[发明专利]一种表贴式永磁同步电机及设计方法

权利要求书

1.一种表贴式永磁同步电机，其特征在于，包含定子(1)，转子(2)，定子(1)和转子(2)之间具有气隙；定子(1)沿圆周均匀开槽形成定子槽(12)和定子齿(13)，定子槽(12)内放置有电枢绕组(14)，转子(2)由三部分组成，为转子铁芯(21)、永磁体(22)和合金护套；合金护套为笼型结构，由两端的端部圆环(24)以及中间均匀布置的若干导条(23)组成，导条(23)与端部圆环(24)连接为一个整体，同时留下槽口(25)用来放置永磁体(22)；槽口(25)与永磁体(22)的形状与大小一致，永磁体(22)可从合金护套内侧装配。

2.根据权利要求1所述一种表贴式永磁同步电机，其特征是：电枢绕组(14)绕制在定子齿(13)上，电机定子齿(13)采用平行齿结构，电枢绕组(14)采用双层分数槽集中绕组的方式。

3.根据权利要求1所述一种表贴式永磁同步电机，其特征是：转子(2)的合金护套和永磁体(22)为梯形台形状，永磁体(22)从合金护套内侧安装，二者紧密接触，合金护套为永磁体(22)提供足够的支撑力。

4.一种表贴式永磁同步电机的设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

步骤1，确定表贴式永磁同步电机的基本结构参数，包括电机尺寸，极槽配合，结构材料，并优化定子槽口Bs0、槽宽Bs1和槽深Hs2的大小，使用有限元计算的方法使电机满足较好的电磁与机械性能；

步骤2，确定电机转子永磁体(22)的极弧系数和削角角度α，以此来控制永磁体的形状，得出永磁体(22)最佳的极弧系数和削角角度α的组合，具体的优化策略为使电机的削角角度α从0°开始每隔1°递增，削角角度α逐渐增大的同时，t1、t2的数值随之分别呈现出递增和递减的结果，t1、t2分别为合金护套导条外表面切向宽度和永磁体外表面切向宽度；

步骤3，根据永磁体(22)优化后得出的极弧系数和削角角度α的形状，将每两块相邻永磁体(22)之间的空隙使用金属导条(23)填满，并将所有导条(23)两端端部使用圆环(24)将其连接为一个整体；要求永磁体(22)和合金护套紧密贴合，在电机在一定转速运行时，合金护套为永磁体(22)提供足够的支撑力，避免永磁体(22)受离心力的作用而损坏；

步骤4，电机转子合金护套与永磁体(22)紧密配合并安装于转轴上，所设计合金护套为内嵌式，而电机的气隙磁密与气隙长度成反比，较大的气隙长度不利于电机磁密的提升，电机磁密可以表示为下式：

Bδ=FδΛKδ=Fδμ0Kδl]]>

式中，F_δ为气隙磁动势，Λ为气隙磁导，K_δ为气隙系数，μ₀为气隙磁导率；

步骤5，表贴式永磁电机强度分析可使用材料力学中旋转圆盘和厚壁圆筒理论建立机械稳定方程，为保证护套和永磁体(22)的安全可靠，护套和永磁体(22)所受的最大拉力要小于材料的许用应力，护套和永磁体σ_Sleeve所受拉力σ_PM、σ_Sleeve表示为：

σ_PM＝σ_p+σ_t1-σ_c1＜[σ₁]

σ_Sleeve＝σ_p+σ_c2＜[σ₂]

[σi]=σsin,i=1,2]]>

式中，σ_p为永磁体和护套之前的装配应力，由护套过盈装配所致；σ_t1为永磁体与转子铁芯的拉力，由二者之间的粘合剂所产生；σ_c1、σ_c2分别为永磁体和护套受到的离心拉力，由转子转动所致；[σ_i]为材料的许用应力，σ_si为材料的抗拉强度，n为材料安全系数；新型内嵌式合金护套需要使用有限元计算的方法来对护套强度进行分析校验；

步骤6，永磁体(22)在高温作用下会产生不可逆退磁，为避免永磁体在运行状态下失磁，需要对转子永磁体的涡流损耗进行控制；

步骤7，电机的定转子设计完成后，需要对电机的各方面性能进行进一步校验，验证电机是否满足设计要求，如果不满足，需要检查电机参数并返回到步骤2、3、4、5、6重新进行设计。