本發(fā)明涉及一種永磁電機及其控制方法，屬于電機制造技術領域。

背景技術：

永磁電機是一種高效電機，之所以高效，是因為永磁電機轉子采用稀土永磁材料制成的永磁體磁極(永磁極)來勵磁，替換了傳統(tǒng)勵磁線圈勵磁的方式，這樣就較大的減少了電機的銅耗，提升了電機的效率。同時永磁電機具有較高的功率因數(shù)和易于控制的特點，在電動汽車、航空航天、工業(yè)設備等領域得到了廣泛應用。

由于永磁材料比較昂貴，如果電機轉子的磁極全部使用永磁體磁極，則電機的成本就會極高，永磁極由永磁材料制成，軟磁極是轉子鐵芯上的凸起部位，轉子鐵芯由鐵磁材料制成，軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場，永磁極產(chǎn)生的主磁場經(jīng)過其對應的氣隙傳遞至定子鐵芯，再經(jīng)過軟磁極表面氣隙進入軟磁極，所以軟磁極表面磁感應強度小于永磁極表面的磁感應強度，由于采用永磁極與軟磁極間隔分布的永磁電機中，永磁極和軟磁極處的磁場不等，這會導致電機內(nèi)的磁感應強度不均衡，在電機運行的時候出現(xiàn)轉矩脈動的現(xiàn)象，并引起電機產(chǎn)生振動和噪音；此外，一般情況下，軟磁極處的磁感應強度小于永磁極所產(chǎn)生的磁感應強度，所以，采用永磁極與軟磁極間隔分布的永磁電機相對于全部使用永磁極的永磁電機所能夠產(chǎn)生的磁感應強度較小，電機的輸出轉矩也較小。

技術實現(xiàn)要素：

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

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種永磁電機，采用如下技術方案：一種永磁電機，包括定子鐵芯和轉子鐵芯，所述定子鐵芯具有圓柱形的的轉子容腔，所述轉子鐵芯穿設于所述轉子容腔中，所述轉子鐵芯的外周面上設有多個軟磁極；相鄰的兩個軟磁極之間設有一個永磁極，所述永磁極具有與轉子容腔的容腔內(nèi)壁相對的第一圓弧面，所述軟磁極具有與轉子容腔的容腔內(nèi)壁相對的第二圓弧面；所述第二圓弧面與轉子容腔的容腔內(nèi)壁之間的氣隙小于第一圓弧面與轉子容腔的容腔內(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沿定子鐵芯的圓周方向分布的電樞齒，相鄰的兩個電樞齒之間形成開口朝向轉子鐵芯的齒槽，所述電樞齒上還設有開口朝向轉子鐵芯的輔助槽。

進一步地，所述輔助槽的開口寬度與齒槽的開口寬度相等。

進一步地，所述輔助槽與齒槽沿轉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的控制方法，采用如下技術方案：一種永磁電機的控制方法，用于控制上述技術方案或任一優(yōu)選的技術方案所述的永磁電機，包括如下控制步驟：

1)檢測定子鐵芯的勵磁繞組所產(chǎn)生的感應電動勢的相位角；

2)檢測電機的端電壓的相位角；

3)將若步驟1)中檢測所得的感應電動勢的相位角與步驟2)中檢測所得的端電壓的相位角進行比較，若感應電動勢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電動勢的相位角差值增大；

4)重復步驟1)至3)，直至感應電動勢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，具有以下有益效果：在本發(fā)明的一種永磁電機中，由于軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場，軟磁極的第二圓弧面處的磁感應強度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應強度，但通過調(diào)整軟磁極與轉子容腔的容腔內(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)生的磁場傳導到定子鐵芯的磁感應強度相差較小，所以，電機內(nèi)部磁場較對稱，電機轉矩的脈動就較小，電機所產(chǎn)生的振動和噪音就較小。與本發(fā)明的一種永磁電機相應地，本發(fā)明的一種永磁電機的控制方法當然也具有上述有益效果，此處不再贅述。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的一種永磁電機的第一實施例的結構示意圖。

圖2顯示為圖1中的局部結構的放大示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的一種永磁電機的第二實施例的結構示意圖。

圖4顯示為圖3中的局部結構的放大示意圖。

元件標號說明

1定子鐵芯7第二圓弧面

2轉子鐵芯8電樞齒

3轉子容腔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勵磁繞組

具體實施方式

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

須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關系的改變或調(diào)整，在無實質變更技術內(nèi)容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

第一實施例：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種永磁電機，包括定子鐵芯1和轉子鐵芯2，所述定子鐵芯1具有圓柱形的的轉子容腔3，所述轉子鐵芯2穿設于所述轉子容腔3中，所述轉子鐵芯2的外周面上設有多個軟磁極4；相鄰的兩個軟磁極4之間設有一個永磁極5，如圖2所示，所述永磁極5具有與轉子容腔3的容腔內(nèi)壁11相對的第一圓弧面6，所述軟磁極4具有與轉子容腔3的容腔內(nèi)壁11相對的第二圓弧面7；所述第二圓弧面7與轉子容腔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與轉子容腔3的容腔內(nèi)壁11之間沿轉子鐵芯徑向的距離，在本發(fā)明的一種永磁電機中，由于軟磁磁極自身不能夠產(chǎn)生磁場，軟磁極的第二圓弧面處的磁感應強度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應強度，但通過調(diào)整軟磁極與轉子容腔的容腔內(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)生的磁場傳導到定子鐵芯的磁感應強度相差較小，所以，電機內(nèi)部磁場較對稱，電機轉矩的脈動就較小，電機所產(chǎn)生的振動和噪音就較小。

在本發(fā)明的一種永磁電機中，定子鐵芯1中設有用以為定子鐵芯1勵磁的勵磁繞組12，轉子鐵芯2上設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強度小于永磁極的第一圓弧面處的磁感應強度，為了減小電機輸出轉矩的脈動，軟磁極4的第二圓弧面7與轉子容腔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強度比第二圓弧面7的兩邊部位處的磁感應強度更小，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的氣隙處磁感應強度的差值更小，就能使沿轉子鐵芯2圓周方向的各處的磁感應強度更為均衡，從而使電機轉矩的脈動更小。

第二實施例：

在本發(fā)明的一種永磁電機中，電機中的磁場會對定子鐵芯的齒槽產(chǎn)生齒槽轉矩，軟磁極與永磁極交替的結構導致電機中的磁場不對稱，電機轉動時，齒槽轉矩會導致電機輸出轉矩脈動增大。與第一實施例的永磁電機不同的是，第二實施例的永磁電機在第一實施例的永磁電機的基礎上，在定子鐵芯1的轉子容腔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具有多個沿定子鐵芯1的圓周方向分布的電樞齒8，相鄰的兩個電樞齒8之間形成開口朝向轉子鐵芯2的齒槽9，所述電樞齒8上還設有開口朝向轉子鐵芯2的輔助槽10。這樣能夠使電機的齒槽9轉矩脈動較為均勻，減小電機的振動和噪音。優(yōu)選地，所述輔助槽10的開口寬度與齒槽9的開口寬度相等，增大齒槽轉矩的周期，削弱齒槽轉矩的幅值。更為優(yōu)選地，輔助槽10與齒槽9沿轉子容腔3的圓周方向均勻分布，這樣能夠進一步減小電機的齒槽9轉矩，減少電機的振動和噪音。

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

其中，

te為電機的輸出轉矩；

m為電機的相數(shù)；

e0為空載時定子的感應電動勢；

u為電機的端電壓；

ω為電機的機械角速度；

xd為直軸同步電抗；

xq為交軸同步電抗；

θ為功率角。

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

1)檢測定子鐵芯1的勵磁繞組12所產(chǎn)生的感應電動勢的相位角；

2)檢測電機的端電壓的相位角；

3)將若步驟1)中檢測所得的感應電動勢的相位角與步驟2)中檢測所得的端電壓的相位角進行比較，若感應電動勢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電動勢的相位角差值增大；

4)重復步驟1)至3)，直至感應電動勢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，是在電機負載狀態(tài)下檢測定子鐵芯1的勵磁繞組12所產(chǎn)生的感應電動勢的相位角。

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

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