永磁同步電機及其定子、轉子的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種永磁同步電機，采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子，在軸向前半部分向一側扭轉傾斜角度，在軸向后半部分再向相反一側扭轉傾斜相同角度，兩部分軸向距離相等，由于這兩部分的斜槽或斜極采用了不同的傾斜方向，致使其產生的附加軸向力反向，從而于宏觀上相互抵消，可以既消除齒槽轉矩，也消除附加脈動軸向力，降低了噪聲與振動。本實用新型還公開了一種永磁同步電機定子及一種永磁同步電機轉子。
【專利說明】永磁同步電機及其定子、轉子

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電機，特別涉及一種永磁同步電機及其定子、轉子。

【背景技術】
[0002]永磁同步電機的齒槽轉矩(Cogging Torque),或稱定位轉矩(Detent Torque),是電機鐵心的齒槽與轉子永磁體相互作用而產生的磁阻轉矩。由于永磁同步電機定子齒槽的存在，當永磁轉子磁極與定子齒槽相對在不同位置時，主磁路的磁導發(fā)生了變化。即使電動機繞組不通電，由于齒槽轉矩的作用，電機轉子有停在圓周上若干個穩(wěn)定位置的趨向。有:
[0003]Tcog =γ^$\η(/<Ν<;θ + θ, )J< = 1,2,3...(式 I)

免二 I
[0004]式中，TMg為齒槽轉矩；N。為定子齒數(shù)Z與轉子極數(shù)2p的最小公倍數(shù)；Θ為轉子機械位置角度，為變量；Θ k為相位角。
[0005]當電機轉子旋轉時，齒槽轉矩表現(xiàn)成一種附加的脈動轉矩，雖然它不會使電機的平均轉矩增加或減少，但它會引起速度波動、電機振動與噪聲。在變速驅動時，如果齒槽轉矩的頻率接近系統(tǒng)固有頻率，在可能會引起共振和強烈噪聲。另外，較大的齒槽轉矩也會引起電機啟動困難。
[0006]目前應用中，降低或消除齒槽轉矩的措施有很多種，其中采用斜槽(亦可稱斜齒，下同)或斜極是最常見的方法之一。
[0007]如上所述，轉子每一轉出現(xiàn)的齒槽轉矩的基波周期數(shù)等于N。，即一個齒槽轉矩基波周期對應的機械角Q I為:
[0008]Θ 1=360° /Nc (式 2)
[0009]因此，如果將定子鐵心的齒槽或轉子磁極(扭轉)傾斜角度Θ sk=i θ 1； i=l, 2，3...，即可消除齒槽轉矩的基波，但是，選擇較大的i值可能會造成電機峰值性能的急劇下降，推薦i = I。圖1為采用斜槽的定子，圖2為采用斜極的轉子。
[0010]對于轉子而言，連續(xù)傾斜會造成永磁體安裝等困難。為了制造工藝上容易實施，也可采用轉子分段錯位方法模擬斜極的效果，如圖3所示，有:
[0011]^ =J=l^3 - (式 3)
[0012]式中，Θ ss為每段錯位角度；NS為轉子分段數(shù)，為保證分段的意義，應使Ns彡2。
[0013]無論定子斜槽，還是轉子斜極、分段錯位，在消除齒槽轉矩的同時，都將會產生附加的軸向力。附加軸向力Fa的大小與主轉矩T和斜槽或斜極的角度等有關。有
[0014]Fa=sign(0sk).f (Τ, Θ sk，...)(式 4)
[0015]式中，sign( Θ sk)為取Θ sk的符號，即在轉子相同旋轉方向的前提下，附加軸向力的方向與斜槽或斜極的傾斜方向相關。采用反向的斜槽或斜極角度會造成附加軸向力反向。
[0016]實際應用中，主轉矩往往有多次諧波成分。附加軸向力由脈動的主轉矩產生，同樣為脈動力，引起電機的振動與噪聲。永磁同步電機采用斜槽或斜極消除齒槽轉矩的同時，產生了附加的脈動軸向力，引起振動與噪聲。
實用新型內容
[0017]本實用新型要解決的技術問題是降低永磁同步電機的噪聲與振動。
[0018]為解決上述技術問題，本實用新型提供的永磁同步電機，包括定子、轉子，定子與轉子同軸；
[0019]所述定子，其齒槽為V形斜槽；
[0020]所述轉子，其磁極沿平行于軸的方向分布；或者
[0021]所述定子，其齒槽沿平行于軸的方向分布；
[0022]所述轉子，其磁極為V形斜極。
[0023]較佳的，所述V形斜槽或V形斜極，軸向前半部分向一側的扭轉傾斜角度等于軸向后半部分向相反一側的扭轉傾斜角度，前半部分、后半部分的軸向距離相等。
[0024]較佳的，所述V形斜槽或V形斜極的扭轉傾斜角度Θ sk為:
[0025]
Θ.sk Nc ，
[0026]式中，N。為定子齒數(shù)與轉子極數(shù)的最小公倍數(shù)，i為正整數(shù)。
[0027]較佳的，永磁同步電機的定子齒數(shù)為24，轉子極數(shù)為16，扭轉傾斜角度Qsk為
7.50、150、22.50、300、37.5° 或 450。
[0028]較佳的，轉子的V形斜極，由Ns段組成，Ns為大于等于3的整數(shù)。
[0029]較佳的，Ns為大于等于3的偶數(shù)；


Z1.w K.720
[0030]轉子的斜極每段錯位角度θss為a、，j為正整數(shù)。
[0031]較佳的，Ns為大于等于3的奇數(shù)；

八 2Θ, 720。
[0032]轉子的斜極每段錯位角度Ks^-As=Jy =，
[0033]j為正整數(shù)，NS’=NS+1或凡’=凡_1，并且Ns’彡4。
[0034]為解決上述技術問題，本實用新型提供的永磁同步電機定子，其齒槽為V形斜槽。
[0035]為解決上述技術問題，本實用新型提供的永磁同步電機轉子，其磁極為V形斜極。
[0036]本實用新型的永磁同步電機，采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子，在軸向前半部分向一側扭轉傾斜角度Gsk，在軸向后半部分再向相反一側扭轉傾斜角度Gsk，兩部分軸向距離相等，由于這兩部分的斜槽或斜極采用了不同的傾斜方向，致使其產生的附加軸向力反向，從而于宏觀上相互抵消，可以既消除齒槽轉矩，也消除附加脈動軸向力，降低了噪聲與振動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面對本實用新型所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1是采用斜槽的定子示意圖；
[0039]圖2是采用斜極的轉子示意圖；
[0040]圖3是采用分段錯位模擬斜極的轉子示意圖；
[0041]圖4是V形斜槽或V形斜極示意圖；
[0042]圖5為永磁同步電機分別采用普通斜極和V形斜極的噪聲對比示意圖；
[0043]圖6是分為偶數(shù)段的轉子的V形斜極示意圖；
[0044]圖7是分為奇數(shù)段的轉子的V形斜極示意圖。

【具體實施方式】
[0045]下面將結合附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械?br> [0046]實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0047]實施例一
[0048]永磁同步電機，包括定子、轉子，定子與轉子同軸；
[0049]所述定子，其齒槽為V形斜槽；
[0050]所述轉子，其磁極沿平行于軸的方向分布；或者
[0051]所述定子，其齒槽沿平行于軸的方向分布；
[0052]所述轉子，其磁極為V形斜極。
[0053]較佳的，所述V形斜槽或V形斜極，軸向前半部分向一側的扭轉傾斜角度等于軸向后半部分向相反一側的扭轉傾斜角度，前半部分、后半部分的軸向距離相等。
[0054]實施例一的永磁同步電機，如圖4所示，采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子，在軸向前半部分向一側扭轉傾斜角度Θ sk，在軸向后半部分再向相反一側扭轉傾斜角度Θ sk，兩部分軸向距離相等，由于這兩部分的斜槽或斜極采用了不同的傾斜方向，致使其產生的附加軸向力反向，從而于宏觀上相互抵消。實施例一的永磁同步電機，采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子，可以既消除齒槽轉矩，也消除附加脈動軸向力，降低了噪聲與振動。圖5為某永磁同步電機分別采用普通斜極和V形斜極的噪聲對比。
[0055]可以將采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子的永磁同步電機沿軸向平均劃為兩部分，每部分視為一臺小型電機，小型電機內部為采用向一側傾斜的普通斜槽或斜極方式，對于其中第一臺小型電機，其產生的附加軸向力Fal為:
[0056]Fal = sign(esk )/(:/；,^,,...) =(式 5)
[0057]式中，T1為第一臺小型電機的主轉矩。
[0058]第二臺小型電機性能與第一臺小型電機完全相同，只是傾斜方向相反，為-Θ sk，則其產生的附加軸向力Fa2為:
[0059]F2 二 sigf!?k )f(T2, Θ;1 ,...) = -f(j ,?.,...)(式 6 )
[0060]式中，T2為第二臺小型電機的主轉矩。
[0061]貝IJ兩臺小型電機產生的合成附加軸向力Fa為:
[0062]Fa=Fal+Fa2=Fal+ (-Fal) =0 (式 7 )
[0063]可以看出，理論上采用V形斜槽的定子或V形斜極的轉子的永磁同步電機附加軸向力被完全消除。
[0064]實施例二
[0065]基于實施例一的永磁同步電機，所述V形斜槽或V形斜極的扭轉傾斜角度Θ sk為:

/360
[0066]Osk =—— (式 8)
Na
[0067]式中，N。為定子齒數(shù)Z與轉子極數(shù)2p的最小公倍數(shù)，i為正整數(shù)。但是，選擇較大的i值可能會造成電機峰值性能的急劇下降，推薦i = I。
[0068]例如，某永磁同步電機擬采用V形斜槽的定子方案，其定子齒數(shù)Z=24，轉子極數(shù)2p=16，則其傾斜角度β sk為:
^ /360" ，.0
[0069]^ "^~ = n ，i 可取 1、2、3、4、5、6......，Θ sk可取 7.5°、15°、22.5°、30°、37.50、
45°......。
[0070]實施例三
[0071]基于實施例一的永磁同步電機，如圖6、圖7所示，轉子的V形斜極，由Ns段組成，Ns為大于等于3的整數(shù)。
[0072]實施例三的永磁同步電機，使轉子的斜極V形分段錯位，可以模仿V形斜極。為了保證附加軸向力的完全抵消，轉子的分段數(shù)Ns應盡量選擇為偶數(shù)，為保證分段的意義，Ns為偶數(shù)時應有Ns>=3，如圖6所示，應使轉子的斜極每段錯位角度Qss為:
2 沒 720。
[0073]Oss = j—^ = j—-J = \2,3...(式 9)
[0074]但是，選擇較大的j值可能會造成電機峰值性能的急劇下降，推薦j = I。
[0075]例如，某永磁同步電機擬采用轉子的斜極V形分段錯位方案，其定子齒數(shù)Z=36，轉子極數(shù)2p=24，轉子的分段數(shù)Ns=6則轉子每段錯位角度Θ ss為:
[0076]

ZjHrJCi'

Θ、、= /^= /—~= /!.6667，/ = 1,2,3...ss J Ns' NcNs'
[0077]0^可取 1.6667° ,3.3333°、5。......。
[0078]若使用轉子V形分段錯位的方法時，因實際應用條件Ns無法取偶數(shù)，為保證分段的意義，Ns為奇數(shù)時應有Ns>=3，如圖7所示，則應先令Ns’=NS+1或Ns’=Ns-1獲得偶數(shù)Ns’，且Ns’彡4，此時的轉子每段錯位角度β ss為:
20 720"
[0079]^ = i'^7 = -7^T7, J = 1,2,3 (式 10)
[0080]值得注意的是，在這種應用情況下，由于轉子的V形斜極未被平均劃分為兩段，致使齒槽轉矩和附加軸向力不能夠被完全消除。
[0081]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種永磁同步電機，包括定子、轉子，定子與轉子同軸；其特征在于， 所述定子，其齒槽為V形斜槽； 所述轉子，其磁極沿平行于軸的方向分布；或者 所述定子，其齒槽沿平行于軸的方向分布； 所述轉子，其磁極為V形斜極； 所述V形斜槽或V形斜極，軸向前半部分向一側的扭轉傾斜角度等于軸向后半部分向相反一側的扭轉傾斜角度，前半部分、后半部分的軸向距離相等。
2.根據權利要求1所述的永磁同步電機，其特征在于， 所述V形斜槽或V形斜極的扭轉傾斜角度Θ sk為:
β.k Nc ’ 式中，N。為定子齒數(shù)與轉子極數(shù)的最小公倍數(shù)，i為正整數(shù)。
3.根據權利要求2所述的永磁同步電機，其特征在于， i為I。
4.根據權利要求2所述的永磁同步電機，其特征在于， 永磁同步電機的定子齒數(shù)為24，轉子極數(shù)為16，扭轉傾斜角度Qsk為7.5°、15°、22.5。、30。、37.5?；?45。。
5.根據權利要求2所述的永磁同步電機，其特征在于， 轉子的V形斜極，由Ns段組成，Ns為大于等于3的整數(shù)。
6.根據權利要求5所述的永磁同步電機，其特征在于， Ns為大于等于3的偶數(shù)；.2(9,.720。 轉子的斜極每段錯位角度=，j為正整數(shù)。
7.根據權利要求5所述的永磁同步電機，其特征在于， Ns為大于等于3的奇數(shù)；

2Θ, 720° 轉子的斜極每段錯位角度KsH J^f； = j^Y~'， j 為正整數(shù)，N' S = NS+1 或 K s = Ns-1,并且 K s ^ 4ο
8.根據權利要求6或所述的永磁同步電機，其特征在于， j為I。
9.一種永磁同步電機定子,其特征在于， 所述定子，其齒槽為V形斜槽； 所述V形斜槽，軸向前半部分向一側的扭轉傾斜角度等于軸向后半部分向相反一側的扭轉傾斜角度，前半部分、后半部分的軸向距離相等。
10.根據權利要求9所述的永磁同步電機定子，其特征在于，

^ /360 所述V形斜槽的扭轉傾斜角度θ sk為:esk =^~ ； 式中，N。為定子齒數(shù)與轉子極數(shù)的最小公倍數(shù)，i為正整數(shù)。
11.根據權利要求10所述的永磁同步電機定子，其特征在于， i為I。
12.—種永磁同步電機轉子，其特征在于， 所述轉子，其磁極為V形斜極； 所述V形斜極，軸向前半部分向一側的扭轉傾斜角度等于軸向后半部分向相反一側的扭轉傾斜角度，前半部分、后半部分的軸向距離相等。
13.根據權利要求12所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， 所述V形斜極的扭轉傾斜角度Θ sk為:
β.sk N ’ 式中，N。為定子齒數(shù)與轉子極數(shù)的最小首被，i為正整數(shù)。
14.根據權利要求13所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， i為I。
15.根據權利要求13所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， 轉子的V形斜極，由Ns段組成，Ns為大于等于3的整數(shù)。
16.根據權利要求15所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， Ns為大于等于3的偶數(shù)；

η 2Θλ 720。 轉子的斜極每段錯位角度KsH=JIl=Jyy，j為正整數(shù)。
17.根據權利要求15所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， Ns為大于等于3的奇數(shù)；.2(9,.720。 轉子的斜極每段錯位角度Qss為-A,= /^t = ?γγι， j 為正整數(shù)，N' S = NS+1 或 K s = Ns-1,并且 K s ^ 4ο
18.根據權利要求16或17所述的永磁同步電機轉子，其特征在于， j為I。
【文檔編號】H02K21/02GK203984202SQ201320875077
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】韓明, 張冠楠, 羅平亮, 任誼濱 申請人:聯(lián)合汽車電子有限公司