CN107634633A - 分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法及应用，确定电机未开辅助槽时的最低阶电磁力的阶数，结合电机最低阶电磁力的目标阶数，计算每个定子齿的内表面的定子辅助槽数量，每个定子齿的内表面上沿圆周方向分布有相同数量的辅助槽。本发明通过在定子齿的内表面开辅助槽，并合理选择辅助槽的槽口宽、槽深，可以提高电机最低阶电磁力的阶数，能够有效降低该类电机的电磁振动噪声，有利于该类电机的稳定运行，该方法易于实现、效果显著。

Description

分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法及应用

技术领域

本发明涉及一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法及应用。

背景技术

在全球节能减排的趋势之下，高效节能的永磁电机在越来越多的应用场合逐步替代了传统电励磁电机，提高了能源的利用率。

异步起动永磁同步电动机在结构上可以看作是在传统异步电机的转子铁心内部放置了永磁体，与传统异步电机相比，该类电机具有高效率、高功率因数及宽经济运行范围等突出优点，具有在多种应用场合替代异步电机的潜力。

但是，与其他类型的永磁电机相似，异步起动永磁同步电动机的永磁磁动势沿圆周的分布近似为矩形，含有大量的谐波成分。这将导致电机气隙磁密中含有大量的谐波分量，这些谐波分量作用于定子铁心，将使得异步起动永磁同步电动机的电磁振动水平高于异步电机。因此，如何降低异步起动永磁同步电动机的电磁振动水平是该类电机亟待解决的问题之一。

电磁力的阶数对电机电磁振动的影响较大，较低阶数的电磁力能引起较大的电磁振动。对于分数槽异步起动永磁同步电动机，其最低阶电磁力的阶数通常较小(小于电机极数)，通常会产生较大的电磁振动，对电机的稳定运行产生较大影响。因此，如何提高分数槽异步起动永磁同步电动机的最低阶电磁力的阶数，降低电机的电磁振动水平，可以有效促进异步起动永磁同步电动机的进一步推广应用。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法及应用，本发明通过提高电机最低阶电磁力的阶数，可以有效降低电机的电磁振动水平。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法，确定电机未开辅助槽时的最低阶电磁力的阶数n₀，结合电机最低阶电磁力的目标阶数n₁，计算每个定子齿的内表面的定子辅助槽数量k。

进一步的，每个定子齿的内表面上沿圆周方向分布有相同数量的辅助槽。

进一步的，辅助槽的宽度、深度与原定子槽口的宽度、深度相同，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布。

进一步的，每个定子齿内表面开k个辅助槽，使电机最低阶电磁力的阶数提高到n₁，从而达到抑制电机电磁振动的目的；其中，k与n₁需满足以下关系式

n₁＝GCD[(k+1)Q₁,2p]

其中，GCD[(k+1)Q₁，2p]表示(k+1)Q₁和2p的最大公约数，Q₁为定子齿数，p为电机的极对数，k、n₁均为正整数，且n₀<n₁≤2p。

一种异步起动永磁同步电动机，包括定子和转子，定子铁心的内表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的定子齿，在每个定子齿的内表面上沿圆周方向分布有如上述方法确定的数量的辅助槽，所述辅助槽的槽口宽度、槽深与定子槽口的宽度、深度相同，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布。

进一步的，所述转子包括转子铁心、永磁体和转子笼型绕组，所述转子铁心的外表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的转子齿，所述相邻的转子齿之间形成结构参数相同的转子槽，且每极转子槽数为整数，所述转子槽内放置有转子笼型绕组。

进一步的，所述转子铁心内部分布有多个永磁体槽，且每个永磁体槽内放置有一个或多个永磁体。

进一步的，所述定子铁心的内表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的定子齿，所述相邻的定子齿之间形成结构参数相同的定子槽，且每极定子槽数为分数，所述定子槽内放置有定子绕组。

本发明的工作原理为：在转子每极整数槽、定子每极分数槽的异步起动永磁同步电动机中，最低阶电磁力的阶数为n₀＝GCD(Q₁，2p)，并且n₀<2p。通常，电机的电磁力阶数越低，在该电磁力的作用下，定子铁心产生形变时相邻两个节点之间的距离越远，所引起的振动噪声就越严重。通过在定子齿的内表面开辅助槽，并合理选择辅助槽的槽口宽、槽深，可以改变电机等效的定子每极槽数，从而使得电机最低阶电磁力的阶数由n₀提高到n₁，且n₀<n₁≤2p。这样可以抑制原n₀阶电磁力，有效降低电机的电磁振动噪声。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)通过在定子齿的内表面开辅助槽，并合理选择辅助槽的槽口宽、槽深，可以提高电机最低阶电磁力的阶数，能够有效降低该类电机的电磁振动噪声，有利于该类电机的稳定运行，该方法易于实现、效果显著；

(2)通过合理选择辅助槽的槽口宽、槽深，对电机磁路的影响较小，不会对电机性能产生较大的影响。

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不当限定。

图1为定子齿表面未开辅助槽时异步起动永磁同步电动机的定转子铁心结构示意图；

图2为定子齿表面开1个辅助槽时异步起动永磁同步电动机的定子齿结构示意图；

图3为定子齿表面开2个辅助槽时异步起动永磁同步电动机的定子齿结构示意图；

图4为定子槽数为27、转子槽数为24的6极异步起动永磁同步电动机，定子齿未开辅助槽与开1个辅助槽时，电机定转子相对位置变化过程中定子齿固定位置处3阶电磁力的变化曲线；

其中，1-定子铁心，2-转子铁心，3-定子槽，4-定子齿，5-转子槽，6-转子齿，7-永磁体槽，l₁-定子槽的槽口宽，l₂-定子辅助槽宽，h₁-定子槽的槽口深，h₂-定子辅助槽深。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，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技术领域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。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在异步起动永磁同步电动机的永磁磁动势沿圆周的分布近似为矩形，含有大量的谐波成分。这将导致电机气隙磁密中含有大量的谐波分量，这些谐波分量作用于定子铁心，将使得异步起动永磁同步电动机的电磁振动水平高于异步电机的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种有效抑制分数槽异步起动永磁同步电动机电磁振动的定子辅助槽数选择方法，本方法通过提高电机最低阶电磁力的阶数，可以有效降低电机的电磁振动水平。

一种异步起动永磁同步电动机，包括定子和转子，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述转子包括转子铁心、永磁体和转子笼型绕组。所述转子铁心的外表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的转子齿，所述相邻的转子齿之间形成结构参数相同的转子槽，且每极转子槽数为整数，所述转子槽内放置有转子笼型绕组。所述转子铁心内部分布有多个永磁体槽，且每个永磁体槽内放置有一个或多个永磁体。所述定子铁心的内表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的定子齿，所述相邻的定子齿之间形成结构参数相同的定子槽，且每极定子槽数为分数，所述定子槽内放置有定子绕组。

在每个所述定子齿的内表面上沿圆周方向分布有相同数量的辅助槽，所述辅助槽的槽口宽度、槽深与原定子槽口的宽度、深度相同，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布。辅助槽数的确定包括以下步骤：

(1)未开辅助槽时，电机最低阶电磁力的阶数为n₀＝GCD(Q₁，2p)；其中，GCD(Q₁，2p)表示Q₁和2p的最大公约数，Q₁为定子齿数，p为电机的极对数。

(2)通过在每个定子齿内表面开k个辅助槽，使电机最低阶电磁力的阶数由n₀提高到n₁，从而达到抑制电机电磁振动的目的；其中，k与n₁需满足以下关系式

n₁＝GCD[(k+1)Q₁,2p]

k、n₁均为正整数，且n₀<n₁≤2p。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，当定子齿表面未开辅助槽时，定子齿的内表面光滑。此时由于转子每极槽数为整数、定子每极槽数为分数，当电机正常运行时，作用于定子铁心的沿圆周方向分布的最低阶电磁力的阶数(即各时刻沿圆周方向分布的电磁力的基波周期数)为n₀＝GCD(Q₁，2p)；其中，GCD(Q₁，2p)表示Q₁和2p的最大公约数，Q₁为定子齿数，p为电机的极对数。并且，由于定子每极槽数为分数，因此n₀＜2p。当不同阶数的电磁力作用于定子铁心时，电磁力的阶数越低，该电磁力作用于定子铁心产生形变时相邻两个节点之间的距离越远，所引起的振动噪声就越严重。因此，提高最低阶电磁力的阶数将能有效抑制分数槽异步起动永磁同步电动机的电磁振动。

如图2、图3所示，一种有效抑制分数槽异步起动永磁同步电动机电磁振动的定子辅助槽数选择方法，其特征是：在每个所述定子齿的内表面上沿圆周方向分布有相同数量的辅助槽，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布，所述辅助槽的宽度为l₂、深度为h₂，原定子槽口的宽度为l₁、深度为h₁。为了达到有效改变电机极槽数配合的目的，并且同时不对电机的磁路造成较大的影响，需满足l₂＝l₁、h₂＝h₁。

这样，通过在定子齿表面开辅助槽，可以改变等效的定子槽数。当在每个定子齿内表面开k个辅助槽时，电机最低阶电磁力的阶数由n₀＝GCD(Q₁，2p)提高到n₁＝GCD[(k+1)Q₁,2p]，从而达到抑制电机电磁振动的目的；其中，k、n₁均为正整数，且n₀<n₁≤2p。

如图4所示为定子槽数为27、转子槽数为24的6极异步起动永磁同步电动机，定子齿未开辅助槽与开1个辅助槽时，电机定转子相对位置变化过程中定子齿固定位置处3阶电磁力的变化曲线。对于该电机，定子齿未开辅助槽时，最低阶电磁力的阶数为n₀＝GCD(Q₁，2p)＝3；为了将最低阶电磁力的阶数提高到6阶，可以在每个定子齿内表面开1个辅助槽，即满足n₁＝GCD(2Q₁，2p)＝6。从图4中可以看出，通过开定子辅助槽，作用于定子齿的3阶电磁力得到了有效地削弱，进而可以有效抑制3阶电磁力所引起的电磁振动。

本发明的工作原理为：在转子每极整数槽、定子每极分数槽的异步起动永磁同步电动机中，最低阶电磁力的阶数为n₀＝GCD(Q₁，2p)，并且n₀<2p。通常，电机的电磁力阶数越低，在该电磁力的作用下，定子铁心产生形变时相邻两个节点之间的距离越远，所引起的振动噪声就越严重。通过在定子齿的内表面开辅助槽，并合理选择辅助槽的槽口宽、槽深，可以改变电机等效的定子每极槽数，从而使得电机最低阶电磁力的阶数由n₀提高到n₁，且n₀<n₁≤2p。这样可以抑制原n₀阶电磁力，有效降低电机的电磁振动噪声。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法，其特征是：确定电机未开辅助槽时的最低阶电磁力的阶数n₀，结合电机最低阶电磁力的目标阶数n₁，计算每个定子齿的内表面的定子辅助槽数量k。

2.如权利要求1所述的一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法，其特征是：每个定子齿的内表面上沿圆周方向分布有相同数量的辅助槽。

3.如权利要求1所述的一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法，其特征是：辅助槽的宽度、深度与原定子槽口的宽度、深度相同，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布。

4.如权利要求1所述的一种分数槽异步起动永磁同步电动机的辅助槽设置方法，其特征是：每个定子齿内表面开k个辅助槽，使电机最低阶电磁力的阶数提高到n₁，从而达到抑制电机电磁振动的目的；其中，k与n₁需满足以下关系式

n₁＝GCD[(k+1)Q₁,2p]

其中，GCD[(k+1)Q₁，2p]表示(k+1)Q₁和2p的最大公约数，Q₁为定子齿数，p为电机的极对数，k、n₁均为正整数，且n₀<n₁≤2p。

5.一种异步起动永磁同步电动机，包括定子和转子，其特征是：定子铁心的内表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的定子齿，在每个定子齿的内表面上沿圆周方向分布有如权利要求1-4中任一项所述的方法确定的数量的辅助槽，所述辅助槽的槽口宽度、槽深与定子槽口的宽度、深度相同，所述辅助槽与定子槽在圆周方向上均匀分布。

6.如权利要求5所述的一种异步起动永磁同步电动机，其特征是：所述转子包括转子铁心、永磁体和转子笼型绕组，所述转子铁心的外表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的转子齿，所述相邻的转子齿之间形成结构参数相同的转子槽，且每极转子槽数为整数，所述转子槽内放置有转子笼型绕组。

7.如权利要求5所述的一种异步起动永磁同步电动机，其特征是：所述转子铁心内部分布有多个永磁体槽，且每个永磁体槽内放置有一个或多个永磁体。

8.如权利要求5所述的一种异步起动永磁同步电动机，其特征是：所述定子铁心的内表面沿圆周方向均匀分布有相同结构参数的定子齿，所述相邻的定子齿之间形成结构参数相同的定子槽，且每极定子槽数为分数，所述定子槽内放置有定子绕组。