一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机制造技术

本公开提出了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机，磁极斜极在一个磁极极距内实施，凸极在磁极一侧设置，在圆周方向具有不对称性。高性能永磁电机的转子设计不仅能降低转矩脉动还能有效避免降低转矩脉动后输出转矩的下降，实现电机的低转矩脉动、高转矩密度运行，大大改善了电机的性能，具体的：1)降低齿槽转矩；2)产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动；3)相邻磁极轴向无重叠，避免转矩密度衰减过大；不对称凸极转子结构，使磁阻转矩和永磁转矩的最大值在相同或相近的电流相位角下叠加，从而通过提高两种转矩成分的利用率来弥补磁极斜极造成的转矩损失，保证电机低转矩脉动的同时保持高转矩密度。

A Rotor with Inclined Pole and Asymmetrical Salient Pole and High Performance Permanent Magnet Motor

【技术实现步骤摘要】
一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机
本公开涉及永磁电机相关
，具体的说，是涉及一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。随着稀土永磁材料的发展，永磁电机由于其高效率、高功率密度、高可靠性等显著优点在电动汽车、风力发电、船舶推进等各个领域受到广泛应用。由于永磁电机的结构多种多样，因此对永磁电机结构的优化设计，能够使永磁电机各方面性能得到最大限度的提升。根据永磁体在转子上的放置位置，主要分为表贴式永磁电机、表面嵌入式永磁电机和内置式永磁电机。其中，表面嵌入式永磁电机与表贴式永磁电机相比具有凸极效应，因此电磁转矩不仅具有永磁转矩，还会产生磁阻转矩，因此产生较高的转矩密度和效率，并且具有较好的弱磁调速性能；与内嵌式永磁电机相比，结构简单且制造成本较低；因此，表面嵌入式永磁电机因其较好的综合性能而具有非常好的应用前景。但是表面嵌入式永磁电机也存在问题：1)表面嵌入式永磁电机电磁转矩虽然包含永磁转矩和磁阻转矩两种转矩成分，但在传统设计中两种转矩成分没有得到充分利用，因为永磁转矩和磁阻转矩分别达到最大值时相差45度电流相位角。2)因为凸极效应，表面嵌入式永磁电机会产生较高的转矩脉动。永磁电机抑制转矩脉动的方法已被广泛研究，比如，转子周向分块、转子极弧削极、斜极、转子表面开槽、不对称磁障等。特别地，斜极技术是抑制转矩脉动的一种有效方法，已有很多文献对这种方法进行了深入的讨论与研究。最开始从仿真分析得到偏移电机的磁极具有削弱齿槽转矩的结论，而后有学者在理论分析的基础上提出了一些偏移角度的确定方法。随着方法的不断改进，其效果越来越好。但斜极方法具有一些缺点，比如降低了电机的转矩密度。而对于电机而言，转矩密度往往比转矩脉动更为重要，所以，改善因永磁体斜极而导致永磁电机转矩密度下降的问题值得深究。但是，目前的文献资料显示降低转矩脉动但保持转矩密度的电机设计技术很难实现。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，应用在永磁电机如表面嵌入式永磁电机上，不仅能降低转矩脉动，还能有效避免在降低转矩脉动后输出转矩下降的问题。本公开第二方面还提出了一种基于一种磁极倾斜且凸极不对称的转子的永磁电机，有效结合磁极偏移和不对称凸极转子，实现电机的低转矩脉动、高转矩密度运行，有效提高电机性能指标。本公开采用如下技术方案：一个或多个实施例提供了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯上的磁极，每个磁极包括交替设置在转子铁芯上的凸极和转子槽，所述转子槽内设置分段式永磁体，各段永磁体沿着转轴方向延伸排列，并在转子铁芯圆周上依次按设定的角度错位排列。一个或多个实施例提供了一种转子磁极倾斜且凸极不对称的永磁电机，包括上述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子、定子和转轴，所述转子和定子同轴设置，转子通过转轴设置在定子内部，所述转子和定子之间留有缝隙。本公开通过使用永磁体分段错位方法获得的倾斜磁极，应用在永磁电机中能够有效的削弱齿槽效应，降低齿槽转矩，同时降低反电动势谐波含量，产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动，使得电机输出转矩更加的平稳。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开提出的基于一种磁极倾斜且凸极不对称的转子的永磁电机，使得表面嵌入式永磁电机的转矩脉动减小的同时使得转矩密度不下降，具体的：1)本公开通过使用磁极分段错位方法，能够有效的削弱齿槽效应，降低齿槽转矩，同时降低反电动势谐波含量，产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动，使得电机输出转矩更加的平稳；2)磁极分段错位在一个磁极极距内实现，使相邻磁极轴向无重叠，避免转矩密度衰减过大；3)通过使用不对称凸极转子结构，使磁阻转矩和永磁转矩的最大值在相同或相近的电流相位角下叠加，即小于传统设计中的45度电流相位角，从而通过提高两种转矩成分的利用率来弥补磁极斜极造成的转矩损失，保证电机低转矩脉动的同时保持高转矩密度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1是现有传统表面嵌入式永磁电机结构示意图；图2是本公开实施例1的转子斜极示意图；图3是本公开实施例1的等效磁极与等效凸极示意图；图4是本公开实施例2的非对称转子影响电机转矩的原理图；图5是本公开实施例1的电机转子三维示意图；图6是本公开实施例2的永磁电机结构俯视图；图7是本公开实施例传统电机(基础模型)与实例电机(提出模型)反电势对比示意图；图8是本公开实施例2的实例电机与传统电机的齿槽转矩对比示意图；图9是本公开实施例实例2电机永磁体未向凸极靠近时转矩分离示意图；图10是本公开实施例实例2电机永磁体向凸极靠近时转矩分离示意图；图11是本公开实施例2的实例电机与传统电机的永磁转矩对比示意图；图12是本公开实施例2的实例电机与传统电机的电磁转矩对比示意图；其中：1、定子，2、定子绕组，3、凸极，3-1、，3-2、凸极第二侧面，4、永磁体，5、转子，5-1、转子槽，5-2、转子铁芯，6、磁极轴线，7、转轴，8、第一端面，9、第二端面。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。实施例1在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图5和6所示，一种磁极倾斜且凸极不对称转子，包括转子铁芯5-2和设置在转子铁芯5-2上的磁极，每个磁极包括交替设置在转子铁芯上的凸极3和转子槽5-1，所述转子槽5-1内设置分段式永磁体4，各段永磁体4沿着转轴7方向延伸排列，并在转子铁芯5-2圆周上依次按设定的角度错位排列。本公开通过使用永磁体4分段错位方法获得的倾斜磁极，应用在永磁电机中能够有效的削弱齿槽效应，降低齿槽转矩，同时降低反电动势谐波含量，产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动，使得电机输出转矩更加的平稳。如图1所示为传统的对称转子结构，现有的对称的转子结构的永磁体在从转子的一个端面到另一端面是按照转轴延伸的，若定义每个磁极的几何中心线为磁极轴线6，永磁体相对磁极轴线对称的。各段永磁体4沿着转轴方向延伸排列是指永磁体按照转轴方向从第一端面8排列到第二端面9。在转子铁芯圆周上依次按设定的角度错位排列，是指各段永磁体4在转子铁芯圆周方向错开一定的角度，可以为如图2和5所示的结构。以图2进行说明，一个磁极包括一个转子槽5-1和一个凸极3，永磁体分段错开排列后，相对于磁极轴线6图2中永磁体4左右不对称，形成了永磁体2不对称的结构。作为进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：包括转子铁芯和设置在转子铁芯上的磁极，每个磁极包括交替设置在转子铁芯上的凸极和转子槽，所述转子槽内设置分段式永磁体，各段永磁体沿着转轴方向延伸排列，并在转子铁芯圆周上依次按设定的角度错位排列。

【技术特征摘要】
1.一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：包括转子铁芯和设置在转子铁芯上的磁极，每个磁极包括交替设置在转子铁芯上的凸极和转子槽，所述转子槽内设置分段式永磁体，各段永磁体沿着转轴方向延伸排列，并在转子铁芯圆周上依次按设定的角度错位排列。2.如权利要求1所述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：所述凸极至少一个侧面沿转轴方向延伸。3.如权利要求2所述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：所述凸极第一侧面与倾斜设置的分段永磁体呈阶梯状交互，凸极第二侧面沿转轴方向延伸。4.如权利要求1所述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：所述各段永磁体的形状相同，各段永磁体沿着转轴方向排列，并按设定的角度错位排列后呈阶梯状。5.如权利要求4所述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：各段的永磁体的形状径向投影为长方形。6.如权利要求1-5任一项所述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，其特征是：沿转轴方向分段式永磁体两...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文良，李玉靖，刘炎，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37