一种永磁电机的定子磁障结构的制作方法

本发明涉及高性能永磁电机本体设计领域，尤其涉及一种永磁电机的定子磁障结构。

背景技术：

1、随着电机系统在航空航天、舰船推进、精密机器人等高端装备领域应用越来越广泛，对电机轻量化、高效率、强容错等性能提出了更高的要求。分数槽集中绕组结构能够很好地满足永磁电机在这些领域的应用需求。然而，分数槽集中绕组永磁电机丰富的磁动势及磁场谐波会产生很大的转子损耗，加之转子散热困难，致使电机过热，严重威胁永磁体的磁性能及绕组绝缘性能，从而影响永磁电机系统安全可靠运行。因此，开展分数槽集中绕组永磁电机电枢绕组磁动势及电枢反应磁场低谐波设计的研究，具有非常重要的理论和现实意义。

2、分数槽集中绕组永磁电机具有较高的槽满率，有助于进一步提高功率密度。此外，分数槽集中绕组结构还能提升永磁电机的弱磁能力和容错性能。但是，丰富的磁动势及磁场谐波会引起较大的转子涡流损耗，尤其是在高速永磁电机中，这个致命的缺点将会被放大，使其应用价值大打折扣。

3、目前，分数槽集中绕组永磁电机低谐波设计方法大多从改变绕组分布效应、多相绕组结构相移技术等方面开展研究。例如，一种在中国专利文献上公开的“低谐波的分数槽集中绕组设计方法”，其公告号cn110401273a，a相绕组在任一定子槽内的总导体数ni按求取；其他相绕组在任一定子槽内的总导体数根据该相滞后a相的电角度及a相绕组的总导体数获取；根据各相在任一定子槽内的总导体数，获取各相在任一定子槽内的线圈匝数，完成绕组设计。a相绕组由q个不同匝数线圈串联而成，a相绕组的1～q号线圈的匝数ni按求取。这些方法能够很好的抑制或消除了除绕组齿谐波外的磁动势谐波，但是对转子损耗的抑制效果较为有限。

4、绕组齿谐波幅值大、相对频率高且绕组因数与基波相同难以得到有效抑制，对永磁电机影响极大。目前对绕组齿谐波抑制的研究较少且效果均不理想。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有技术对转子损耗的抑制效果有限或对绕组齿谐波抑制有限的问题；提供一种永磁电机的定子磁障结构，在定子非绕组齿中加入磁障并且采用了不均匀气隙偏心磁极结构，在降低谐波的同时也达到减小转矩脉动、减小铁心损耗以及提高反电动势的正弦性的目的。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种永磁电机的定子磁障结构，包括

4、在定子铁芯轭部的非绕线齿中开设有安装槽，磁障填充在安装槽中。

5、在定子轭部适当的位置引入磁障，以增加1次电枢反应磁场谐波磁路磁阻，而基波和其他高次谐波磁路磁阻基本不受影响。因此，该磁障结构在不牺牲其他电枢反应磁场谐波的情况下，有效地降低了1次电枢反应磁场谐波。

6、转子永磁体采用不均匀气隙偏心磁极结构。

7、追求永磁电机反电动势的正弦性和低转矩脉动。

8、作为优选，所述的磁障为t型磁障；磁障轴线与定子齿轴线重合，磁障的宽度小于定子齿宽，磁障外圆一侧比内圆一侧宽。便于在铁心中固定装备。

9、作为优选，所述的磁障宽度占齿宽20％～50％。对谐波的抑制及基波的提升效果最佳。

10、作为优选，所述的磁障均匀设置在定子铁芯的轭部。

11、作为优选，所述的不均匀气隙偏心磁极结构为将永磁体极弧域进行圆周区域分割，每段永磁体形状为径向瓦片型结构。

12、作为优选，第j段磁极与永磁体中线夹角θj为：

13、

14、其中，αp为永磁体极弧系数；

15、p为电机极数；

16、l为永磁体分段数；

17、第j段磁极的外半径rmj为：

18、

19、其中，rj为偏心半径；

20、h为偏心距；

21、第j段磁极的内半径rrj为：

22、

23、其中，rr为转子铁心最大内径。

24、作为优选，不同时刻下第j段磁极中心位置角为：

25、

26、其中，ωr为转子角速度；

27、αj为t＝0时刻的第j段磁极中心位置角。

28、作为优选，t＝0时刻的第j段磁极中心位置角αj和第j段磁极的极弧系数αpj表示为：

29、

30、本发明的有益效果是：

31、1.定子磁障通过在定子铁心非绕线齿中开槽，并加入低磁导率材料，改变定子铁芯结构，形成磁障，增大低次谐波的磁路磁阻，实现对低次谐波的抑制。

32、2.偏心磁极转子结构提高了反电动势的正弦性并且降低了转矩脉动。

技术特征：

1.一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，包括在定子铁芯轭部的非绕线齿中开设有安装槽，磁障填充在安装槽中；转子永磁体采用不均匀气隙偏心磁极结构。

2.根据权利要求1所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，所述的磁障为t型磁障；磁障轴线与定子齿轴线重合，磁障的宽度小于定子齿宽，磁障外圆一侧比内圆一侧宽。

3.根据权利要求1或2所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，所述的磁障宽度占齿宽20％～50％。

4.根据权利要求1或2所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，所述的磁障均匀设置在定子铁芯的轭部。

5.根据权利要求1所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，所述的不均匀气隙偏心磁极结构为将永磁体极弧域进行圆周区域分割，每段永磁体形状为径向瓦片型结构。

6.根据权利要求1或5所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，第j段磁极与永磁体中线夹角θj为：

7.根据权利要求6所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，不同时刻下第j段磁极中心位置角为：

8.根据权利要求7所述的一种永磁电机的定子磁障结构，其特征在于，t＝0时刻的第j段磁极中心位置角αj和第j段磁极的极弧系数αpj表示为：

技术总结
本发明公开了一种永磁电机的定子磁障结构。为了克服现有技术对转子损耗的抑制效果有限或对绕组齿谐波抑制有限的问题；本发明包括在定子铁芯轭部的非绕线齿中开设有安装槽，磁障填充在安装槽中。转子永磁体采用不均匀气隙偏心磁极结构。在定子轭部适当的位置引入磁障，以增加1次电枢反应磁场谐波磁路磁阻，而基波和其他高次谐波磁路磁阻基本不受影响。偏心磁极转子结构提高了反电动势的正弦性并且降低了转矩脉动。

技术研发人员：武新章,潘建臣,张冬冬,郭平辉,郁腾,乙加伟
受保护的技术使用者：浙江超精电机科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15