[發明專利]一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構

有效

• 申請號: 202110362769.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112865465B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 金子辰;丁樹業;申淑鋒;陳少先;周龍
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02K21/16
• 分類號: H02K21/16;H02K21/02;H02K1/24;H02K1/14;H02K29/03
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明提出了一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構，包括：定子與轉子。所述轉子由轉軸和轉子鐵心構成，所述定子由定子鐵心、永磁體與電樞繞組構成。所述定子鐵心由“U”型硅鋼片鐵心單元構成，每個定子齒靠槽口側處采用階梯齒結構；所述轉子鐵心為凸級結構，每個轉子齒的頂部采用階梯齒結構，本發明提出的一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構，通過在每個定子齒靠槽口側處和每個轉子鐵心齒頂處采用階梯齒結構，可以使定轉子間氣隙的變化趨于緩慢，形成氣隙變化的過渡區，氣隙磁通密度的波形更接近于正弦波。從而減小電機的齒槽轉矩，降低電機的轉矩脈動。

技術領域

本發明涉及磁通切換永磁電機技術領域，特別是涉及一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構。

背景技術

隨著全球變暖、化石燃料緊缺以及環境污染問題，如何更高效地利用能源成為人類發展過程中所必須面對的問題。永磁同步電機具有體積小、高功率密度、高效率、高輸出轉矩和運行可靠等優點，已經在許多領域內得到了廣泛的應用，尤其是在汽車工業領域，永磁同步電機在新能源汽車的發展中發揮著重要的作用。

傳統永磁電機大多采用表面貼裝式、插入式或嵌入式等工藝將永磁體固定于轉子，這樣，在電機運行過程中，就會產生散熱困難、過高溫升導致永磁體不可逆退磁，從而限制電機出力等問題。針對這一問題，早在上個世紀50年代，就有學者對定子永磁電機開展了研究。與轉子永磁電機不同，定子永磁電機將永磁體和電樞繞組都置于定子，簡單的轉子結構不但提高了電機運行的可靠性，而且轉子旋轉時，也可以起到風扇的作用，使電機散熱性能得到增強。1997年磁通切換永磁電機被首次提出。由于其轉子結構堅固、轉矩密度高、易于熱管理等優點，近年來獲得了大量的研究關注。

磁通切換永磁電機的主要結構特點是：（1）采用永磁材料，并將永磁體置于定子上；（2）定子電樞繞組為集中式繞組，端部較短，減小了用銅量和銅耗；（3）轉子鐵心由導磁材料制成，轉子上既無永磁體也無電樞繞組，故電機有結構簡單、堅固耐用，適合寬轉速范圍運行。因此，磁通切換永磁電機具有廣泛的工業應用前景，適合于工作溫度較高、對電機體積和質量有嚴格要求，又要有較大出力的應用場合。

然而，將永磁體置于定子，電機采用雙凸極結構，由于聚磁效應，磁通切換永磁電機氣隙磁密增加的同時，齒槽轉矩問題也變得愈發嚴重。所謂齒槽轉矩，是永磁電機中永磁體與有槽鐵芯相互作用的結果，將會導致電機運行時產生振動和噪聲。該力矩始終存在于永磁電機中，與電機是否通電無關，過大的峰一峰值不但會給電機起動帶來困難，而且也會導致電機運行過程中存在較大的轉矩脈動，從而限制其在各領域的應用，因此，采用有效的方法抑制磁通切換永磁電機的轉矩脈動就具有重要的意義和實用價值。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構，抑制轉矩脈動的結構，該電機具有傳統磁通切換永磁電機高正弦度每相感應電動勢、較大功率密度和較高轉矩密度優點的同時，能夠降低電機的齒槽轉矩，減小磁通切換永磁電機運行時的轉矩脈動。

本發明提供一種抑制轉矩脈動的磁通切換永磁電機結構，包括定子與轉子，所述轉子由轉子鐵心和轉軸構成，所述定子由永磁體、定子鐵心與電樞繞組構成，所述轉軸在轉子鐵心內，所述定子鐵心由U型硅鋼片鐵心單元構成，所述定子鐵心等角度繞轉軸中心線布置，所述永磁體設置在相鄰的定子鐵心之間且通過電樞繞組固定，所述定子鐵心的每個定子齒靠槽口側處采用階梯齒結構，所述轉子鐵心的每個轉子齒頂采用階梯齒結構。

作為本發明的進一步改進，所述磁通切換永磁電機結構中每個轉子齒頂部的階梯齒的階梯數量為奇數個。

作為本發明的進一步改進，所述磁通切換永磁電機結構中每個定子齒靠槽口側處的階梯齒的階梯數量為偶數個。

作為本發明的進一步改進，所述磁通切換永磁電機結構中每個轉子齒頂部的階梯齒中每個階梯的寬度和高度都分別相等。

作為本發明的進一步改進，所述磁通切換永磁電機結構中每個定子齒靠槽口側處階梯齒中每個階梯的寬度和高度都分別相等。