永磁電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁電機(jī)(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(jī)(SPM),正是因此增加了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用，使得IPM電機(jī)更容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(jī)相比IPM電機(jī)進(jìn)一步加大了電機(jī)交、直軸電感差異，大幅度提升磁阻轉(zhuǎn)矩的利用，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的高效化，并且大大降低了電機(jī)的成本。例如ZL201210056204.8公開了一種能夠提升電機(jī)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(jī)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(huì)使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的增加，這樣將引起電機(jī)的振動(dòng)和噪聲問題，特別是在電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行弱磁控制時(shí)，磁阻轉(zhuǎn)矩占比會(huì)更大，這一問題會(huì)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(jī)，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(dòng)，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(dòng)是有所幫助的，但對于磁阻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(shí)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?jǐn)?shù)，現(xiàn)有研究表明定子每極每相槽數(shù)為分?jǐn)?shù)的電機(jī)比每極每相槽數(shù)為整數(shù)的電機(jī)，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(dòng)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(jī)由于可以增加電機(jī)在交、直軸方向的電感差值，使得電機(jī)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(jī)實(shí)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(gè)電磁轉(zhuǎn)矩比值的提高，也會(huì)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(dòng)，這會(huì)使得電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)也增大，從而導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)、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(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)常用的方法是增加電機(jī)定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子永磁體的層數(shù)，但這會(huì)使得電機(jī)的工藝性變得復(fù)雜，而且對轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(jī)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(gè)轉(zhuǎn)子極有多個(gè)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(jī)帶負(fù)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(jìn)入定子，與定子磁力線連接。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)候轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁通道相對定子齒位置的變化，會(huì)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(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體槽末端擋住磁力線行走路線時(shí)，電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩小于平均電磁轉(zhuǎn)矩，且擋住的時(shí)間越長，產(chǎn)生的最小峰值轉(zhuǎn)矩越小，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種永磁電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)大幅度下降。為實(shí)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(jī)，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(gè)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(gè)所述永磁體的外端部在遠(yuǎn)離q軸的一端為第一外端部，所述第二磁極中的一個(gè)所述永磁體的外端部在遠(yuǎn)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(xiàng)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(yuǎn)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(yuǎn)離q軸的一端為第二外端部。
[0013]進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(gè)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(yuǎn)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(yuǎn)離q軸的一端為第二外端部。
[0015]進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(gè)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(jī)定子槽數(shù)為N，轉(zhuǎn)子極對數(shù)為P，電機(jī)每極每相槽數(shù)N/2P/m等于2，所述夾角A小于間隔一個(gè)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(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降低電機(jī)交、直軸電感差值隨轉(zhuǎn)子相對定子齒槽位置變化的波動(dòng)，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(jī)示意圖；
[0026]圖2為圖1所示永磁電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)磁力線分布圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的永磁電機(jī)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(jī)與現(xiàn)有技術(shù)的永磁電機(jī)的電感差值波動(dòng)對比圖；
[0029]圖5為圖3所示永磁電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)的永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對比圖；
[0030]圖6為本發(fā)明的永磁電機(jī)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(jī)為六極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為圖3所示永磁電機(jī)另一實(shí)施例的示意圖；
[0033]圖9為本發(fā)明的永磁電機(jī)永磁體填充率示意圖；
[0034]圖10為本發(fā)明的永磁電機(jī)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(jī)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(jī)永磁體槽末端偏移示意圖；
[0037]圖13為本發(fā)明的永磁電機(jī)永磁體隔磁橋不等厚狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的永磁電機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(jī)一實(shí)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(gè)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(gè)永磁體7a的外端部在遠(yuǎn)離q軸的一端為第一外端部，第二磁極中的一個(gè)永磁體7b的外端部在遠(yuǎn)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)整體電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的下降。將轉(zhuǎn)子一對極中的外層永磁體端部外