一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法技术

本发明专利技术提供了一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，所述电机包括永磁电机转子和电机定子，电机定子内部设置电机转子，电机转子内部设置转子铁芯，转子铁芯表面或内部设置磁钢，转子铁芯中心设置转轴，电机定子与电机转子之间设置第一气隙，电机转子磁极数设置为四极，电机定子包括定子绕组及定子铁芯，定子铁芯沿圆周均匀分布，定子铁芯内侧设置定子槽，定子绕组镶嵌于定子槽内，定子绕组的绕组分布为四极分布式绕组；通过本发明专利技术所述一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，能够提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机制造成本，减少绕组电阻的铜耗，且能够有效的降低磁路的磁阻及轭部铁耗，从而大大降低资源浪费，节约资源。节约资源。节约资源。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法


[0001]本专利技术涉及高速离心风机领域，具体而言，涉及一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法。

技术介绍

[0002]目前市场上，高速离心风机用的永磁同步电机大多采用磁极数为2极的设计方案，但电机磁极数设置为2极时，易出现电机绕组跨距较大，绕组端部高度过高，用铜量过多，从而导致铜耗偏高的问题；另外由于采用磁极数为2极的设计方案，电机冲片的轭部长度过长，为了降低轭部铁耗，不得不增加轭部高度，以此降低轭部磁通密度，从而使定子冲片的内径变小，而电机的功率与定子内径的平方成正比，在同等冲片外径和铁芯高度以及额定转速相同的情况下，2极设计方案的功率密度较低，且制造成本较高。
[0003]在专利CN110829768A中，提及一种永磁电机，其中，永磁体组包括左永磁体和右永磁体，所述左永磁体与右永磁体的内端设置有空隙，所述外定子与所述转子外层磁极形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极形成电机的内气隙磁场,且内定子铁芯与外定子铁芯上的绕线齿槽数相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线方式相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线相位相差180度，该永磁电机能够一定程度上提高电机的工作效率，且采用单双层混合式集中绕组能够降低成本，但该永磁电机磁极为内层磁极和外层磁极叠加设置，使得永磁电机的功率密度较低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，以解决现有技术中存在的永磁同步电机磁极数较少、电机功率密度较低、电机成本较高以及电机的效率较低的问题；以此达到有效的提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机的成本。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]本专利技术涉及的一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，包括电机转子和电机定子，电机定子内部设置电机转子，电机定子与电机转子之间设置第一气隙，电机转子包括磁钢和转子铁芯，磁钢设置在转子铁芯外部或内部，转子铁芯内设置转轴，磁钢设置至少四个，电机定子包括定子绕组，定子绕组的绕组分布为四极分布式绕组。
[0007]进一步，磁钢包括磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极，磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极依次沿转子铁芯外侧壁或内侧圆周均匀分布，磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极相邻两者之间设置间隙。
[0008]进一步，间隙包括第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙，磁钢一极和磁钢二极之间设置第一间隙，磁钢二极和磁钢三极之间设置第二间隙，磁钢三极和磁钢四极之间设置第三间隙，磁钢四极和磁钢一极之间设置第四间隙。
[0009]进一步，磁钢设置在转子铁芯外部，磁钢外侧壁设置磁钢护套，用于保护运动中的
磁钢不受离心力的影响而损坏及脱落。
[0010]进一步，电机定子包括定子铁芯和定子槽，定子铁芯包括支撑铁芯部和铁芯绕组部，支撑铁芯部内侧与铁芯绕组部连接，铁芯绕组部沿支撑铁芯部的内侧壁圆周均匀分布，相邻两个铁芯绕组部之间形成定子槽。
[0011]进一步，定子绕组绕设在铁芯绕组部上，定子绕组设置在定子槽内。
[0012]进一步，定子槽沿着电机定子由内至外的方向开口距离a逐渐增大。
[0013]进一步，四极分布式绕组为单双层混合绕组，单双层混合绕组包括内圈和外圈，内圈的绕组节距小于外圈的绕组节距。
[0014]一种永磁同步电机功率密度的提高方法，所述方法包括选取所述的一种永磁同步电机，所述方法包括如下步骤：
[0015]步骤一、选取电机转子的磁极数；
[0016]步骤二、通过软件仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子优劣，确定最优性能的电机转子的磁极数和参数；
[0017]步骤三、将同步电机的定子绕组分布设置为单双层混合绕组分布。
[0018]进一步，步骤二包括：
[0019]以定子铁芯长度、定子冲片齿部宽度以及电机定子的槽深为参数变量，以最大转矩常数为优化目标，通过MAXWELL软件进行计算，选取额定电流最小、成本最低的电机转子的参数变量；
[0020]再经过Motorcad软件进行仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子的优劣，确定最优性能的电机转子的磁极数及最优参数变量。
[0021]相对于现有技术，本专利技术所述的一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，具有以下有益效果：
[0022]通过改变电机的磁极数及减少定子绕组跨距的方式来提高定子铁芯的利用率以及降低定子绕组端部高度，从而达到降低电机的制造成本和提高电机功率密度的目的，通过该永磁同步电机能够有效的提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机的制造成本，同时能够减少绕组电阻的铜耗，且能够有效的降低磁路的磁阻及轭部铁耗，从而大大的降低资源的浪费，节约资源的使用。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附
[0024]图中：
[0025]图1为电机转子2极模型示意图；
[0026]图2为电机转子4极模型(磁钢设置再转子铁芯外部)示意图；
[0027]图3为电机转子4极磁场分布示意图；
[0028]图4为电机转子2极双层叠绕组展开示意图；
[0029]图5为电机转子4极双层叠绕组展开示意图；
[0030]图6为电机转子4极双层叠绕组(U相)展开示意图；
[0031]图7为改进后电机转子4极单双层混合绕组(U相)展开示意图；
[0032]图8为改进后电机转子4单双层混合绕组整体图示意图；
[0033]图9为电机转子4极模型(磁钢设置再转子铁芯内部)示意图；
[0034]图10为电机整体轴测示意图。
[0035]附图标记：1、电机转子；101、磁钢；11、磁钢一极；12、磁钢二极；13、磁钢三极；14、磁钢四极；103、磁钢护套；104、转子铁芯；4、第一气隙；105、转轴；102、间隙；15、第一间隙；16、第二间隙；17、第三间隙；18、第四间隙；2、电机定子；21、定子铁芯；211、铁芯一部；212、铁芯二部；213、铁芯三部；22、定子槽；23、定子绕组；24、支撑铁芯部；25、铁芯绕组部；26、隔离纸；7、四极分布式绕组；71、内圈；72、外圈；31、第一绕线；32、第二绕线；33、第三绕线；34、第四绕线；35、第五绕线；36、第六绕线；37、第七绕线；38、第八绕线。
具体实施方式
[0036]下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的专利技术概念。然而，这些专利技术概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。
[0037]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括电机转子(1)和电机定子(2)，电机定子(2)内部设置电机转子(1)，电机定子(2)与电机转子(1)之间设置第一气隙(4)，电机转子(1)包括磁钢(101)和转子铁芯(104)，磁钢(101)设置在转子铁芯(104)外部或内部，转子铁芯(104)内设置转轴(105)，磁钢(101)设置至少四个，电机定子(2)包括定子绕组(23)，定子绕组(23)的绕组分布为四极分布式绕组(7)。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(101)包括磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)，磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)依次沿转子铁芯(104)外侧壁或内侧圆周均匀分布，磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)相邻两者之间设置间隙(102)。3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述间隙(102)包括第一间隙(15)、第二间隙(16)、第三间隙(17)和第四间隙(18)，磁钢一极(11)和磁钢二极(12)之间设置第一间隙(15)，磁钢二极(12)和磁钢三极(13)之间设置第二间隙(16)，磁钢三极(13)和磁钢四极(14)之间设置第三间隙(17)，磁钢四极(14)和磁钢一极(11)之间设置第四间隙(18)。4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(101)设置在转子铁芯(104)外部，磁钢(101)外侧壁设置磁钢护套(103)，用于保护运动中的磁钢(101)不受离心力的影响而损坏及脱落。5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述电机定子(2)包括定子铁芯(21)和定子槽(22)，定子铁芯(21)包括支撑铁芯部(24)和铁芯绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：何兆起，史玉福，
申请(专利权)人：青岛硕能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：