一种混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法技术

本发明专利技术公开了一种混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法；一种混合式转子连续极永磁同步电机，包括：外定子和内转子；其外定子上有五相分布电枢绕组；其内转子上有表嵌式永磁体和轮辐式永磁体；一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，具体包括：首先，通过提高永磁电机的相数，降低转矩脉动；接着，通过优化表嵌式永磁体的极弧系数、厚度和轮辐式永磁体的长度、宽度，再次降低转矩脉动；然后，对轮辐式永磁体进行角度偏移，进一步降低转矩脉动。该电机克服了传统连续极永磁同步电机转矩脉动大、永磁体涡流损耗大和永磁体在过载时易退磁的弊端，同时保持了原电机转矩密度大和永磁体利用率高的特点。

A Hybrid Rotor Continuous Pole Permanent Magnet Synchronous Motor and Its Torque Ripple Reduction Method

【技术实现步骤摘要】
一种混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法
本专利技术涉及到混合式转子连续极永磁同步电机的设计，特别是混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的降低方法，属于电机制造的

技术介绍
现如今永磁同步电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁同步电机都扮演着十分重要的角色。这主要得益于永磁同步电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。永磁同步电机采用了高磁能积的磁性材料取代了传统的励磁绕组，不仅消除了励磁绕组带来的负面影响，而且简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高，机械损耗也相应的减小。一般来说，连续极永磁同步电机为表嵌式连续极永磁同步电机，该电机具有高转矩密度和高永磁体利用率，但是同时也具有高转矩脉动、永磁体在过载时容易发生退磁现象。许多永磁同步电机采用功率密度高的稀土永磁，而永磁体价格昂贵，是永磁同步电机的主要成本。而连续极永磁同步电机可以大幅提高永磁体利用率，因此，近年来研究连续极永磁同步电机成为热点。连续极永磁体在分数槽集中绕组电机中可以大幅提高永磁体利用率，因此它们可以降低电机的材料成本。但是现有连续极永磁体几乎没有应用于整数槽分布绕组永磁同步电机中。连续极永磁体一旦应用于整数槽分布绕组电机中，会带来高的转矩脉动。虽然连续极永磁同步电机拥有一系列的优点，但对于要求苛刻的高性能应用，如电动转向系统、伺服电机、风力发电机、电动汽车驱动系统等应用仍然面临许多困难。这些应用对电机的工作稳定性方面提出了很高的要求，即电机的输出转矩脉动要尽可能小，从而实现平稳精确的推力传动，因此研究削减输出转矩脉动是非常具有价值的。综上所述，研究削弱连续极整数槽永磁同步电机的输出转矩脉动是非常具有价值的。目前，对于分数槽集中绕组连续极永磁同步电机转矩脉动的抑制，国内外都有比较深入的研究，如优化极弧系数、采用多层绕组、采用斜槽、优化转子结构等方法。但对于整数槽连续极永磁同步电机转矩脉动的抑制技术非常有限，并且研究较少。其次，对于不等极弧系数法，现有技术只针对于齿槽转矩的降低，且仅用于传统非连续极永磁同步电机中。而在目前应用广泛的内嵌式或表嵌式电机当中，转矩脉动的来源不仅仅局限于齿槽转矩，它还可能来源于永磁转矩和磁阻转矩，而齿槽转矩只占据转矩脉动的极小部分。在此基础上，只局限于非连续极永磁同步电机的齿槽转矩的分析是远远不够的。所以，如何有效地降低整数槽连续极永磁同步电机的转矩脉动中的主要谐波，是需要重点研究的方向。传统连续极永磁同步电机永磁体涡流损耗大、永磁体在过载时易发生退磁现象，因此减少永磁体涡流损耗和增强永磁体抗退磁能力对于提高电机效率和可靠性是非常有意义和必要的。综上所述，研究混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法是非常有意义和必要的。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种混合式转子连续极永磁同步电机，该电机将表嵌式永磁体和轮辐式永磁体混合，形成一种新型混合式转子连续极永磁同步电机，该混合式转子连续极永磁同步电机具有低成本、高转矩密度、高可靠性和高效率等特点。针对上述现有技术存在的高转矩脉动问题，本专利技术提供了一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，通过优化混合式转子连续极永磁同步电机表嵌式永磁体的极弧系数、表嵌式永磁体的厚度、轮辐式永磁体的长度和宽度，从而达到转矩脉动降低的效果。在多变量优化后的混合转子连续极永磁同步电机的基础上，对轮辐式永磁体进行角度偏移，进一步降低电机的转矩脉动。本专利技术的目的是，提出一种低成本、低脉动、高转矩密度、高可靠性和高效率的混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法。本专利技术采用的技术方案是：一种混合式转子连续极永磁同步电机转子结构，包括表嵌式永磁体、轮辐式永磁体、转子铁芯；其中所述表嵌式永磁体为2n块，n＝1、2、3…，形状设计结构为弧形结构，永磁体径向充磁方向一致，对称表嵌在转子铁芯内侧圆周上，每一块表嵌式永磁体永磁体和相邻的转子铁芯构成一对极；所述轮辐式永磁体为4n块，形状设计为长方形结构，两两对称内置在转子铁芯上，每两块相邻轮辐式永磁体构成一对极，每一块表嵌式永磁体和相邻两个轮辐式永磁体在空间上交错分布，相邻两个轮辐式永磁体之间的夹角偏移之前为45°/n，偏移之后每两个轮辐式永磁体均向两者的中心线偏移θ/n角度；该电机转子结构关于水平线和竖直线对称。进一步，所述表嵌式永磁体为2块，轮辐式永磁体为4块。进一步，偏移角度θ为1°。本专利技术的一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，包括以下步骤：步骤1，通过提高永磁同步电机的相数，从而提高电机的转矩脉动周期数，降低电机转矩脉动；步骤2，通过优化混合式转子表嵌式永磁体的极弧系数、表嵌式永磁体的厚度、轮辐式永磁体的长度和宽度，从而降低转子磁动势中引起转矩脉动的分量，再次降低转矩脉动；步骤3，在得到的优化电机的模型基础上，对轮辐式永磁体进行角度偏移θ，从而达到进一步降低转矩脉动的目的。进一步，所述步骤1中的永磁同步电机为五相，其转矩脉动Tpul的计算公式为：其中，μ0是空气的磁导率，p为极对数，g是气隙长度，rg是中间气隙的半径，L是叠片堆叠长度，γd表示为电流角，h为谐波阶次，Fsh和Frh分别为h阶定子和转子磁动势。所以能够产生转矩脉动的定转子磁动势谐波阶次为：h＝10m±1，m＝1,2,3…，则影响转矩脉动的转子气隙磁密的谐波阶次为：h＝10m±1，m＝1,2,3…；和传统的三相电机相比，将电机设计为五相电机，电机的转矩主脉动阶次从6m次提升到10m(m＝1,2,3…)次。进一步，所述步骤2中的优化表嵌式永磁体的极弧系数为0.65、表嵌式永磁体的厚度4.1mm、轮辐式永磁体的长度为18.4mm、轮辐式永磁体的宽度为4.8mm，从而减小影响转矩脉动的转子气隙磁密的谐波阶次(10m±1，m＝1,2,3…)，即转子磁动势中引起转矩脉动的谐波阶次(10m±1，m＝1,2,3…)，因此，所提出的混合式转子连续极永磁同步电机为多变量优化电机转矩提供了基础。进一步，所述步骤3中的偏移角度θ为1°。进一步，表嵌式永磁体的极弧系数为0.5-0.7，表嵌式永磁体的厚度与表嵌式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.1-0.16:1，轮辐式永磁体的长度与表嵌式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.5-0.8:1，轮辐式永磁体的长度与轮辐式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.5:1；该转子铁芯的四个内圆弧相对于圆心均为90°。本专利技术采用的有益效果是：1.表嵌式永磁体的极弧系数为0.5-0.7，表嵌式永磁体的厚度与表嵌式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.1-0.16:1，轮辐式永磁体的长度与表嵌式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.5-0.8:1，轮辐式永磁体的长度与轮辐式永磁体所对应的转子铁芯内外径之差的比为0.5:1；该转子铁芯的四个内圆弧相对于圆心均为90°，保证了该永磁电机可以同时兼顾高永磁体利用率和高转矩密度这两个优点。2.本专利技术中混合式转子连续极永磁同步电机，为减小连续极永磁同步电机的转矩脉动提供了可能，不局限于降低齿槽转矩带来的转矩脉动，还能够有效地减小永磁转矩或磁阻转矩带来转矩脉动，优化反电势以及减小最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合式转子连续极永磁同步电机转子结构，其特征在于：包括表嵌式永磁体、轮辐式永磁体、转子铁芯；其中所述表嵌式永磁体为2n块，n＝1、2、3…，形状设计结构为弧形结构，永磁体径向充磁方向一致，对称表嵌在转子铁芯内侧圆周上，每一块表嵌式永磁体永磁体和相邻的转子铁芯构成一对极；所述轮辐式永磁体为4n块，形状设计为长方形结构，两两对称内置在转子铁芯上，每两块相邻轮辐式永磁体构成一对极，每一块表嵌式永磁体和相邻两个轮辐式永磁体在空间上交错分布，相邻两个轮辐式永磁体之间的夹角偏移之前为45°/n，偏移之后每两个轮辐式永磁体均向两者的中心线偏移θ/n角度；该电机转子结构关于水平线和竖直线对称。

【技术特征摘要】
1.一种混合式转子连续极永磁同步电机转子结构，其特征在于：包括表嵌式永磁体、轮辐式永磁体、转子铁芯；其中所述表嵌式永磁体为2n块，n＝1、2、3…，形状设计结构为弧形结构，永磁体径向充磁方向一致，对称表嵌在转子铁芯内侧圆周上，每一块表嵌式永磁体永磁体和相邻的转子铁芯构成一对极；所述轮辐式永磁体为4n块，形状设计为长方形结构，两两对称内置在转子铁芯上，每两块相邻轮辐式永磁体构成一对极，每一块表嵌式永磁体和相邻两个轮辐式永磁体在空间上交错分布，相邻两个轮辐式永磁体之间的夹角偏移之前为45°/n，偏移之后每两个轮辐式永磁体均向两者的中心线偏移θ/n角度；该电机转子结构关于水平线和竖直线对称。2.根据权利要求1所述的一种混合式转子连续极永磁同步电机转子结构，其特征在于：所述表嵌式永磁体为2块，轮辐式永磁体为4块。3.根据权利要求2所述的一种混合式转子连续极永磁同步电机转子结构，其特征在于：偏移角度θ为1°。4.一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过提高永磁同步电机的相数，从而提高电机的转矩脉动周期数，降低电机转矩脉动；步骤2，通过优化混合式转子表嵌式永磁体的极弧系数、表嵌式永磁体的厚度、轮辐式永磁体的长度和宽度，从而降低转子磁动势中引起转矩脉动的分量，再次降低转矩脉动；步骤3，在得到的优化电机的模型基础上，对轮辐式永磁体进行角度偏移θ，从而达到进一步降低转矩脉动的目的。5.根据权利要求4所述的一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤1中的永磁同步电机为五相，其转矩脉动T...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟芳芳，刘国海，陈前，徐高红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32