本發(fā)明涉及一種永磁電機(jī)及其控制方法，屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

永磁電機(jī)是一種高效電機(jī)，之所以高效，是因?yàn)橛来烹姍C(jī)轉(zhuǎn)子采用稀土永磁材料制成的永磁體磁極(永磁極)來(lái)勵(lì)磁，替換了傳統(tǒng)勵(lì)磁線(xiàn)圈勵(lì)磁的方式，這樣就較大的減少了電機(jī)的銅耗，提升了電機(jī)的效率。同時(shí)永磁電機(jī)具有較高的功率因數(shù)和易于控制的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

由于永磁材料比較昂貴，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極全部使用永磁體磁極，則電機(jī)的成本就會(huì)極高，永磁極由永磁材料制成，軟磁極是轉(zhuǎn)子鐵芯上的凸起部位，轉(zhuǎn)子鐵芯由鐵磁材料制成，軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，永磁極產(chǎn)生的主磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)其對(duì)應(yīng)的氣隙傳遞至定子鐵芯，再經(jīng)過(guò)軟磁極表面氣隙進(jìn)入軟磁極，所以軟磁極表面磁感應(yīng)強(qiáng)度小于永磁極表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于采用永磁極與軟磁極間隔分布的永磁電機(jī)中，永磁極和軟磁極處的磁場(chǎng)不等，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不均衡，在電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的現(xiàn)象，并引起電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音；此外，一般情況下，軟磁極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于永磁極所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以，采用永磁極與軟磁極間隔分布的永磁電機(jī)相對(duì)于全部使用永磁極的永磁電機(jī)所能夠產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度較小，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種永磁電機(jī)及其控制方法，能夠減小電機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種永磁電機(jī)，采用如下技術(shù)方案：一種永磁電機(jī)，包括定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯，所述定子鐵芯具有圓柱形的的轉(zhuǎn)子容腔，所述轉(zhuǎn)子鐵芯穿設(shè)于所述轉(zhuǎn)子容腔中，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面上設(shè)有多個(gè)軟磁極；相鄰的兩個(gè)軟磁極之間設(shè)有一個(gè)永磁極，所述永磁極具有與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁相對(duì)的第一圓弧面，所述軟磁極具有與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁相對(duì)的第二圓弧面；所述第二圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙小于第一圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙。

優(yōu)選地，所述第二圓弧面的中間部位與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙小于第一圓弧面的兩邊部位與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙。

優(yōu)選地，所述定子鐵芯具有多個(gè)沿定子鐵芯的圓周方向分布的電樞齒，相鄰的兩個(gè)電樞齒之間形成開(kāi)口朝向轉(zhuǎn)子鐵芯的齒槽，所述電樞齒上還設(shè)有開(kāi)口朝向轉(zhuǎn)子鐵芯的輔助槽。

進(jìn)一步地，所述輔助槽的開(kāi)口寬度與齒槽的開(kāi)口寬度相等。

進(jìn)一步地，所述輔助槽與齒槽沿轉(zhuǎn)子容腔的圓周方向均勻分布。

本發(fā)明還提供一種永磁電機(jī)的控制方法，采用如下技術(shù)方案：一種永磁電機(jī)的控制方法，用于控制上述技術(shù)方案或任一優(yōu)選的技術(shù)方案所述的永磁電機(jī)，包括如下控制步驟：

1)檢測(cè)定子鐵芯的勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角；

2)檢測(cè)電機(jī)的端電壓的相位角；

3)將若步驟1)中檢測(cè)所得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與步驟2)中檢測(cè)所得的端電壓的相位角進(jìn)行比較，若感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與端電壓的相位角的差值小于45度，則改變端電壓的相位角使端電壓的相位角與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角差值增大；

4)重復(fù)步驟1)至3)，直至感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與端電壓的相位角的差值大于45度。

如上所述，本發(fā)明涉及的一種永磁電機(jī)，具有以下有益效果：在本發(fā)明的一種永磁電機(jī)中，由于軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，軟磁極的第二圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，但通過(guò)調(diào)整軟磁極與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙，使得軟磁極的第二圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙小于永磁極的第一圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙，所以，軟磁極的第二圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的磁壓降小于永磁極的第一圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的磁壓降，這樣，軟磁極與永磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳導(dǎo)到定子鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度相差較小，所以，電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)較對(duì)稱(chēng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)就較小，電機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音就較小。與本發(fā)明的一種永磁電機(jī)相應(yīng)地，本發(fā)明的一種永磁電機(jī)的控制方法當(dāng)然也具有上述有益效果，此處不再贅述。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明的一種永磁電機(jī)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為圖1中的局部結(jié)構(gòu)的放大示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的一種永磁電機(jī)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為圖3中的局部結(jié)構(gòu)的放大示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1定子鐵芯7第二圓弧面

2轉(zhuǎn)子鐵芯8電樞齒

3轉(zhuǎn)子容腔9齒槽

4軟磁極10輔助槽

5永磁極11容腔內(nèi)壁

6第一圓弧面12勵(lì)磁繞組

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

第一實(shí)施例：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種永磁電機(jī)，包括定子鐵芯1和轉(zhuǎn)子鐵芯2，所述定子鐵芯1具有圓柱形的的轉(zhuǎn)子容腔3，所述轉(zhuǎn)子鐵芯2穿設(shè)于所述轉(zhuǎn)子容腔3中，所述轉(zhuǎn)子鐵芯2的外周面上設(shè)有多個(gè)軟磁極4；相鄰的兩個(gè)軟磁極4之間設(shè)有一個(gè)永磁極5，如圖2所示，所述永磁極5具有與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11相對(duì)的第一圓弧面6，所述軟磁極4具有與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11相對(duì)的第二圓弧面7；所述第二圓弧面7與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙小于第一圓弧面6與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙。永磁極的第一圓弧面為永磁極的極弧，軟磁極的第二圓弧面為軟磁極的極弧，“氣隙”指的是第一圓弧面6或第二圓弧面7與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間沿轉(zhuǎn)子鐵芯徑向的距離，在本發(fā)明的一種永磁電機(jī)中，由于軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，軟磁極的第二圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，但通過(guò)調(diào)整軟磁極與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙，使得軟磁極的第二圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙小于永磁極的第一圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙，所以，軟磁極的第二圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的磁壓降小于永磁極的第一圓弧面與轉(zhuǎn)子容腔的容腔內(nèi)壁之間的磁壓降，這樣，軟磁極與永磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳導(dǎo)到定子鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度相差較小，所以，電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)較對(duì)稱(chēng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)就較小，電機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音就較小。

在本發(fā)明的一種永磁電機(jī)中，定子鐵芯1中設(shè)有用以為定子鐵芯1勵(lì)磁的勵(lì)磁繞組12，轉(zhuǎn)子鐵芯2上設(shè)有間隔分布的永磁極5和軟磁極4，永磁極5和軟磁極4的極性相反，軟磁極4的第二圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，為了減小電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，軟磁極4的第二圓弧面7與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙小于永磁極5的第一圓弧面6與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙。所述第二圓弧面7弧度與第一圓弧面6弧度不相等，軟磁極4的第二圓弧面7比永磁極5的第一圓弧面6更靠近轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11。在第二圓弧面7圓周方向上，第二圓弧面7的中間部位處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比第二圓弧面7的兩邊部位處的磁感應(yīng)強(qiáng)度更小，作為一種優(yōu)選的方式，各軟磁極4的第二圓弧面7的中間部位與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙小于第一圓弧面6的兩邊部位與轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間的氣隙，這樣，第二圓弧面7的中間部位處的氣隙更小，第二圓弧面7的中間部位處的磁壓降也就更小，所以軟磁極與永磁極所面對(duì)的氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度的差值更小，就能使沿轉(zhuǎn)子鐵芯2圓周方向的各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度更為均衡，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)更小。

第二實(shí)施例：

在本發(fā)明的一種永磁電機(jī)中，電機(jī)中的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)定子鐵芯的齒槽產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，軟磁極與永磁極交替的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電機(jī)中的磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。與第一實(shí)施例的永磁電機(jī)不同的是，第二實(shí)施例的永磁電機(jī)在第一實(shí)施例的永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，在定子鐵芯1的轉(zhuǎn)子容腔3的容腔內(nèi)壁11上增加了輔助槽10。如圖3和圖4所示，定子鐵芯1具有多個(gè)沿定子鐵芯1的圓周方向分布的電樞齒8，相鄰的兩個(gè)電樞齒8之間形成開(kāi)口朝向轉(zhuǎn)子鐵芯2的齒槽9，所述電樞齒8上還設(shè)有開(kāi)口朝向轉(zhuǎn)子鐵芯2的輔助槽10。這樣能夠使電機(jī)的齒槽9轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較為均勻，減小電機(jī)的振動(dòng)和噪音。優(yōu)選地，所述輔助槽10的開(kāi)口寬度與齒槽9的開(kāi)口寬度相等，增大齒槽轉(zhuǎn)矩的周期，削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值。更為優(yōu)選地，輔助槽10與齒槽9沿轉(zhuǎn)子容腔3的圓周方向均勻分布，這樣能夠進(jìn)一步減小電機(jī)的齒槽9轉(zhuǎn)矩，減少電機(jī)的振動(dòng)和噪音。

由于本發(fā)明的一種永磁電機(jī)中采用了永磁極5與軟磁極4間隔分布的方式，軟磁極4所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度較弱，所以，與全部采用永磁極5的永磁電機(jī)相比，本發(fā)明的一種永磁電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較小。為彌補(bǔ)輸出轉(zhuǎn)矩小的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種永磁電機(jī)的控制方法，引入磁阻轉(zhuǎn)矩，增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。永磁電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：

其中，

te為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；

m為電機(jī)的相數(shù)；

e0為空載時(shí)定子的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

u為電機(jī)的端電壓；

ω為電機(jī)的機(jī)械角速度；

xd為直軸同步電抗；

xq為交軸同步電抗；

θ為功率角。

上述的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式中，第一項(xiàng)表示永磁體轉(zhuǎn)矩,第二項(xiàng)為磁阻轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的一種永磁電機(jī)，由于采用了永磁極5和軟磁極4間隔分布的結(jié)構(gòu)，永磁極5和軟磁極4的材料不同，xq大于xd，所以1/xq-1/xd是負(fù)值，上述的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式中的第二項(xiàng)的磁阻轉(zhuǎn)矩與永磁體轉(zhuǎn)矩方向相反，為了將磁阻轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為有用的轉(zhuǎn)矩，可以通過(guò)控制系統(tǒng)控制功率角θ，使功率角θ大于45度，則上述的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式中的第二項(xiàng)的磁阻轉(zhuǎn)矩為正值，與永磁體轉(zhuǎn)矩方向相同；在這種情況下磁阻轉(zhuǎn)矩與永磁體轉(zhuǎn)矩同方向，兩者疊加后，使得電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大。功率角θ可以表征為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與端電壓之間的相位差，所以，通過(guò)控制系統(tǒng)控制感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與端電壓之間的相位差可以將磁阻轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為與永磁體轉(zhuǎn)矩同方向的有用的轉(zhuǎn)矩。由此，本發(fā)明還提供一種永磁電機(jī)的控制方法，用以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明的一種永磁電機(jī)的控制方法用于控制上述技術(shù)方案或任一優(yōu)選的技術(shù)方案所述的永磁電機(jī)，包括如下控制步驟：

1)檢測(cè)定子鐵芯1的勵(lì)磁繞組12所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角；

2)檢測(cè)電機(jī)的端電壓的相位角；

3)將若步驟1)中檢測(cè)所得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與步驟2)中檢測(cè)所得的端電壓的相位角進(jìn)行比較，若感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與端電壓的相位角的差值小于45度，則改變端電壓的相位角使端電壓的相位角與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角差值增大；

4)重復(fù)步驟1)至3)，直至感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角與端電壓的相位角的差值大于45度。

在上述步驟1)中，是在電機(jī)負(fù)載狀態(tài)下檢測(cè)定子鐵芯1的勵(lì)磁繞組12所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位角。

綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。