CN109831049A

CN109831049A - 一种非均匀气隙内置v字形式永磁电机转子结构

Info

Publication number: CN109831049A
Application number: CN201910066673.XA
Authority: CN
Inventors: 徐磊; 华亦峰; 朱孝勇; 张超; 段璐瑶
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: CN109831049B

Abstract

本发明公开了一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，转子外圆由两个凸极结构构成，分别为大凸极结构(1)和小凸极结构(3)；所述大凸极结构和小凸极结构通过连接圆弧(2)连接；若干个大凸极结构、小凸极结构及圆弧构成转子外圆。所述大凸极结构下设置有V字型槽，所述V字型顶端设置有弯钩隔磁槽，相邻所述V字型槽之间设置有加强筋。本发明与现有内置V形永磁体电机相比，增加了凸极率，充分利用了磁阻转矩，减少了漏磁，提高了永磁体的利用率；改善了电机气隙磁通密度谐波，降低了齿槽转矩和转矩脉动，有效的降低了铁心损耗和涡流损耗，提高了电机的效率和功率密度。

Description

一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构

技术领域

本发明涉及一种永磁电机转子结构，尤其是一种转子内置“V”字形永磁体的非均匀气隙永磁电机，适用于压缩机、空调、电动工具和电动汽车等应用场合，属于电机技术领域。

背景技术

随着永磁材料技术的发展，永磁电机在人类生产和生活的各个领域中的应用越来越广泛。由于高效率、高功率密、高可靠性等显著特点，且结构设计多种多样，永磁电机得到了长足的发展，而对永磁电机结构的优化设计，能够最大限度的提高其性能和效率。

内置V型永磁体电机是一种常见的内置式永磁电机，由于永磁体被嵌入转子，永磁体被铁磁材料包围，容易导致磁极间漏磁，当电机旋转时造成气隙波形畸变，其径向分量会造成定子与转子间的振动，并导致电机固有性能的下降。常用的方法是通过转子磁路优化、极槽配合优化、永磁体结构优化等方法实现电机性能的优化和提升；非均匀气隙是一种电机优化设计方法，通过非均匀气隙的设置能够使得畸变的气隙磁场谐波得到抑制和抵消，同时增加凸极比，使得电机能够充分利用磁阻转矩。然而，非均匀气隙的设计往往会导致永磁磁通下降，永磁利用率低，而且不合理的凸极设计往往会导致齿槽转矩的增加和转矩脉动的增加，进而增加振动和运行噪音。因此，合理的设计转子磁路结构、转子气隙形状，对提高电机效率及电机动态性能具有重要的理论意义和经济价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，采用该结构可以提高磁阻转矩和永磁材料利用率，降低转矩脉动，减少铁心损耗和涡流损耗，实现电机高效率、低噪音及低转矩脉动运行，提高电机的工作性能。

技术方案：本发明所采用的技术方案是通过设置转子外圆非均匀结构和内置永磁体槽型，进而改善磁路路径，优化电机气隙磁密波形，有效降低电机铁心损耗、涡流损耗及绕组铜耗。本发明的一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，具有以下特征：转子外圆由两个凸极结构构成，分别为大凸极结构(1)和小凸极结构(3)；所述大凸极结构和小凸极结构通过连接圆弧(2)连接；若干个大凸极结构、小凸极结构及圆弧构成转子外圆。所述大凸极结构下设置有V字型槽；

所述大凸极结构由三段圆弧：圆弧1(1-1)、圆弧2(1-3)及圆弧3(1-2)构成，圆弧2(1-3)位于中间，圆弧1(1-1)及圆弧3(1-2)位于两端。所述圆弧1(1-1)和圆弧2(1-3)的半径均为R3，圆心角度均为a3，其圆心分别为O3-1和O3-2；所述圆心O3-1和O3-2在以圆心O1，半径为R4的圆弧线上，其圆心角为a4；所述圆弧3(1-2)的半径为R2，其圆心角度为a2，圆心为O2；所述圆心O2和O1在以O为圆心，半径为R5的圆弧上，O2和O1之间的圆心角度为a5；

所述小凸极结构(3)以O4为圆心，半径为R1，圆心角为a1的圆弧；圆心O4与圆心O在一条直线上，距离为L1＝(0.8～0.9)(R5+R2)；

所述连接圆弧(2)圆心为O，半径为R6，圆心角为a6；

所述大凸极结构数量为p，

且有a5＝360°/p-[a1R1/((L1+R1cos(a1/2))²+(R1sin(a1/2))²)^1/2]-a6，

且有R1＝(0.7～0.8)R3，R4＝(0.8～0.9)R2，R6＝(0.9～0.98)(R4+R5)；

a2、a3、a4的取值根据实际需要进行调整。

所述V字型槽中设置有永磁体，所述V字型槽顶部设置有弯钩型隔磁槽，所述弯钩槽与放置永磁体槽的角度为a7；相邻的V字型槽之间形成加强筋；所述V字型槽底部与圆心的距离为L2，且有L2＝(1.2～2)R5；所述V字型槽顶部与小凸极结构之间的距离为L3＝(0.5～1)L2。

本发明的非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：

1)采用大小凸极结构，增加了电机的凸极效应，充分利用磁阻力，提高了电机的效率和功率密度。

2)采用分段式圆弧构成的大凸极结构和平底V字型槽结构，改善了电机磁通路径和磁通谐波，优化了气隙磁通密度波形正弦度，降低了齿槽转矩和转矩脉动，有效的降低了转子涡流损耗和铁耗。

3)采用弯钩型隔磁槽，减少了漏磁，配合小凸极结构，提高了永磁利用率，降低了定子涡流损耗和铁耗，提高了电机效率。

附图说明

图1为转子外圆结构和永磁体槽型结构图。

图2为大凸极圆弧结构图。

图3为小凸极结构图。

图4为实施例结构图

图中：1为大凸极结构，1-1为圆弧1，1-3为圆弧2，1-2为圆弧3，2为连接圆弧，3为小凸极结构，4为V型槽，5为弯钩隔磁槽，6为加强筋。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述：

本发明涉及一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，具有以下特征：转子外圆由两个凸极结构构成，分别为大凸极结构(1)和小凸极结构(3)；所述大凸极结构和小凸极结构通过连接圆弧(2)连接；若干个大凸极结构、小凸极结构及圆弧构成转子外圆。所述大凸极结构下设置有V字型槽(如图4所示)；

如图1-2所示，所述大凸极结构由三段圆弧：圆弧1(1-1)、圆弧2(1-3)及圆弧3(1-2)构成，圆弧2(1-3)位于中间，圆弧1(1-1)及圆弧3(1-2)位于两端。所述圆弧1(1-1)和圆弧2(1-3)的半径均为R3，圆心角度均为a3，其圆心分别为O3-1和O3-2；所述圆心O3-1和O3-2在以圆心O1，半径为R4的圆弧线上，其圆心角为a4；所述圆弧3(1-2)的半径为R2，其圆心角度为a2，圆心为O2；所述圆心O2和O1在以O为圆心，半径为R5的圆弧上，O2和O1之间的圆心角度为a5；

如图3所示，所述小凸极结构(3)以O4为圆心，半径为R1，圆心角为a1的圆弧；圆心O4与圆心O在一条直线上，距离为L1＝(0.8～0.9)(R5+R2)；

所述连接圆弧(2)圆心为O，半径为R6，圆心角为a6；

所述大凸极结构数量为p，

且有a5＝360°/p-[a1R1/((L1+R1cos(a1/2))²+(R1sin(a1/2))²)^1/2]-a6；

且有R1＝(0.7～0.8)R3，R4＝(0.8～0.9)R2，R6＝(0.9～0.98)(R4+R5)；

a2、a3、a4的取值根据实际需要进行调整。

所述V字型槽中设置有永磁体，所述V字型槽顶部设置有弯钩型隔磁槽，所述弯钩槽与放置永磁体槽的角度为a7；相邻的V字型槽之间形成加强筋；所述V字型槽底部与圆心的距离为L2，且有L2＝(1.2～2)R5，所述V字型槽顶部与小凸极结构之间的距离为L3＝(0.5～1)L2。

下面通过一个具体的例子来说明：

本发明的一个实施例如图1-4所示，该实施例为8极12槽结构，R3＝3.5mm，a3＝98°，R4＝15.6mm，a4＝15°；R2＝17.6mm，a2＝18°；R5＝10.4mm，a5＝29.8°；L1＝23.8mm，R6＝25mm，a6＝2°，a1＝123°，R1＝2.7mm。

所诉平底“V”字形槽，“V”字形平底到转子圆心的距离14.7mm。所述加强筋宽度1.5mm。所述弯钩角度a7＝76°。所述V字型顶部与小凸极结构距离L3＝0.5mm。

采用该结构转子可以获得较小的3次谐波气隙磁通密度和较低的转矩转矩脉动，采用该结构的电机输出转矩比相同尺寸的均匀气隙电机提高15％，效率提高2％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构，其特征在于：转子外圆由两个凸极结构交叉分布构成，分别为大凸极结构(1)和小凸极结构(3)；所述大凸极结构和小凸极结构通过连接圆弧(2)连接；若干个大凸极结构、小凸极结构及圆弧构成转子外圆；所述大凸极结构下设置有V字型槽。

2.根据权利要求1所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述大凸极结构由三段圆弧：圆弧1(1-1)、圆弧2(1-3)及圆弧3(1-2)构成，圆弧2(1-3)位于中间，圆弧1(1-1)及圆弧3(1-2)位于两端。

3.根据权利要求2所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述圆弧1(1-1)和圆弧2(1-3)的半径均为R3，圆心角度均为a3，其圆心分别为圆心O3-1和圆心O3-2；所述圆心O3-1和圆心O3-2在以圆心O1，半径为R4的圆弧线上，圆心O3-1和圆心O3-2圆心角为a4；

所述圆弧3(1-2)的半径为R2，其圆心角度为a2，圆心为O2；所述圆心O2和O1在以O为圆心，半径为R5的圆弧上，O2和O1之间的圆心角度为a5。

4.根据权利要求2所述的永磁电机转子结构，其特征在于：当非均匀气隙内置V字形式永磁电机转子结构为8极12槽结构时，R3＝3.5mm，a3＝98°，R4＝15.6mm，a4＝15°；R2＝17.6mm，a2＝18°；R5＝10.4mm，a5＝29.8°。

5.根据权利要求3所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述小凸极结构(3)以O4为圆心，半径为R1，圆心角为a1的圆弧；圆心O4与圆心O在一条直线上，距离为L1＝(0.8～0.9)(R5+R2)；所述连接圆弧(2)圆心为O，半径为R6，圆心角为a6。

6.根据权利要求5所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述大凸极结构数量为p，且有a5＝360°/p-[a1R1/((L1+R1cos(a1/2))²+(R1sin(a1/2))²)1/2]-a6，R1＝(0.7～0.8)R3，R4＝(0.8～0.9)R2，R6＝(0.9～0.98)(R4+R5)；a2、a3、a4的取值根据实际需要进行调整。

7.根据权利要求1所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述V字型槽中设置有永磁体，所述V字型槽顶部设置有弯钩型隔磁槽，相邻的V字型槽之间形成加强筋。

8.根据权利要求7所述的永磁电机转子结构，其特征在于：所述弯钩槽与放置永磁体槽的角度为a7；所述V字型槽底部与圆心的距离为L2，且有L2＝(1.2～2)R5；所述V字型槽顶部与小凸极结构之间的距离为L3＝(0.5～1)L2。