一种表贴式电机转子及电机的制作方法

本技术涉及永磁同步电机，特别涉及一种表贴式电机转子及电机。

背景技术：

1、永磁同步电机作为驱动电机有优良的节能效果，在工业领域中具有广泛的应用。转矩密度或功率密度是衡量永磁同步电机性能的重要指标，而齿槽转矩的存在会影响永磁同步电机的位置控制精度以及噪声、振动性能。因此，对于永磁同步电机及伺服控制系统，有必要提高转矩密度并进行齿槽转矩的优化。

2、目前，基于传统的表贴式永磁同步电机，工业上通常采用永磁体修型、斜极、斜槽的方法来优化永磁同步电机的空载齿槽转矩与负载转矩波动，但永磁体修型会引起设计上的不确定性，并且修型、斜极、斜槽的设计通常会引起齿槽转矩或转矩波动与转矩密度的同时下降，造成齿槽转矩或转矩波动设计与转矩密度设计矛盾，无法兼顾永磁同步电机的转矩密度与齿槽转矩、转矩波动的设计要求。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于：提供一种表贴式电机转子及电机，旨在解决相关技术中永磁同步电机无法兼顾转矩密度要求与齿槽转矩、转矩波动要求的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提出一种表贴式电机转子，应用于电机，包括：

4、转子铁芯；

5、设置于转子铁芯的外周壁、沿周向分布的2p极永磁体，p为正整数；

6、其中，各极永磁体包括轴向上至少一段永磁体段，永磁体段包括沿周向分布的多个磁钢，多个磁钢构成关于永磁体段的轴向中心线对称的两个磁钢部，磁钢部中每个磁钢的轴向长度不等。

7、可选地，上述表贴式电机转子中，永磁体段包括j个磁钢，j=2n或j=2n+1，n为正整数；

8、当j=2n时，磁钢部包括依次排列的n个磁钢，轴向中心线位于第n个磁钢和第n+1个磁钢之间；

9、当j=2n+1时，磁钢部包括依次排列的n+1个磁钢，轴向中心线位于第n+1个磁钢的中心线上。

10、可选地，上述表贴式电机转子中，当j=2n时，永磁体段中各磁钢的周向弧度为永磁体段的极弧系数与磁钢的周向所占归一化极弧的乘积，各磁钢的轴向长度与周向所占归一化极弧之间满足函数关系：

11、

12、其中，，，；

13、表示电角度，对应表示永磁体段中第1、2、3…n-1、n个磁钢以及第2n、2n-1、2n-2…n+2、n+1个磁钢的周向所占归一化极弧；

14、对应表示永磁体段中第1、2、3…n-1、n个磁钢以及第2n、2n-1、2n-2…n+2、n+1个磁钢的轴向长度；

15、转子的轴向叠厚长度为2h，电机的一个电周期内的电角度为2π。

16、进一步地，上述表贴式电机转子中，永磁体段中各磁钢的轴向长度和周向弧度的设置方法为：

17、基于预设的限制条件，利用多目标优化算法得到多个电机模型；电机模型基于轴向长度和电角度建立，限制条件的表达式为：

18、

19、计算多个电机模型的反电势；

20、对反电势的时域波形进行傅里叶级数分解，得到各反电势对应的k次谐波幅值及其相位；其中，涉及的反电势傅里叶级数的表达式为：

21、

22、其中，表示电机模型在a、b、c三相的时域下的反电势，对应表示a相、b相和c相，表示第 k次反电势的谐波幅值，表示电机的电角速度，表示时间，第 k次反电势的初始电角度；

23、根据目标函数和各反电势对应的k次谐波幅值，得到各电机模型的基波最大值与谐波和最小值；目标函数的表达式为：

24、

25、其中，表示各电机模型的基波最大值，表示各电机模型的谐波和最小值；

26、根据多个电机模型的基波最大值与谐波和最小值计算帕累托前沿，在帕累托前沿中选择至少一组最优基波最大值与最优谐波和最小值，得到至少一个最优电机模型；

27、将至少一个最优电机模型对应的轴向长度和电角度确定为目标轴向长度和目标电角度，以得到永磁体段中各磁钢的目标轴向长度以及各磁钢的目标周向弧度。

28、可选地，上述表贴式电机转子中，当j=2n+1时，永磁体段中各磁钢的周向弧度为永磁体段的极弧系数与磁钢的周向所占归一化极弧的乘积，各磁钢的轴向长度与周向所占归一化极弧之间满足函数关系：

29、

30、其中，，，；

31、表示电角度，对应表示永磁体段中第1、2、3…n个磁钢以及第2n+1、2n、2n-1…n+2个磁钢的周向所占归一化极弧，表示永磁体段中第n+1个磁钢的周向所占归一化极弧；

32、对应表示永磁体段中第1、2、3…n个磁钢以及第2n+1、2n、2n-1…n+2个磁钢的轴向长度，表示永磁体段中第n+1个磁钢的轴向长度；

33、转子的轴向叠厚长度为2h，电机的一个电周期内的电角度为2π。

34、进一步地，上述表贴式电机转子中，永磁体段中各磁钢的轴向长度和周向弧度的设置方法为：

35、基于预设的限制条件，利用多目标优化算法得到多个电机模型；电机模型基于轴向长度和电角度建立，限制条件的表达式为：

36、

37、计算多个电机模型的反电势；

38、对反电势的时域波形进行傅里叶级数分解，得到各反电势对应的k次谐波幅值及其相位；其中，涉及的反电势傅里叶级数的表达式为：

39、

40、其中，表示电机模型在a、b、c三相的时域下的反电势，对应表示a相、b相和c相，表示第 k次反电势的谐波幅值，表示电机的电角速度，表示时间，第 k次反电势的初始电角度；

41、根据目标函数和各反电势对应的k次谐波幅值，得到各电机模型的基波最大值与谐波和最小值；目标函数的表达式为：

42、

43、其中，表示各电机模型的基波最大值，表示各电机模型的谐波和最小值；

44、根据多个电机模型的基波最大值与谐波和最小值计算帕累托前沿，在帕累托前沿中选择至少一组最优基波最大值与最优谐波和最小值，得到至少一个最优电机模型；

45、将至少一个最优电机模型对应的轴向长度和电角度确定为目标轴向长度和目标电角度，以得到永磁体段中各磁钢的目标轴向长度以及各磁钢的目标周向弧度。

46、可选地，上述表贴式电机转子中，当p=4，n=3时，永磁体段包括7个磁钢，磁钢部包括依次排列的4个磁钢，轴向中心线位于第4个磁钢的中心线上。

47、可选地，上述表贴式电机转子中，每一永磁体段内多个磁钢的叠厚相同。

48、可选地，上述表贴式电机转子中，相邻两极永磁体对应的在周向上相邻的两个永磁体段的充磁方向相反，每一永磁体段内多个磁钢的充磁方向相同。

49、可选地，上述表贴式电机转子中，各极永磁体包括在轴向上对称相接的两段永磁体段或在轴向上对称相接后按预设的斜极角度进行斜极的两段永磁体段。

50、第二方面，本技术还提出一种电机，包括：

51、定子；

52、转子，转子为如上述的表贴式电机转子，转子铁芯转动穿设于定子的内部。

53、本技术提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

54、本技术提出的一种表贴式电机转子及电机，通过在转子铁芯的外周壁、沿周向分布设置2p极永磁体，将各极永磁体设置为轴向上至少一段永磁体段，使得永磁体段包括沿周向分布的多个磁钢，构成关于永磁体段的轴向中心线对称的两个磁钢部，且各磁钢部中每个磁钢的轴向长度不等，可以增大电机反电势中的基波幅值。通过周向分布的轴向不等长永磁阵列，额外注入永磁磁动势三次谐波分量，使永磁磁动势中可以含有比传统方形永磁体更高的基波分量，进而提高了电机的基波反电势和转矩密度。除此之外，该永磁阵列还可以抑制低次永磁磁动势谐波幅值如5、7、11、13次，使永磁磁动势中含有较低的低次谐波分量，降低了低次谐波反电势和齿槽转矩。最终同时达到了使电机转矩密度增加、转矩波动及齿槽转矩减少的效果，保证了电机的永磁利用率并减少电机的噪声、振动，满足电机设计需求并适用于实际应用；而且，对各极永磁体的永磁体段再分段为多个磁钢，会使得永磁体中涡流损耗减少，从而提高电机的效率，并且改善转子温升问题。