[发明专利]一种低转矩脉动永磁同步电机转子结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种低转矩脉动永磁同步电机转子结构，属于永磁电机技术。

背景技术

永磁同步电机利用转子中按一定规律分布的永磁体建立主磁场，这使得永磁同步电机与传统电励磁电机相比具有效率更高和功率因数高等优点。永磁体在转子铁芯中可采用多种排列方式，所以永磁电机结构多样化，优化的永磁电机结构能够有效提高电机性能指标。

永磁材料的成本占整个电机制造成本的很大一部分，为了提高永磁材料利用率，永磁电机往往结构紧凑、气隙较小，气隙磁密的分布受定子齿槽的影响很大，从而产生了齿槽转矩，使得电机输出转矩出现脉动。

采用定子斜槽可以有效的削弱齿槽效应，但定子斜槽会降低定子槽面积，并影响绕组嵌线。转子斜极可以产生与定子斜槽同样的效果，但转子连续斜极会使永磁体形状特殊，不易于实施。而且，转子斜极会带来轴向不平衡磁拉力，产生震动与噪音。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供低转矩脉动永磁同步电机转子结构，是一种分段式永磁同步电机转子结构，能够在避免定子斜槽和转子连续斜极的同时，有效降低齿槽转矩，同时因其轴向对称的结构又能够消除轴向不平衡磁拉力，实现电机的低噪音和低转矩脉动运行，有效提高电机性能指标，同时具有较好的工艺性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明所采用的方案是通过逐段改变转子铁芯内V型通槽张角的大小，使得V型通槽内永磁体的张角逐段变化，在气隙中形成分布合理的磁场，削弱齿槽效应，降低齿槽转矩，使得输出转矩更加平稳。由于采用了轴向对称的结构，能够避免轴向不平衡磁拉力，并降低震动与噪音。具体方案如下。

一种低转矩脉动永磁同步电机转子结构，包括中心转轴和2N+1段转子铁芯，每段转子铁芯沿圆周方向均均匀设置有M个对称结构的V型通槽，在每个V型通槽的两个侧臂内分别嵌置有一个永磁体；2N+1段转子铁芯依次套装在中心转轴上形成圆柱形的转子整体，通过键槽结构实现转子铁芯和中心转轴的定位，沿中心转轴的轴向，2N+1段转子铁芯的标号依次为0，1,…,n,…,2N-1，2N，N为正整数，M为大于零的偶数；

定义一个xyz三维坐标系，中心转轴的轴线位于y轴上，第N个转子铁芯的中心横截面位于xz平面上；以y轴为中心，向外均匀辐射M个纵截面，逆时针方向，M个纵截面的标号依次为1,2，…,m,…,M-1,M，第一个纵截面位于xy平面上；以y轴为中心，定义一个半径为r的圆柱面C，所有永磁体的纵向中心线均在圆柱面C上；

第N个转子铁芯的厚度为l₀，第N个转子铁芯上的第m个V型通槽的对称轴位于第m个纵截面上，V型通槽的张角为α₀，在V型通槽的两个直侧臂内分别嵌置有一个永磁体，沿直侧臂的长度方向永磁体的长度为l_pm0；

第N+i个转子铁芯的厚度为l_i，第N+i转子铁芯上的第m个V型通槽的对称轴位于第m个纵截面上，V型通槽的张角为α_i，在V型通槽的两个直侧臂内分别嵌置有一个永磁体，沿直侧臂的长度方向永磁体的长度为l_pmi，i＝1,2,…,N；

第N-i个转子铁芯的厚度为l_i，第N-i转子铁芯上的第m个V型通槽的对称轴位于第m个纵截面上，V型通槽的张角为α_i，在V型通槽的两个直侧臂内分别嵌置有一个永磁体，沿直侧臂的长度方向永磁体的长度为l_pmi，i＝1,2,…,N；

以第N个转子铁芯为中心，V型通槽的张角从α₀开始向两侧逐渐递减或逐渐递增，永磁体的长度从l_pm0开始向两侧逐渐递减或逐渐递增；

同一个V型通槽内的两个永磁体极性相同；同一个转子铁芯上，相邻两个V型通槽内的两组永磁体极性不相同；对称轴位于同一个纵截面上的2N+1个V型通槽内的2N+1组永磁体极性相同。

具体的，定义Z为定子齿数，α_i的递变量为θ或-θ，α_i＝α₀+iθ或α_i＝α₀-iθ；定义l_pmi的递变量为Δl或-Δl，l_pmi＝l_pm0+iΔl或l_pmi＝l_pm0-iΔl；i＝0，1,2,…,N。