CN102055251A - 一种有效消除齿槽效应的永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机设备，旨在提供一种有效消除齿槽效应的永磁电机。本发明的永磁电机，所述永磁电机的转子采用表贴式永磁体，所述永磁电机的定子采用拼块结构，定子拼块齿靴部有靴尖，在圆周方向上相邻两个定子拼块的靴尖紧密接触在一起，几乎没有间隙；所述永磁电机的定子齿靴靴尖接触处形成槽口；所述永磁体为偏心等径瓦片形状；所述永磁体在轴向上分段并间隔放置，同极各段永磁体按同一圆周方向顺序错位排列，共错位一个齿槽的宽度。本发明通过采用特定结构组合，有效消除永磁电机的齿槽效应，且生产工艺简单，降低生产成本。

Description

一种有效消除齿槽效应的永磁电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是一种具有消除齿槽效应结构的永磁电机。

背景技术

永磁电机的齿槽效应指也就是齿槽转矩，是由转子的永磁体磁场同定子铁心的齿槽结构之间相互作用，在圆周方向产生的，即永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，由此趋势会产生一种振荡转矩，此转矩与定子的电流无关，它总是试图将转子定位在某些稳定位置，这种趋势将会造成电机运行时的转矩波动和噪声。在变速驱动中，当转矩频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能，和位置控制系统中的高精度定位。解决齿槽转矩脉动问题的方法主要集中在电机本体的优化设计上。

现有消除永磁电机齿槽效应的方法很多，有分数槽法、采取磁性槽楔、减小槽口宽度、增大气隙长度、减小气隙磁密、改善气隙磁场分布、斜槽、斜极或磁极分段错位等众多方法。其特点如下：

1.分数槽法

该方法可以提高齿槽转矩基波的频率，使齿槽转矩脉动量明显减少，在减小齿槽效应方面有明显的改善，下线工艺较为复杂。采用了分数槽后，如果转子磁极的磁势不严格相等，或沿圆周不是严格均布，基本齿谐波在分数槽极电机中也不完全相消，仍然还有存有齿槽效应。各极下绕组分布不对称，从而使电机的有效转矩分量部分被抵消，电机的平均转矩也会因此而相应减小。在每极齿数少的时候，很难制作分数槽。

2.采取磁性槽楔、减小槽口宽度

这两种方案很自然都有利于齿槽效应的减小，但由于磁性槽楔材料的导磁性能不是很好，因而对于转矩脉动的削弱程度有限。减小槽口宽度受到定子绕组下线工艺的限制，槽口的减小也会增加绕组的电感，影响电动机的性能(过载能力降低)，即使是闭口槽，也不能完全消除齿槽效应。

3.增大气隙长度、减小气隙磁密(改变磁极几何形状或充磁)

气隙磁密对电动机的基本性能影响极大，对于高性能大扭矩电动机，减小气隙磁密一般不可取，电机输出的力矩将大幅度下降，增大气隙长度会使电机功率密度减小，两者都会造成出力不足。

4.斜槽、斜极或磁极分段错位

通常采取斜过一个定子齿距，可以取得一定的效果。但在每极槽数都较少时，齿槽效应就很明显。

以上方法表明，在标准结构的电动机中，在基本结构不变，仅改变磁系统几何尺寸参数及电磁参数时，会对减小齿槽效应有一定的作用，但受到不过分影响基本电气性能的限制，减小齿槽效应的作用也受到约束，不能完全满足电动机的要求，为此还要采用某些更有效的方法。

发明内容

本发明的目的是为了消除永磁电机的齿槽效应，提供一种工艺较为简单，消除齿槽效应效果显著的永磁电机。

本发明解决的技术问题采取以下技术方案实现：

一种永磁电机，该电机的转子采用表贴式永磁体，定子由拼块式铁芯拼接而成，所述永磁电机的定子拼块齿靴部有靴尖，定子拼块拼接成整体定子后相邻两个定子拼块的靴尖紧密接触在一起。

本发明解决的技术问题还可以采取以下技术方案实现：所述相邻两个定子拼块的靴尖接触处形成槽口；所述定子拼块靴尖厚度在0.1～0.5mm之间；所述槽口的宽度在2mm～6mm之间；所述永磁体在轴向上分成多段并间隔放置，同极各段永磁体按同一圆周方向顺序错位排列；所述被分成多段的同极永磁体在圆周方向上顺序错位的距离为：齿槽宽度/(N-1)，N为段数；所述永磁体的两个弧面所在圆为偏心圆，半径相等；所述永磁体的两个弧面弧长相等；所述定子的靴尖厚度在0.2～0.3mm之间；所述槽口的宽度在3mm～5mm之间。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下几个方面：

1.本发明采用拼块定子结构，绕线方便，定子靴尖紧密接触，在圆周方向上形成一个几乎没有间隙的圆，使齿槽磁场分布更加均匀，运行时转矩波动更小。定子拼块拼装到一起后，形成完整的圆，结构强度好，易于制造和减小轭磁阻，提高电机效率。

2.本发明的同极各段永磁体共错位一个齿槽宽度，与定子齿相互配合作用，在气隙磁场中得到了较为均匀的磁密，使得齿槽效应得到了显著改善。

3.本发明采用等径永磁体，具有加工费用低，材料利用率高的特点。与其它形状相比，具有明显的成本优势和较大的磁通量。

4.本发明相比常规的斜槽，采用磁性槽楔等方式，生产工艺简单化，提高了生产效率，同时也降低了产品成本和管理成本。

附图说明

图1是本发明的永磁电机的结构图；

图2是图1所示的永磁电机定子部分放大示意图；

图3是图1所示的永磁电机转子局部展开示意图；

图4是图1所示的永磁电机永磁体放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述：

如图1-4所示：①是定子，②是靴尖，③是永磁体，④是转子，⑤是齿槽，⑥是槽口。

参见图1，为本发明的永磁电机结构示意图，本实施例中的永磁电机为8极，永磁体③表贴于转子④表面，永磁电机的定子由12个定子拼块①组成，12个定子拼块①环环紧扣拼成圆形外定子，相邻两个定子的靴尖②紧密接触。

参见图2，为本发明永磁电机定子部分放大示意图，相邻两个定子通过定子磁轭两边的半圆型榫槽牢牢拼接，两定子靴尖也紧密接触，在圆周方向上形成一个几乎没有间隙的圆，定子齿连接处形成的扁U型槽即为槽口⑥，本实施例中，槽口⑥的宽度为4mm，在平衡加工工艺难度和作用效果后得到靴尖的厚度优选0.2～0.3mm，靴尖接触面积很小，但作用效果与闭口槽完全不同，采用上述结构可以使齿槽的磁场均匀分布，减少磁极间漏磁。

参见图3，为本发明永磁电机转子局部展开示意图，转子④展开后为矩形，永磁体③贴于转子表面，图3为局部示意，连线⑦为电机转轴方向。本实施例中有8极永磁体③，每极分成三段，在电机轴向上间隔排列，即有三个圆周共24块永磁体③。31，32，33为同极永磁体③，两两轴向间隔都为d1，并朝同一个圆周方向顺序错位，两两错位间隔都为d2，共错位一个齿槽的宽度。本优选实施例中取轴向间隔d1＝2mm，圆周方向总错位间隔为2*d2＝齿槽宽度＝11mm，即d2＝5.5mm。同极永磁体可根据设计需要分成N段，则相应的错位间隔则为d2＝齿槽宽度/(N-1)。

参见图4，为本发明永磁电机永磁体放大示意图，永磁体③为偏心等径瓦片形状，即永磁体的两个弧面所在圆为偏心圆，且半径相等，如图中R1＝R2，本实施例中偏心大小为R＝R2-R1＝r＝5mm，r为永磁体中心厚度，且永磁体的两个弧面弧长相等。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述的技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁电机，该电机的转子采用表贴式永磁体，定子由拼块式铁芯拼接而成，其特征在于：所述永磁电机的定子拼块的齿靴部有靴尖，定子拼块拼接成整体定子后相邻两个定子拼块的靴尖紧密接触在一起。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述相邻两个定子拼块的靴尖接触处形成槽口。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于：所述定子靴尖的厚度在0.1～0.5mm之间。

4.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于：所述槽口的宽度在2mm～6mm之间。

5.根据权利要求1～4之一所述的永磁电机，其特征在于：所述永磁体在轴向上分成多段并间隔放置，同极各段永磁体按同一圆周方向顺序错位排列。

6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于：所述被分成多段的同极永磁体在圆周方向上顺序错位的距离为：齿槽宽度/(N-1)，N为段数。

7.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述永磁体的两个弧面所在圆为偏心圆，半径相等。

8.根据权利要求7所述的永磁电机，其特征在于：所述永磁体的两个弧面弧长相等。

9.根据权利要求3所述的永磁电机，其特征在于：所述定子的靴尖厚度在0.2～0.3mm之间。

10.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于：所述槽口的宽度在3mm～5mm之间。

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