一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构制造技术

本发明专利技术涉及一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，该转子结构中各极永磁体为阶梯形，其永磁体充磁方向厚度的最大值出现在一个磁极的中间，最小值出现在该磁极永磁体的两边，其永磁体充磁方向的厚度由中间充磁方向厚度最厚的地方过渡到两边充磁方向厚度最薄的地方，过渡过程是阶梯形过渡。通过这样的结构可以使永磁体具有的磁势呈现阶梯形，从而使电机的气隙磁密波形的奇次谐波含量增加，性对于一字型磁钢来说，气隙磁密的波形得到了一定程度的改善，这就会使绕组反电动势波形得以改善，进而降低电机的涡流损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构
本专利技术属于电机
，具体涉及一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构。
技术介绍
随着永磁同步电机设计开发和控制技术的逐渐成熟和完备，以及永磁体在性能和产业化方面的不断发展，永磁同步电机以其既具有直流电机良好的调速特性，又具有交流电机结构简单、维修方便、运行稳定、性能可靠的优点而在各个领域的需求越来越大，发展前景越来越好。目前，永磁同步电机大量应用于各种伺服电机、风力发电领域、电动汽车驱动领域以及数控机床电主轴电机。然而现阶段的永磁同步电机，尤其是分数槽永磁同步电机，其交流绕组反电动势的谐波含量比较大，尤其是内嵌式集中绕组的永磁同步电机，反电动势谐波含量大会导致电机涡流损耗增加，温升增加，电机效率下降，对电机性能有较为严重的影响。永磁同步电机绕组反电动势谐波含量大的主要原因是电机的气隙磁密的波形正弦性差，混入了较多的偶次谐波，使电机的气隙磁密呈现为梯形波，因而绕组的反电动势的谐波含量会比较大。在凸极感应电机的设计中，设计人员往往采用不均匀气隙的方法来得到正弦的气隙磁密波形，然而这种方法对于永磁同步电机来说并不适用，所以寻找一种适用于永磁同步电机的改善气隙磁密波形的方法就显得尤为重要了。根据磁路欧姆定理可得磁通Φ等于磁势F除以磁阻Rm，在电机的相同磁极下，磁路基本相同，磁阻也基本相同，所以磁势大的地方就会产生较大的磁通，也就会在气隙中产生较大的磁密。根据这一原理只要合理控制永磁体产生的磁势就可以控制空载气隙磁密的波形。而永磁体的磁势与永磁体充磁方向上的长度成正比，所以合理设计永磁体充磁方向上的长度就可以控制气隙磁密的波形，达到改善气隙磁密波形的目的。因此，如何改善气隙磁场波形和反电动势波形是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，解决分数槽集中绕组永磁同步电机的气隙磁密波形正弦性差的问题。技术方案一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，包括转子铁心2、永磁体3、隔磁桥4、隔磁气隙6和转轴5；其特征在于所述永磁体3一边为阶梯形，一边为一字型的阶梯形磁钢，阶梯形的开口朝着转子铁心的中心且阶梯形的中心与转子铁心2的轴心重合；所述永磁体3的阶梯形，以中间的厚度为Hmax的台阶为中心，两侧为N个等宽阶梯，永磁体的充磁方向与阶梯永磁体的底面垂直。所述永磁体3弓形的充磁方向的厚度最大值Hmax和最小值Hmin满足关系式：其中：αp为电机的极弧系数。所述N≥2。所述从中间向两边数的第n个台阶的高度为：其中：αp为电机的极弧系数。所述永磁体3弓形的充磁方向的厚度最小值Hmin为电机设计的路算永磁体厚度的0.6～1倍。所述永磁体3两端的隔磁气隙6的宽度为永磁体最小厚度的1～1.5倍，隔磁气隙的长度保证电机设计的隔磁桥厚度要求。所述隔磁桥厚度为1～2毫米。有益效果本专利技术提出的一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，该转子结构中各极永磁体为阶梯形，其永磁体充磁方向厚度的最大值出现在一个磁极的中间，最小值出现在该磁极永磁体的两边，其永磁体充磁方向的厚度由中间充磁方向厚度最厚的地方过渡到两边充磁方向厚度最薄的地方，过渡过程是阶梯形过渡。通过这样的结构可以使永磁体具有的磁势呈现阶梯形，从而使电机的气隙磁密波形的奇次谐波含量增加，性对于一字型磁钢来说，气隙磁密的波形得到了一定程度的改善，这就会使绕组反电动势波形得以改善，进而降低电机的涡流损耗。本专利技术改善反电动势波形，降低转矩脉动，降低振动及噪声，降低电机的涡流损耗，提高电机的效率，同时能降低电机转子以及永磁体的温升，提高电机运行的稳定性，提高电机的综合性能。其工艺性好，其对加工仪器的要求低，容易实现。且由于其磁极为阶梯形状，使得电机在转动过称中磁极的径向位置绝对固定，不会发生滑动或偏移，磁场稳定，从而使得电机性能更加稳定。附图说明图1：本专利技术的永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构示意图1为定子铁心，2为转子铁心，3为永磁体，4为隔磁桥，5为转轴，6为隔磁气隙。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术针对永磁同步电机，尤其针对分数槽集中绕组永磁同步电机，提供一种具有阶梯形永磁体的转子结构，该结构具有转子铁心、梯形永磁体以及隔磁气隙。转子铁心的各极均设有永磁体和隔磁气隙。各极内的所述永磁体呈阶梯形，且永磁体充磁方向厚度的最大值出现在一个磁极的中间为Hmax，最小值出现在该磁极永磁体的两边为Hmin，其中Hmax＞Hmin，而且永磁体的厚度通过N个等宽阶梯(不含中间的厚度为Hmax的台阶)逐渐由Hmax过渡到Hmin，其中N≥2并且过渡规律关于磁极中线对称，永磁体的充磁方向与阶梯永磁体的底面垂直。设电机的极弧系数设计为αp，则当结构参数满足一下两个条件时将得到最佳的优化效果：条件一，Hmax、Hmin和αp满足关系式条件二，第n个台阶(从中间向两边数，中间最高的台阶算为第0个)的高度为这样就可以使每个台阶面的中点落在同一个正弦曲线上，从而达到最佳优化效果。该转子结构中设有1-2mm厚的隔磁气隙，隔磁气隙设置在每极永磁体两端靠近转子铁心边缘的部分，通过该隔磁气隙的设置可以有效降低相邻两个异性磁极间的漏磁。在隔磁气隙与电机气隙之间设有隔磁桥，隔磁桥实际上是厚度经过合理设计的转子铁芯，在进行转子磁桥厚度的具体设计时，应进行应力分析计算，在保证每个隔磁桥所受的应力值满足要求的情况下，获取最佳的隔磁桥的尺寸，从而降低相邻磁极间的漏磁，以保证电机性能达到给定要求。具体实施例参考图1，该图为本永磁同步电机新型转子结构的具体实施方案，该图仅示出了整个电机结构的四分之一。该实例中的永磁同步电机为12槽10极的分数槽永磁同步电机，具有定子铁心1，转子铁心2，转轴5贯穿转子铁心2，转子铁心2带动转轴5相对于定子铁心1转动。转子铁心2具有10极，各极均设有永磁体3和隔磁桥4。转子铁心2上设有与永磁体数目相等的隔磁气隙6，隔磁气隙6沿转子铁心2轴向延伸贯穿整个转子铁心2。且各极内的永磁体3呈阶梯形，其永磁体充磁方向厚度的最大值出现在一个磁极的中间，最小值出现在该磁极永磁体的两边，其永磁体充磁方向的厚度由中间充磁方向厚度最厚的地方过渡到两边充磁方向厚度最薄的地方，过渡过程是阶梯形过渡。图中永磁体3沿转子铁心2横截面的中心对称分布，该结构有利于降低气隙磁密波形中的偶次谐波的含量，使气隙磁密波形更接近正弦形。本实施例具体尺寸为：Hmin＝2mm，Hmax＝8.3mm，H0＝H1＝5.8mm，H2＝Hmin＝2mm。电机工作时，这种阶梯形不等厚形状结构的永磁体3，其厚度变化规律依照所需要的最佳优化磁场波形设计，其每极永磁体3中间厚，两端薄，从而靠近每极永磁体3径向轴线的气隙磁场强度较大，远离轴线的气隙磁场强度减弱，可以使得气隙磁场波形非常接近理想的正弦波形，从而绕组产生的反电动势也将非常接近理想正弦波。相比于常规的永磁电机，具有这种转子结构的永磁同步电机涡流损耗很低，转矩脉动也较小，提高了电机的运行效率和稳定性。隔磁桥4的设计使得该部分的磁通饱和，无法再注入磁通，减小了漏磁，电机的漏磁系数也将减小。由于隔磁气隙6的存在，对于合理设计的隔磁桥4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，包括转子铁心（2）、永磁体（3）、隔磁桥（4）、隔磁气隙（6）和转轴（5）；其特征在于所述永磁体（3）一边为阶梯形，一边为一字型的阶梯形磁钢，阶梯形的开口朝着转子铁心的中心且阶梯形的中心与转子铁心（2）的轴心重合；所述永磁体（3）的阶梯形，以中间的厚度为Hmax的台阶为中心，两侧为N个等宽阶梯，永磁体的充磁方向与阶梯永磁体的底面垂直。

【技术特征摘要】
1.一种永磁体为阶梯形的永磁同步电机转子结构，包括转子铁心(2)、永磁体(3)、隔磁桥(4)、隔磁气隙(6)和转轴(5)；其特征在于所述永磁体(3)一边为阶梯形，一边为一字型的阶梯形磁钢，阶梯形的开口朝着转子铁心的中心且阶梯形的中心与转子铁心(2)的轴心重合；所述永磁体(3)的阶梯形，以中间的厚度为Hmax的台阶为中心，两侧为N个等宽阶梯，永磁体的充磁方向与阶梯永磁体的底面垂直；所述永磁体(3)弓形的充磁方向的厚度最小值Hmin为电机设计的路算永磁体厚度的0.6～1倍；所述永磁体(3)弓形的充磁方向的厚度最大值Hmax和最小值Hmin满足关...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景林，吴增艳，李世良，杨奔，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61