永磁電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁電機。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁電機(IPM)，其合成電磁轉(zhuǎn)矩包含了永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，永磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子永磁體磁場與定子磁場作用所產(chǎn)生，磁阻轉(zhuǎn)矩為定子磁場與交、直方向電感存在差異的轉(zhuǎn)子鐵芯作用所產(chǎn)生，相比永磁體放置在轉(zhuǎn)子鐵芯表面的電機(SPM),正是因此增加了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用，使得IPM電機更容易實現(xiàn)電機的高效率化。
[0003]轉(zhuǎn)子采用多層永磁體結(jié)構(gòu)的永磁輔助同步磁阻電機相比IPM電機進一步加大了電機交、直軸電感差異，大幅度提升磁阻轉(zhuǎn)矩的利用，實現(xiàn)了電機的高效化，并且大大降低了電機的成本。例如ZL201210056204.8公開了一種能夠提升電機磁阻轉(zhuǎn)矩利用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0004]但研究發(fā)現(xiàn)隨著電機磁阻轉(zhuǎn)矩利用的提高，磁阻轉(zhuǎn)矩在合成電磁轉(zhuǎn)矩中比重的加大，會使得電機轉(zhuǎn)矩脈動的增加，這樣將引起電機的振動和噪聲問題，特別是在電機為了實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)，需要進行弱磁控制時，磁阻轉(zhuǎn)矩占比會更大，這一問題會更加明顯。
[0005]美國專利US20100079026公開了一種定子每對極槽數(shù)為奇數(shù)的永磁電機，并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子永磁體夾角分布來改善轉(zhuǎn)子永磁體磁場分布，降低諧波含量，來減小渦流損耗和轉(zhuǎn)矩脈動，其改善的主要是轉(zhuǎn)子永磁體磁場分布，對于永磁轉(zhuǎn)矩的脈動是有所幫助的，但對于磁阻轉(zhuǎn)矩脈動的抑制是沒有作用的，且由于定子每對極槽數(shù)為奇數(shù)，實際上相當(dāng)于定子每極每相槽數(shù)(定子槽數(shù)/極對數(shù)/繞組相數(shù)/2)為分數(shù)，現(xiàn)有研究表明定子每極每相槽數(shù)為分數(shù)的電機比每極每相槽數(shù)為整數(shù)的電機，其定子磁場具有更多的諧波含量，因此更不利于磁阻轉(zhuǎn)矩脈動的降低。
[0006]轉(zhuǎn)子采用多層永磁體結(jié)構(gòu)的永磁輔助同步磁阻電機由于可以增加電機在交、直軸方向的電感差值，使得電機在磁阻轉(zhuǎn)矩利用相比單層永磁體結(jié)構(gòu)有了很大的提升，使得電機實現(xiàn)了更大的輸出轉(zhuǎn)矩和更高的效率，但隨著磁阻轉(zhuǎn)矩在整個電磁轉(zhuǎn)矩比值的提高，也會產(chǎn)生一些問題，這主要是由于磁阻轉(zhuǎn)矩容易受定、轉(zhuǎn)子相對位置變化而產(chǎn)生脈動，這會使得電機電磁轉(zhuǎn)矩的脈動也增大，從而導(dǎo)致電機出現(xiàn)振動、噪聲加大的問題。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中為了降低永磁輔助同步磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動常用的方法是增加電機定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子永磁體的層數(shù)，但這會使得電機的工藝性變得復(fù)雜，而且對轉(zhuǎn)矩脈動降低的幅度也是有限的。如圖1所示，永磁輔助同步磁阻電機由定子I和轉(zhuǎn)子4構(gòu)成，其中定子至少包含由導(dǎo)磁材料制成的定子鐵芯2和定子繞組3，轉(zhuǎn)子4至少包含一個轉(zhuǎn)子極有多個永磁體槽6a、6b的轉(zhuǎn)子鐵芯5和放置在永磁體槽內(nèi)的永磁體7a、7b。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，研究發(fā)現(xiàn)在電機帶負載旋轉(zhuǎn)過程中定子磁場總是在轉(zhuǎn)子磁場的位于旋轉(zhuǎn)方向的前側(cè)，如圖2所示，且定子磁場大多是集中在一定的角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁力線需要通過位于永磁體槽外段相鄰的導(dǎo)磁通道末端進入定子，與定子磁力線連接。電機旋轉(zhuǎn)時候轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁通道相對定子齒位置的變化，會使得磁力線行走路線的磁阻發(fā)生變化，將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的脈動，當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體槽末端擋住磁力線行走路線時，電機的瞬時轉(zhuǎn)矩小于平均電磁轉(zhuǎn)矩，且擋住的時間越長，產(chǎn)生的最小峰值轉(zhuǎn)矩越小，電機的轉(zhuǎn)矩脈動越大。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種永磁電機，電機的轉(zhuǎn)矩脈動相比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)大幅度下降。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種永磁電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵芯和繞組，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，在所述轉(zhuǎn)子的徑向方向上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的每一磁極上均設(shè)置有多層弧形永磁體槽，相鄰的兩層所述永磁體槽之間形成一條q軸磁路，所述永磁體設(shè)置在永磁體槽內(nèi)；
[0011]所述轉(zhuǎn)子的相鄰的兩個磁極分別為第一磁極和第二磁極，所述第一磁極和第二磁極極性相反，所述第一磁極中的一個所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第一外端部，所述第二磁極中的一個所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第二外端部，所述第一外端部與第二外端部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的夾角A小于80度電氣角度，其中定子槽數(shù)為N，轉(zhuǎn)子極對數(shù)為P，繞組相數(shù)為m，每極每項槽數(shù)N/2P/m為整數(shù)。
[0012]較優(yōu)地，在所述轉(zhuǎn)子的徑向方向上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的每一磁極上均設(shè)兩層弧形永磁體槽，所述第一磁極中的外層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第一外端部，所述第二磁極中的外層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第二外端部。
[0013]進一步地，所述第一磁極中的內(nèi)層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第三外端部，所述第二磁極中的內(nèi)層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第四外端部，所述第三外端部與第四外端部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的夾角B小于間隔一個定子齒的兩定子齒部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的內(nèi)夾角C。
[0014]較優(yōu)地，在所述轉(zhuǎn)子的徑向方向上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的每一磁極上均設(shè)置有三層弧形永磁體槽，所述第一磁極中的中間層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第一外端部，所述第二磁極中的中間層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第二外端部。
[0015]進一步地，所述第一磁極中的最內(nèi)層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第五外端部，所述第二磁極中的最內(nèi)層所述永磁體的外端部在遠離q軸的一端為第六外端部，所述第五外端部與第六外端部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的夾角B小于間隔一個定子齒的兩定子齒部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的內(nèi)夾角C。
[0016]較優(yōu)地，電機定子槽數(shù)為N，轉(zhuǎn)子極對數(shù)為P，電機每極每相槽數(shù)N/2P/m等于2，所述夾角A小于間隔一個所述定子的定子齒的兩所述定子齒部相對所述轉(zhuǎn)子圓心的內(nèi)夾角D0
[0017]較優(yōu)地，所述永磁體在所述永磁體槽中的填充比例大于85%。
[0018]較優(yōu)地，相鄰的兩層所述永磁體槽之間形成導(dǎo)磁通道，所述導(dǎo)磁通道的一端正對所述定子的齒部，所述導(dǎo)磁通道的另一端正對所述定子槽的槽口。
[0019]較優(yōu)地，所述轉(zhuǎn)子的極間寬度S小于定子槽的槽口寬度G。
[0020]較優(yōu)地，所述轉(zhuǎn)子的隔磁橋厚度不相等，從磁極中心線向q軸方向逐漸減小。
[0021]較優(yōu)地，所述永磁體槽末端朝q軸偏移。
[0022]較優(yōu)地，所述永磁體槽的內(nèi)弧末端設(shè)置倒角。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明的永磁電機，能夠抑制轉(zhuǎn)子采用多層永磁體結(jié)構(gòu)的永磁輔助同步磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動，降低電機交、直軸電感差值隨轉(zhuǎn)子相對定子齒槽位置變化的波動，使得電機的轉(zhuǎn)矩脈動相比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)大幅度下降。
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的永磁電機示意圖；
[0026]圖2為圖1所示永磁電機帶負載運轉(zhuǎn)時磁力線分布圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的永磁電機為兩層永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為圖3所示永磁電機與現(xiàn)有技術(shù)的永磁電機的電感差值波動對比圖；
[0029]圖5為圖3所示永磁電機與現(xiàn)有技術(shù)的永磁電機的轉(zhuǎn)矩脈動對比圖；
[0030]圖6為本發(fā)明的永磁電機為三層永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為圖3所示永磁電機為六極電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為圖3所示永磁電機另一實施例的示意圖；
[0033]圖9為本發(fā)明的永磁電機永磁體填充率示意圖；
[0034]圖10為本發(fā)明的永磁電機轉(zhuǎn)子永磁體槽外表面切削不意圖；
[0035]圖11為本發(fā)明的永磁電機導(dǎo)磁通道相對定子齒槽位置示意圖；
[0036]圖12為本發(fā)明的永磁電機永磁體槽末端偏移示意圖；
[0037]圖13為本發(fā)明的永磁電機永磁體隔磁橋不等厚狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0038]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的永磁電機進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0039]參照圖3至圖13，本發(fā)明的永磁電機一實施例包括定子I和轉(zhuǎn)子4，定子I包括定子鐵芯2和繞組3，轉(zhuǎn)子4包括轉(zhuǎn)子鐵芯5和永磁體7a、7b，在轉(zhuǎn)子4的徑向方向上，轉(zhuǎn)子鐵芯5的每一磁極上均設(shè)置有多層弧形永磁體槽6a、6b，相鄰的兩層永磁體槽6a、6b之間形成一條q軸磁路，永磁體7a、7b設(shè)置在永磁體槽6a、6b內(nèi)。
[0040]轉(zhuǎn)子4的相鄰的兩個磁極分別為第一磁極和第二磁極，第一磁極和第二磁極極性相反，第一磁極中的一個永磁體7a的外端部在遠離q軸的一端為第一外端部，第二磁極中的一個永磁體7b的外端部在遠離q軸的一端為第二外端部，第一外端部與第二外端部相對轉(zhuǎn)子4圓心的夾角A (外夾角)小于80度電氣角度，其中定子槽9的數(shù)量(槽數(shù))為N，轉(zhuǎn)子極對數(shù)為P，繞組相數(shù)為m，每極每項槽數(shù)N/2P/m為整數(shù)。優(yōu)選地，永磁體在永磁體槽中的填充比例大于85%，為了減少磁阻轉(zhuǎn)矩在整體電磁轉(zhuǎn)矩中的占比,將永磁體在永磁體槽中的填充比例大于85%，實現(xiàn)整體電磁轉(zhuǎn)矩脈動的下降。將轉(zhuǎn)子一對極中的外層永磁體端部外