磁极偏移单对称轴电机转子结构的制作方法

1.本实用新型涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种磁极偏移单对称轴电机转子结构。

背景技术：

2.永磁同步电机的转子是永磁体且可以产生磁场，定子由线圈绕组构成，通过变化的电流也可以产生磁场，进而磁场与磁场的作用可以使转子获得动能。转子通常包括铁芯以及固定于铁芯周侧的永磁体，转子产生的磁场是由固定在铁芯周侧且规律分布的永磁体产生，定子围设在转子的周侧，转子可转动地设置在定子内。
3.为提高永磁体的利用效率，且使电机的结构紧凑，永磁体与定子间的间隙较小，永磁体和定子之间相互作用产生齿槽转矩。
4.国内传统永磁同步电机较高的转矩脉动制约了它在高进度场合的应用，由于转矩脉动不仅是关乎于齿槽转矩，还与电机的反电动势有关。正弦波控制的永磁同步电机其反电动势越正弦，所输出的转矩脉动也越趋近与常数。而现有的永磁体不对称偏移的结构只能减小齿槽转矩，对反电动势的影响很小。最终的转矩脉动依然偏大，无法达到国际伺服控制的精度要求。
5.目前，对于转矩脉动的研究抑制，国内外有许多方法，如优化极弧系数、转子表面开槽优化气隙磁密、无齿槽、定子齿部开槽等。这些结构都有着无法同时减小齿槽转矩优化气隙磁密的缺点，除非几种方法同时使用，如此会减小电机的输出转矩。如何保持转矩密度尽量下降最低，且转矩脉动最小是需要研究的主要方向。
6.其次，对于磁极偏移的方法，现有技术全部都只偏重在齿槽转矩的削弱。而在目前广泛应用的表贴式或内置式永磁同步电机中，转矩脉动的来源不仅仅是齿槽转矩，因为是正弦波控制电机还与电机的反电动势的正弦性有关。且关系远大于齿槽转矩。在此基础上，同时削弱齿槽转矩正弦化反电动势是需要重视的研究方向。

技术实现要素：

7.本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种磁极偏移单对称轴电机转子结构，同时削弱齿槽转矩与反电动势谐波，减小平均转矩的损失，并能减小电机的转矩脉动，通过谐波的削弱减小电机的振动噪声。
8.为实现上述目的，本实用新型所设计的磁极偏移单对称轴电机转子结构，包括铁芯和设在所述铁芯上的磁钢，所述铁芯内部设有转轴孔，所述磁钢围绕所述转轴孔同圆周间隔分布，所述磁钢的数量为4p，p为正整数，以所述转轴孔的圆心为原点，设相邻两个所述磁钢之间的位移角度为偏移角度，所述偏移角度的数量为4p，按顺时针方向，第二个所述磁钢与第一个所述磁钢形成第一个偏移角度，第三个所述磁钢与第二个所述磁钢形成第二个偏移角度，以此类推，第4p个所述磁钢与第(4p-1)个所述磁钢形成第(4p-1)个偏移角度，第一个所述磁钢与第4p个所述磁钢形成第4p个偏移角度，其中，设第一个偏移角度至第3p个
偏移角度为α，第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为β，α＜β。
9.优选地，所述铁芯上开设有磁钢槽，所述磁钢槽围绕所述转轴孔同圆周间隔分布，所述磁钢固定在所述磁钢槽内。
10.优选地，所述磁钢包括两根磁钢单体，所述磁钢单体为长条状，两根所述磁钢单体之间形成夹角。
11.优选地，第一个偏移角度至第3p个偏移角度第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为为偏移基准角度，q为定子上定子槽的数量，q＝24p。
12.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
13.1、在削弱齿槽转矩的同时还能正弦化反电动势，对于正弦波控制的永磁同步电机来说反电动势越正弦，转矩脉动越小，振动噪声越小；
14.2、磁极偏移方法简单，角度计算容易，加工方便，单对称轴动平衡校准相对容易，电机输出转矩下降极小，电机其他性能提升明显；
15.3、在保证削弱齿槽转矩的同时，极大正弦化电机的反电动势，使电机稳态运行时转矩脉动小于1.5％。在保证电机输出转矩的情况下，能够尽量减少谐波实现最优的效果；
16.4、通过把电机分为4等份，前3份采用一种角度，后1份采用第二种角度，对于可以分为4等分的电机均有效果，通用性强。
附图说明
17.图1为本实用新型磁极偏移单对称轴电机转子结构的结构示意图；
18.图2为本实用新型磁极偏移单对称轴电机转子结构安装在定子上的结构示意图；
19.图3为本实施例与等偏移角度相比的输出转矩比较图；
20.图4为本实施例与等偏移角度相比的反电动势比较图；
21.图5为本实施例与等偏移角度相比的反电动势谐波分析图；
22.图6为本实施例与等偏移角度相比的齿槽转矩比较图；
23.图中各部件标号如下：
24.铁芯1、磁钢2、转轴孔3、磁钢槽4、磁钢单体5、定子6、容纳腔7、定子槽8。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.如图1所示，一种磁极偏移单对称轴电机转子结构，包括铁芯1和设在铁芯1上的磁钢2，铁芯1内部设有转轴孔3，磁钢2围绕转轴孔3同圆周间隔分布，磁钢2的数量为4p，p为正整数，以转轴孔3的圆心为原点，设相邻两个磁钢2之间的位移角度为偏移角度，偏移角度的数量为4p，按顺时针方向，依次布置有第一个磁钢2、第二个磁钢2、第三个磁钢2、
…
第3p个
磁钢2、第(3p+1)个磁钢2、
…
第(4p-1)个磁钢2和第4p个磁钢2，第二个磁钢2与第一个磁钢2形成第一个偏移角度，第三个磁钢2与第二个磁钢2形成第二个偏移角度，依次类推，第(3p+1)个磁钢2与第3p个磁钢2形成第3p个偏移角度，
…
，第4p个磁钢2与第(4p-1)个磁钢2形成第(4p-1)个偏移角度，第一个磁钢2与第4p个磁钢2形成第4p个偏移角度，其中，设第一个偏移角度至第3p个偏移角度为α，第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为β，α＜β。
27.本实施例中，第一个偏移角度至第3p个偏移角度第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为为偏移基准角度，q为定子7上定子槽8的数量，q＝24p。
28.即，在制作本转子结构时，先在铁芯1上安装好第一个磁钢2，然后以α的偏移角度依次安装第二个至第(3p+1)个磁钢2，再以β的偏移角度依次安装第(3p+2)个至第4p个磁钢2，此时第4p个磁钢2和第一个磁钢2之间的偏移角度也正好为β。
29.在上述过程中，若第二个磁钢2与第一个磁钢2发生干涉，则减小磁钢2的最初极弧系数，避免干涉发生，若未发生干涉，在空间允许的情况下可适当增加磁钢2的最初极弧系数。
30.最后，本实施例中，铁芯1上开设有磁钢槽4，磁钢槽4围绕转轴孔3同圆周间隔分布，磁钢2固定在磁钢槽4内。
31.在某些实施例中，磁钢2可以包括两根磁钢单体5，磁钢单体5为长条状，两根磁钢单体5之间形成夹角，可以通过调整夹角的大小，避免磁钢2之间的干涉。
32.本实用新型中，定子槽8的数量q＝24p，配合的极槽配合为4极24槽、8极48槽、12极72槽等，下面以8极48槽为例，此时p＝2，对偏移角度进行计算，偏移基准角度q＝24p＝48，γ＝3.75
°
，则第一个偏移角度至第6个偏移角度第7个偏移角度至第8个偏移角度为
33.即，在制作本实施例中的转子结构时，先在铁芯1上安装好第一个磁钢2，然后以41.25
°
的偏移角度依次安装第二个、第三个、第四个、第五个、第六个和第七个磁钢2，再以56.25
°
的偏移角度安装第八个磁钢2，此时第八个磁钢2和第一个磁钢2之间的偏移角度也正好为56.25
°
。
34.如图2所示，将8极48槽的本实施例安装在定子6中，定子6包括容纳腔7，转子结构可转动地设置在容纳腔7内，通过使转子结构中的磁钢2产生的磁场与定子6中产生的磁场相互作用，使转子结构获得动能，在定子6内转动。
35.相对于等偏移角度的转子而言，如图3所示，本实施例电机输出的转矩趋向于平稳，如图4所示，本实施例中的电机输出的反电动势的波形更加与正弦曲线一致，如图5所示，本实施例中的不同阶次的反电动势谐波也在减小，进而在确保反电动势谐波减小的情况下，保证电机的转矩的输出，如图6所示，本实施例中电机的齿槽转矩减小且趋向于稳定。
36.整体而言，电机转动过程中，瞬时输出力矩随时间不断变化，围绕某一平均值上下变动，即为转矩脉动。电机输出的转矩越不平稳，转矩脉动越大，且电机与负载连接，导致电
机振动较大，以使电机能耗增加，本实施例可减小转子结构物在定子中转动产生的齿槽转矩，使电机输出较为平稳的转矩，降低电机的转速波动，减小由于电机转速波动产生的电机振动以及噪音，进而提高的电机的适用性；另外，在减小齿槽转矩的同时还能使反电动势的波形更加与正弦曲线一致，且对于与交流电(交流电的波形为正弦波)连接的永磁同步电机来说，反电动势的波形越与正弦曲线一致，转矩脉动越小，振动噪声也就越小。
37.本技术可以极大的降低齿槽转矩、削弱反电动势谐波、降低转矩脉动，具体指出了偏移角度的计算与对称轴的选取。另外，表贴式和内置式永磁电机中，定子槽8配合与8极48槽为倍数关系的同样适用。
38.本实用新型磁极偏移单对称轴电机转子结构及其偏移角度计算方法，在削弱齿槽转矩的同时还能正弦化反电动势，对于正弦波控制的永磁同步电机来说反电动势越正弦，转矩脉动越小，振动噪声越小；磁极偏移方法简单，角度计算容易，加工方便，单对称轴动平衡校准相对容易，电机输出转矩下降极小，电机其他性能提升明显；在保证削弱齿槽转矩的同时，极大正弦化电机的反电动势，使电机稳态运行时转矩脉动小于1.5％。在保证电机输出转矩的情况下，能够尽量减少谐波实现最优的效果；通过把电机分为4等份，前3份采用一种角度，后1份采用第二种角度，对于可以分为4等分的电机均有效果，通用性强。
39.在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本实用新型公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本实用新型的技术方案仅由权利要求的范围限定。
40.用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在上述描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
41.最后，应当指出，以上内容是结合具体实施方式对实用新型所做的进一步详细说明，不能认为本实用新型的具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，所做出的简单替换，都应当视为属于本本实用新型的保护范围。以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种磁极偏移单对称轴电机转子结构，包括铁芯(1)和设在所述铁芯(1)上的磁钢(2)，所述铁芯(1)内部设有转轴孔(3)，所述磁钢(2)围绕所述转轴孔(3)同圆周间隔分布，其特征在于：所述磁钢(2)的数量为4p，p为正整数，以所述转轴孔(3)的圆心为原点，设相邻两个所述磁钢(2)之间的位移角度为偏移角度，所述偏移角度的数量为4p，按顺时针方向，第二个所述磁钢(2)与第一个所述磁钢(2)形成第一个偏移角度，第三个所述磁钢(2)与第二个所述磁钢(2)形成第二个偏移角度，以此类推，第4p个所述磁钢(2)与第(4p-1)个所述磁钢(2)形成第(4p-1)个偏移角度，第一个所述磁钢(2)与第4p个所述磁钢(2)形成第4p个偏移角度，其中，设第一个偏移角度至第3p个偏移角度为α，第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为β，α＜β。2.如权利要求1所述磁极偏移单对称轴电机转子结构，其特征在于：所述铁芯(1)上开设有磁钢槽(4)，所述磁钢槽(4)围绕所述转轴孔(3)同圆周间隔分布，所述磁钢(2)固定在所述磁钢槽(4)内。3.如权利要求1所述磁极偏移单对称轴电机转子结构，其特征在于：所述磁钢(2)包括两根磁钢单体(5)，所述磁钢单体(5)为长条状，两根所述磁钢单体(5)之间形成夹角。4.如权利要求1所述磁极偏移单对称轴电机转子结构，其特征在于：第一个偏移角度至第3p个偏移角度第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为为偏移基准角度，q为定子(7)上定子槽(8)的数量，q＝24p。

技术总结

本实用新型涉及永磁同步电机技术领域，公开了一种磁极偏移单对称轴电机转子结构，包括铁芯和设在铁芯上的磁钢，铁芯内部设有转轴孔，磁钢围绕转轴孔同圆周间隔分布，磁钢的数量为4p，以转轴孔的圆心为原点，设相邻两个磁钢之间的位移角度为偏移角度，按顺时针方向，设第一个偏移角度至第3p个偏移角度为α，第(3p+1)个偏移角度至第4p个偏移角度为β，α＜β。本实用新型还公开了一种磁极偏移单对称轴电机转子结构的偏移角度计算方法。本实用新型磁极偏移单对称轴电机转子结构及其偏移角度计算方法，同时削弱齿槽转矩与反电动势谐波，减小平均转矩的损失，并能减小电机的转矩脉动，通过谐波的削弱减小电机的振动噪声。通过谐波的削弱减小电机的振动噪声。通过谐波的削弱减小电机的振动噪声。