本发明涉及永磁电机领域,特别是涉及一种气隙磁场等效型电机转子结构。
背景技术:
永磁电机在现代工业生产中已经获得了大量应用,高功率密度和高转矩密度是其显著优点,但由于大量永磁体的引入,所产生的齿槽转矩会影响输出转矩的平稳性,大量谐波的存在会在定转子表面感生出涡流损耗,降低了电机的效率,且损耗引起的温升会使永磁体产生退磁风险,电机运行的稳定性受到威胁。
为了降低电机的齿槽转矩,研究人员提出了定子齿、永磁体表面或转子铁芯外表面开槽的做法,但是通常开槽位置随机,针对单一类型电机,不具有可总结的规律性,无法推广至其他电机,通用性差。永磁体分段的方法可以降低电机的涡流损耗,但永磁体加工处理困难,额外增加的工艺步骤必然会导致加工成本的上升。增大电机的气隙可以减小齿槽转矩和涡流损耗,但较大的气隙会使得永磁体工作点降低,所需电枢电流增大,电机铜耗升高,效率和出力均会受到影响,在当今追求低成本、高效率电机的应用背景下并不适宜。
技术实现要素:
发明目的:本发明的目的是提供一种气隙磁场等效型电机转子结构,能够解决现有技术中存在的通用性差、成本高、效率低的问题。
技术方案:为达到此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明所述的气隙磁场等效型电机转子结构,包括中心转轴和套设于中心转轴上的转子铁芯,转子铁芯表面设有p组等效槽,转子铁芯内部设有p个磁极,第i个等效槽的深度h满足0.5mm≤h≤(lyoke/5),lyoke为转子铁芯表面到中心转轴之间的距离,第i个等效槽的跨度αi=(2βi)/p,i=(j+1)/2,βi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度,其中,第一波形和第二波形满足以下条件:
第一波形为多个正弦波的叠加波形,第一波形的表达式如式(1)所示:
式(1)中,f1是第一波形的基准频率,ak是频率为kf1的正弦波形的幅值,x为角度,0°≤x≤180°,5≤n;
第二波形为三角波,第二波形的幅值ak2=mak,m≥1,第二波形的频率f2=nf1。
进一步,所述转子铁芯的内部设有p个通槽,每个通槽内设有两个永磁体。
进一步,通槽本身关于中心转轴的轴线对称,所有通槽也关于中心转轴的轴线对称。
进一步,所述通槽上设置有用于固定永磁体的台阶槽。
进一步,所述转子铁芯由转子冲片叠压而成。
有益效果:本发明公开了一种气隙磁场等效型电机转子结构,与现有技术相比,具有如下的有益效果:
1)本发明提出了在转子铁芯表面开设多个等效槽的方案,且给出了等效槽跨度的通式,可适用于各种类型电机,通用性强;
2)本发明无需对永磁体进行加工,降低了加工成本;
3)本发明通过在转子铁芯表面开设多个等效槽,降低了电机的转矩脉动,电机运行更加平稳,噪音得到了有效控制;
4)转子铁芯表面的等效槽可以降低气隙磁密的谐波含量,从而降低了电机的涡流损耗,提高了电机的运行效率,降低了电机的温升。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中转子的结构示意图;
图2为图1的局部放大图;
图3为第一波形和第二波形的示意图;
图4为实施例1中一个4极的电机转子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种气隙磁场等效型电机转子结构,如图1所示,包括中心转轴1和套设于中心转轴1上的转子铁芯2,转子铁芯2表面设有p组等效槽3,转子铁芯2内部设有p个磁极。等效槽3关于磁极中线4对称。转子铁芯2由转子冲片叠压而成。
第i个等效槽的深度h满足0.5mm≤h≤(lyoke/5),lyoke为转子铁芯2表面到中心转轴1之间的距离。第i个等效槽的跨度αi=(2βi)/p,i=(j+1)/2,βi为第一波形与第二波形的第j个交点到第j+1个交点之间的跨距角度,图2示出了前三个等效槽3的跨度。其中,第一波形和第二波形满足以下条件:
第一波形为多个正弦波的叠加波形,第一波形的表达式如式(1)所示:
式(1)中,f1是第一波形的基准频率,ak是频率为kf1的正弦波形的幅值,x为角度,0°≤x≤180°,5≤n;
第二波形为三角波,第二波形的幅值ak2=mak,m≥1,第二波形的频率f2=nf1。
转子铁芯2的内部设有p个通槽5,每个通槽5内设有两个永磁体6。两个永磁体6构成一个磁极。通槽5本身关于中心转轴1的轴线对称,所有通槽5也关于中心转轴1的轴线对称。通槽5上设置有用于固定永磁体6的台阶槽7。
实施例1:
图4为一个4极同步电机的示意图,有4个磁极,p=4。沿磁极中线对称分布有一系列的等效槽。图3为第一波形和第二波形的示意图,其中第一波形为仅含基准频率的正弦波形,对应k=1,第二波形的幅值为波形1的1.1倍,对应m=1.1。第二波形的频率为波形1的5倍,对应n=1。图3所示,第一波形与第二波形均从零开始增大,第1个和第2个交点之间的跨距角度β1=36°,第3个和第4个交点之间的跨距角度β2=18°,第5个和第6个交点之间的跨距角度β3=2°,所以第1个等效槽的跨度α1=(2β1)/p=(2×36°)/4=18°,第2个等效槽的跨度α2=(2β2)/p=(2×18°)/4=9°,第3个等效槽的跨度α3=(2β3)/p=(2×2°)/4=1°。由于等效槽分布沿磁极中线对称,所以第4个等效槽的跨度等于第2个等效槽的跨度,第5个等效槽的跨度等于第1个等效槽的跨度。等效槽的深度h=0.5mm,转子轭部厚度lyoke=32mm,满足0.5mm≤h≤(lyoke/5)。等效槽内侧设置u型通槽并嵌入永磁体。转子铁芯由转子冲片叠压而成,并在通槽中设置台阶槽用于固定永磁体。