[發明專利]一種減小齒槽效應的永磁電機設計方法以及永磁電機

無效

• 申請號: 201010614325.0
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102064618A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 陳學東;李健;張玲莉;曾理湛;陳霈
• 申請（專利權）人: 天津藍馬工業工程技術有限公司;華中科技大學;張玲莉
• 主分類號: H02K1/08
• 分類號: H02K1/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

技術領域

本發明涉及電機技術領域，尤其涉及一種減小永磁電機齒槽效應的方法以及永磁電機。

背景技術

永磁電機由于其緊湊的結構、高轉矩密度、高效率、無勵磁發熱等而在工業上得到了越來越廣泛的應用。

永磁電機中永磁體磁極對按N、S極交替排列，其中永磁直線電機參見圖1，永磁旋轉電機參見圖2。參見圖7，永磁電機單個齒在靠近永磁體兩端部時，所受到的齒槽轉矩/齒槽力幅值最大，當齒的中心線與永磁體重合時，所受到的齒槽轉矩/齒槽力為零，現有技術中由于單塊永磁體周向寬帶固定，單個齒所受到的齒槽轉矩/齒槽力含有復雜的諧波成分，因此所有齒的齒槽轉矩/齒槽力疊加后的合成齒槽轉矩/齒槽力因諧波的影響難以相互抵消，存在較大的峰值，影響永磁電機的性能。

永磁電機的設計必須考慮機械系統振動等因素的影響，由于電樞開槽產生的齒槽效應，永磁體與齒槽存在隨動子位置變化的吸引力，由此產生的永磁電機齒槽轉矩/齒槽力是影響永磁電機性能的關鍵因素，在低速時的影響尤為顯著。

斜槽或斜極結構是一種被廣泛采用的減小齒槽方法，通過將定子疊片或動子磁體傾斜一定角度，理想情況下，齒槽轉矩/齒槽力會在傾斜定子槽間距整數倍時消失，該方案的缺點在于會使永磁電機的轉矩常數/推力常數下降。另外，使用輔助齒槽來增加齒槽頻率，可以有效地減小齒槽轉矩/齒槽力峰值；磁極形狀、電樞齒的形狀、極弧系數的合理選擇，也可以有效地減小齒槽轉矩/齒槽力峰值；不對稱磁極布置、極數和槽數配合、不同槽口寬度組合及不等極弧系數組合等方法均可以一定程度削弱齒槽轉矩/齒槽力峰值。

發明內容

本發明對永磁電機的永磁體的結構方式進行改進，從而減小永磁電機的齒槽轉矩/齒槽力，即減小了齒槽效應。

一種減小齒槽效應的永磁電機，包括用于產生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體。

作為優化選擇，所述的永磁體采用曲面永磁體或進行倒角處理的永磁體。

例如一對磁極中，每個磁極均有兩塊小塊永磁體，則這四塊永磁體的磁極排列為N/N/S/S。

在旋轉電機中，所述的永磁體設置在轉子的外圓周面或定子的內園周面，每個磁極中的多塊永磁體繞圓周向依次布置。

如果是直線電機，則永磁體設置在動子或定子上，每個磁極中的多塊永磁體沿動子和定子之間相對運動的方向依次布置。

為了得到本發明減小齒槽效應的永磁電機，本發明還提供了一種所述的減小齒槽效應的永磁電機設計方法，包括如下步驟：

通過調整永磁體結構參數，利用有限元計算方法反復計算得到永磁電機齒槽效應最小時所對應的永磁電機的永磁體結構參數，

所述的永磁電機參數主要有：

n每個磁極中磁極同向沿電機運動方向布置的永磁體的塊數，且n≥2；永磁電機中包括用于產生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體；

w₁每塊永磁體的寬度；

w₂相鄰的兩塊永磁體之間的距離。

得到永磁體結構參數后，其余過程可利用現有技術按要求制成整機。

本發明主要是確定了永磁體的尺寸和布置方式，作為優化選擇，所述永磁電機設計時，在旋轉電機中，所述的永磁體設置在轉子的外圓周面或定子的內園周面，每個磁極中的多塊永磁體繞圓周向依次布置。

如果是直線電機，則永磁體設置在動子或定子上，每個磁極中的多塊永磁體沿動子和定子之間相對運動的方向依次布置。

作為優化選擇，所述的永磁體可采用具有圓弧形頂面的永磁體，所述的永磁電機參數還包括：

γ圓弧形頂面的弧邊所對應的圓心角；

R圓弧形頂面的弧邊所對應的曲率半徑；

dh圓弧形頂面的弧邊的高度。

h永磁體的高度。

作為優化選擇，所述的永磁體可采用倒角處理的永磁體，所述的永磁電機參數還包括：

α倒角的傾角；

dh倒角的高度。

h永磁體的高度。

本發明永磁電機，具有以下特點：

通過調整永磁體結構參數，利用有限元計算方法反復計算得到永磁電機齒槽效應最小時所對應的永磁電機的永磁體結構參數，

所述的永磁電機參數為：

n每個磁極中磁極同向布置的永磁體的塊數，且n≥2；永磁電機中包括用于產生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體；