[發明專利]轉子磁極非均勻分段的永磁同步電機及其優化設置方法

有效

• 申請號: 202110591041.2
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113300514B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 閻彥;程譯萩;沈燚明;張振;史婷娜;夏長亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學先進電氣裝備創新中心;浙江大學
• 主分類號: H02K1/2706
• 分類號: H02K1/2706;H02K1/274;H02K1/12;H02K1/16;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種轉子磁極非均勻分段的永磁同步電機及其優化設置方法。包括轉子、定子和電樞繞組，轉子永磁體呈軸向對稱分布并分為N段，處于軸向不對稱位置的各段永磁體環的偏移角度和疊厚均不相同，利用基于齒槽轉矩函數對各段永磁體環的偏移角度和疊厚進行設置；定子上設置有多個定子槽，且為半閉口槽與閉口槽按比例混合疊壓的鐵芯結構。本發明既可以得到比傳統分段斜極更小的齒槽轉矩，又因為采用軸向對稱結構抵消了軸向不平衡磁拉力，減小了電機的噪聲與振動，在相同永磁體用量的情況下，大幅提高電機的綜合性能。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機技術領域的一種永磁同步電機和優化設置方法，具體涉及一種轉子磁極非均勻分段的永磁同步電機及其優化設置方法。

背景技術

永磁同步電機具有高轉矩密度、高控制精度、高效率以及低噪聲等優點，隨著永磁材料性能的不斷提升，其作為執行電機的交流永磁伺服系統得到了迅速的發展，并廣泛應用于工業領域。

齒槽轉矩是永磁同步電機固有的問題之一，其可視為空載磁阻轉矩，是由轉子永磁體與定子鐵芯相互作用力的切向分量引起的。對于高性能永磁同步電機來說，齒槽轉矩對位置伺服的精度和平穩性產生一定的影響，并且會帶來振動和噪聲等問題，進而直接影響交流永磁伺服系統的性能。因此，削弱齒槽轉矩是高性能永磁同步電機設計和制造過程中必須解決的關鍵問題。

為了削弱永磁同步電機的齒槽轉矩，可以采用定子斜槽或轉子斜極的方法。目前，工業領域常采用分段斜極的方法，例如公開號為105305678A、102684337A的中國專利所提出的傳統分段斜極式永磁同步電機轉子，永磁體在軸向均勻分段，并且各段在圓周方向逐步偏移一個相同的角度。該方法能在一定程度上削弱電機的齒槽轉矩，但轉子軸向存在不平衡磁拉力，會額外引起電機的振動、噪聲和轉子偏心等問題。為了消除轉子軸向不平衡磁拉力，公開號為106849431A的中國專利提出了一種轉子V形斜極結構，利用永磁體的軸向對稱分布來消除不平衡磁拉力。該方法能在一定程度上削弱電機的齒槽轉矩，但相同分段數下V形斜極對齒槽轉矩的削弱效果要弱于傳統分段斜極。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提出了一種轉子磁極非均勻分段的永磁同步電機，通過設置轉子磁極在偏移角度θ和疊厚L兩個維度上的非均勻分段，使得永磁同步電機具有比傳統分段斜極更小的齒槽轉矩。與此同時，又通過采用軸向對稱結構，消除了軸向不平衡磁拉力。

本發明的技術方案如下：

一、一種轉子磁極非均勻分段的永磁同步電機：

包括轉子、定子和電樞繞組，轉子套裝在定子內部，電樞繞組繞制在定子上，所述轉子包括轉子鐵芯和永磁體，轉子鐵芯外布置永磁體，永磁體沿轉子鐵芯軸向分為N段，每段永磁體環主要由沿轉子鐵芯同一圓周間隔均布的多個永磁體構成；N段永磁體環的各個永磁體的極弧長度、相鄰間隔均相同，N段永磁體環的偏移角度和疊厚不同，但N段永磁體環以轉子鐵芯軸向中點所在的截面對稱分布；所述定子包括了定子軛部模塊和定子齒部模塊，定子軛部模塊為帶有中心腔的環形結構，定子齒部模塊套裝在定子軛部模塊中心腔內，電樞繞組繞制于定子齒部模塊上。

所述的定子齒部模塊主要由閉口槽硅鋼片和半閉口槽硅鋼片按比例交替混合疊壓而成，閉口槽硅鋼片是由沿圓周間隔布置的多個鋼片齒固定連接構成，每個鋼片齒沿徑向布置，且相鄰兩個鋼片齒的內端固接成一體，半閉口槽硅鋼片是由沿圓周間隔布置的多個鋼片齒固定連接構成，每個鋼片齒沿徑向布置，且相鄰兩個鋼片齒的內端之間不連接而形成間隙；閉口槽硅鋼片的鋼片齒和半閉口槽硅鋼片的鋼片齒數量相同且一一對應沿軸向疊壓，同一軸向的閉口槽硅鋼片和半閉口槽硅鋼片的鋼片齒疊壓后形成定子齒，每個定子齒上繞制電樞繞組的線圈。

所述永磁體采用瓦片形或弓形，充磁方向為徑向充磁或平行充磁。

所述的閉口槽硅鋼片和半閉口槽硅鋼片的鋼片齒的形狀尺寸相同。

在相鄰兩個閉口槽硅鋼片之間布置三個半閉口槽硅鋼片。