[發明專利]一種永磁同步電機轉子鐵心設計方法

有效

• 申請號: 201711414337.7
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108134491B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 姚丙雷;王鴻鵠;周洪發
• 申請（專利權）人: 上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司;上海電器科學研究所(集團)有限公司;上海電科電機科技有限公司
• 主分類號: H02K15/03
• 分類號: H02K15/03
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明涉及一種永磁同步電機轉子鐵心設計方法，其特征在于，包括以下步驟：將轉子表面沿圓周方向分隔成若干區域，每個區域與一個極相對應，任意兩個極的轉子表面形狀完全相同，在每個區域的鐵心內部設置永磁體槽；忽略永磁同步電機的硅鋼片中的磁壓降，將轉子鐵心間氣隙的磁導波形等效于磁密波形，忽略定子開槽、轉子開槽對氣隙磁密造成的影響，則建立電機轉子外表面與角度的極坐標方程；對通過上一步的極坐標方程得到的轉子表面曲線進行優化。本發明所涉及的永磁電機轉子鐵心設計方法能有效降低電機氣隙磁密的諧波含量，降低電機雜散損耗，提高電機效率，降低電機的振動和噪聲。

技術領域

本發明涉及一種降低內轉子內嵌式永磁同步電機氣隙磁密諧波含量的轉子鐵心設計方法，屬于永磁同步電機技術領域。

背景技術

永磁同步電機是一種高效率正弦交流電機，具有體積小、效率高、功率因數高的特點，被廣泛應用于紡織、石油、運輸等行業。

現有的永磁同步電機通常采用圓形轉子沖片疊壓成轉子鐵心，然后通過車床加工出定轉子鐵心間的氣隙，由于車床加工的局限性，這種電機的轉子外表面為圓形，定轉子氣隙為均勻氣隙。在永磁同步電機的運行過程中，轉子轉速與同步轉速相同，即轉子磁場和轉子結構保持同步，故考慮通過改善每一極對應的鐵心形狀來調整電機的氣隙磁密。在電機磁路中，如不考慮永磁體磁源部分，則氣隙和鐵心串聯構成電機的磁路閉環。在磁通回路中，鐵心的磁密值相對固定，不宜調整，而磁路中氣隙的磁阻最大且調整靈活度高，一般通過調整氣隙值的分布來優化電機的磁密分布。

為了提高氣隙磁密的正弦性，將轉子每個磁極表面設計成非整圓結構，在這方面許多學者都做了多種設計嘗試：在發明專利“一種內嵌式正弦型面永磁電機轉子”(專利號：CN102857000A)中采用了偏心圓的設計方案，偏心圓設計是一種較為常見的設計方法，用于近似等效正弦磁密；在實用新型“一種正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機”(專利號：CN201478968U)中，對轉子表面進行了分段設計，這種設計方法通過弧線和直線的組合來近似等效不均勻正弦氣隙；在發明專利“電機和具有該電機的壓縮機”(專利號：CN103516165A)中，采用了階梯形轉子鐵心表面設計方式，以達到提高電機正弦度的目的；在發明專利“轉子理想正弦波氣隙磁場永磁同步電機”中，描述的方法為理想狀態下的氣隙曲線，針對氣隙寬度進行了研究，但未涉及鐵心磁通飽和狀況。這些專利中采用了不同形狀的轉子表面來等效得到磁密的正弦分布，均為近似設計方法，計算模型不夠準確，且部分方法選擇參數的種類多，每個參數取值范圍較大，不利于參數選擇和設計。

作為用電量最大的動力設備，電機的智能制造迫在眉睫。優化轉子表面形狀作為一種最有效提升永磁同步電機性能的方法，急需一種計算準確、設計簡便、能夠公式化的設計方法，以便在電機生命周期管理(PLM)中縮短開發周期，提升產品質量，加快電機產品的智能制造進程。

發明內容

本發明的目的是提供一種較為精確正弦磁密分布、設計簡便且能夠公式化的轉子鐵心設計方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種永磁同步電機轉子鐵心設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將轉子表面沿圓周方向分隔成若干區域，每個區域與一個極相對應，任意兩個極的轉子表面形狀完全相同，在每個區域的鐵心內部設置永磁體槽；