變式(9)中的sin(naz)，通過使其各次 諧波分量削弱或者使其相消從而達到削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。本文采用的"軟鐵磁極"的方法 使永磁磁極3的分布不均勻，可以抑制原齒槽轉(zhuǎn)矩中諧波，而達到降低齒槽轉(zhuǎn)矩的效果。由 于永磁磁極3的分布不均勻，從而影響了氣隙磁通密度的周向分布。因此，對Br的傅里葉分 解展開式變?yōu)?br>[0040]
(10)
[0041 ]結(jié)合式(4)、式(6)和式(9)，齒槽轉(zhuǎn)矩的表達式可表不為
[0044] (丨2) (11)
[0042]
[0043]式中Branz、Brbnz為傅里葉分解系數(shù)，其數(shù)學(xué)分析式又可表示為
[0046] 式中Δ 0m為本發(fā)明中第m個永磁磁極相對于磁極均勻分布所偏移角度。[0047]當(dāng)Δ 0m取值為
[0045] (13)
[0048]
(14)
[0049]時，可以抑制原齒槽轉(zhuǎn)矩中η為2?化倍數(shù)之外的諧波次數(shù)具為永磁磁極的周期數(shù)， 其值等于永磁磁極極數(shù)除以定子槽數(shù)和永磁磁極極數(shù)的最大公約數(shù)。
[0050] 而采用"軟鐵磁極"結(jié)構(gòu)時，永磁磁極對應(yīng)磁極偏移角度與永磁磁極對應(yīng)角度03及 軟鐵磁極對應(yīng)角度9b有關(guān)，其關(guān)系式為
[0051]
(I5)
[0052] 該式是通過相同極數(shù)永磁磁極均布結(jié)構(gòu)氣隙角度θδ與本發(fā)明的偏極結(jié)構(gòu)氣隙角 度θδ'相減所得，即
[0053] (丨()>
[0054] I )
[0055] 結(jié)合式（11)~式（15)，最終可以得出軟鐵磁極寬度對應(yīng)角度與永磁磁極寬度對應(yīng) 角度的關(guān)系式及其寬度關(guān)系式分別為
[0056] (丄8)
[0057] (19)
[0058] 式中bi是永磁磁極寬度;b2是軟鐵磁極寬度。當(dāng)永磁同步電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時，D2 為轉(zhuǎn)子外徑;當(dāng)永磁同步電機為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時，D2為轉(zhuǎn)子內(nèi)徑。
[0059] 根據(jù)永磁磁極寬度和電機體積限制等因素最終可得最佳的軟鐵磁極寬度及其所 對應(yīng)角度。采用該計算所得寬度或角度來設(shè)計軟鐵磁極，對電機齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱效果最為 突出。
[0060] 實施例一
[0061]如圖1所示，本發(fā)明的表貼式永磁同步電動機設(shè)置為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子外圓周等間 距設(shè)置有八個永磁磁極和一個軟鐵磁極，定子設(shè)置有24個電樞齒槽，相數(shù)設(shè)置為3，永磁磁 極寬度設(shè)置為11mm，軟鐵磁極寬度設(shè)置為3mm，當(dāng)m=2時，永磁磁極偏移角度△0m = 2V8/24 =1.875°，也就是說，和永磁磁極均布的電機做比較，由于加入軟鐵磁極會使得永磁磁極產(chǎn) 生偏移，假設(shè)兩種電機第一塊永磁磁極位置相同，當(dāng)?shù)诙K永磁磁極的偏移角度為1.875° 時，2pN P = 8,可消除原齒槽轉(zhuǎn)矩中8倍諧波的諧波次數(shù)，從而可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0062]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的功能及工作過程進行了描述，但本發(fā)明并不局限于 上述的具體功能和工作過程，上述【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況 下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種表貼式永磁同步電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子設(shè)置有電樞齒槽，所述轉(zhuǎn)子沿 圓周設(shè)置有偶數(shù)個永磁磁極，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子還設(shè)置有一個軟鐵磁極，所述軟鐵磁極 設(shè)置于相鄰兩個永磁磁極之間，所述軟鐵磁極和永磁磁極沿圓周等間距分布，所述軟鐵磁 極的密度和永磁磁極的密度相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表貼式永磁同步電機，其特征在于，所述軟鐵磁極的寬度 按以下公式一進行設(shè)置，其中，bi是永磁磁極寬度;b2是軟鐵磁極寬度;93是軟鐵磁極對應(yīng)角度;是永磁磁極對 應(yīng)角度;P是永磁磁極極對數(shù);z是定子槽數(shù);Np是永磁磁極的周期數(shù)，等于永磁磁極極數(shù)除 以定子槽數(shù)和永磁磁極極數(shù)的最大公約數(shù);D 2是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子外徑或外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn) 子內(nèi)徑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表貼式永磁同步電機，其特征在于，所述軟鐵磁極的對應(yīng) 角度按以下公式二進行設(shè)置其中，Qa是永磁磁極對應(yīng)角度;0b是軟鐵磁極對應(yīng)角度;P是永磁磁極極對數(shù);Z是定子槽 數(shù);NP是永磁磁極的周期數(shù)，等于永磁磁極極數(shù)除以定子槽數(shù)和永磁磁極極數(shù)的最大公約 數(shù)。
【文檔編號】H02K1/27GK105896774SQ201610370919
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】王曉遠, 陳博, 謝宇, 王誼, 齊丹丹
【申請人】天津大學(xué)