[发明专利]一种减小磁通切换永磁电机定位力矩的方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种减小磁通切换永磁电机定位力矩的方法。

背景技术

与电励磁电机相比，永磁电机具有体积小、质量轻、效率高等显著优点；由于其不需要励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出问题的集电环和电刷装置，结构简单，运行可靠，因此在风力发电、小型水力发电，以及小型内燃机发电等场合正在得到逐步推广应用，尤其是采用永磁发电机的直驱型风力发电在当今已变得颇具吸引力。此外，我国稀土资源丰富，稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平也都达到了国际先进水平，因此，充分发挥我国的资源优势，大力发展和推广以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机将具有重要的工程价值。

传统永磁电机大多采用表面贴装式、插入式或嵌入式等工艺将永磁体固定于转子，这样，在电机运行过程中，就会产生散热困难、过高温升导致永磁体不可逆退磁，从而限制电机出力等问题。针对这一问题，早在上个世纪50年代，就有学者对定子永磁电机开展了研究。与转子永磁电机不同，定子永磁电机将永磁体和电枢绕组都置于定子，简单的转子结构不但提高了电机运行的可靠性，而且转子旋转时，也可以起到风扇的作用，使电机散热性能得到增强。因此，1997年磁通切换永磁电机一经法国学者E.Hoang提出，便引起了人们的极大关注。

然而，将永磁体置于定子，电机采用双凸极结构，由于聚磁效应，磁通切换永磁电机气隙磁密增加的同时，定位力矩问题也变得愈发严重。所谓定位力矩，是永磁电机中永磁体与有槽铁芯相互作用的结果，将会导致电机运行时产生振动和噪声。该力矩始终存在于永磁电机中，与电机是否通电无关，过大的峰-峰值不但会给电机起动带来困难，而且也会导致电机运行过程中存在较大的转矩脉动，从而限制其在各领域的应用，因此，采用有效的方法减小磁通切换永磁电机的定位力矩就具有重要的意义和实用价值。

减小永磁电机定位力矩的传统方法，包括转子斜极、定子斜槽、分数槽结构、极弧系数组合优化、永磁体不对称放置和磁极形状优化等，这些方法都会对电机的性能产生不同程度的影响，而且还会增加电机的制造成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种减小磁通切换永磁电机定位力矩的方法，该方法简单有效，工程上容易执行，可通过有限元法对铁芯桥的厚度进行优化，保证定位力矩有效减小的同时，电机的空载感应电势和电机出力等性能受到很小的影响。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种减小磁通切换永磁电机定位力矩的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在磁通切换永磁电机的定子铁芯之间置有铁芯桥，将永磁体置于相邻定子铁芯与所述铁芯桥构成的凹槽中，并将铁心桥的初始厚度设定为电机气隙长度；

步骤2：确定对铁芯桥厚度优化过程中涉及磁通切换永磁电机的性能参数；

步骤3：优化并确定铁芯桥的厚度。

所述步骤1中，所述铁芯桥与所述定子铁芯合为一体共同冲片叠压后一次成型或与定子铁芯分开冲片各自叠压后再成型。

所述步骤2中，对于磁通切换永磁发电机，其性能参数包括感应电势峰值和总谐波畸变率THD。

所述步骤2中，对于磁通切换永磁电动机，其性能参数包括电磁转矩的峰-峰值、电感、反电势的幅值和总谐波畸变率THD。

所述磁通切换永磁电机包括径向磁场磁通切换永磁电机、轴向磁场磁通切换永磁电机和横向磁场磁通切换永磁电机。

所述径向磁场磁通切换永磁电机包括外转子径向磁场磁通切换永磁电机和外转子径向磁场磁通切换永磁电机；所述轴向磁场磁通切换永磁电机包括单定子单转子轴向磁场磁通切换永磁电机、中间定子轴向磁场磁通切换永磁电机、中间转子轴向磁场磁通切换永磁电机和多定子多转子轴向磁场磁通切换永磁电机。

所述径向磁场磁通切换永磁电机、轴向磁场磁通切换永磁电机和横向磁场磁通切换永磁电机的励磁方式均包括纯永磁励磁和混合励磁。

所述步骤3中，根据所确定的磁通切换永磁电机性能参数且采用有限元法对所述铁芯桥的厚度进行优化，从而确定铁芯桥的厚度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.磁通切换永磁电机的电枢绕组与永磁体都置于定子，转子仅为导磁铁芯，结构坚固简单，且转子的风扇作用有利于改善该电机的散热条件，该类电机电枢反应磁通和永磁磁通在磁路上构成并联关系，保证了永磁励磁具有较强的抗去磁能力；