[发明专利]一种永磁同步电机转子铁心设计方法

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机转子铁心设计方法，其特征在于，包括以下步骤：将转子表面沿圆周方向分隔成若干区域，每个区域与一个极相对应，任意两个极的转子表面形状完全相同，在每个区域的铁心内部设置永磁体槽；忽略永磁同步电机的硅钢片中的磁压降，将转子铁心间气隙的磁导波形等效于磁密波形，忽略定子开槽、转子开槽对气隙磁密造成的影响，则建立电机转子外表面与角度的极坐标方程；对通过上一步的极坐标方程得到的转子表面曲线进行优化。本发明所涉及的永磁电机转子铁心设计方法能有效降低电机气隙磁密的谐波含量，降低电机杂散损耗，提高电机效率，降低电机的振动和噪声。

技术领域

本发明涉及一种降低内转子内嵌式永磁同步电机气隙磁密谐波含量的转子铁心设计方法，属于永磁同步电机技术领域。

背景技术

永磁同步电机是一种高效率正弦交流电机，具有体积小、效率高、功率因数高的特点，被广泛应用于纺织、石油、运输等行业。

现有的永磁同步电机通常采用圆形转子冲片叠压成转子铁心，然后通过车床加工出定转子铁心间的气隙，由于车床加工的局限性，这种电机的转子外表面为圆形，定转子气隙为均匀气隙。在永磁同步电机的运行过程中，转子转速与同步转速相同，即转子磁场和转子结构保持同步，故考虑通过改善每一极对应的铁心形状来调整电机的气隙磁密。在电机磁路中，如不考虑永磁体磁源部分，则气隙和铁心串联构成电机的磁路闭环。在磁通回路中，铁心的磁密值相对固定，不宜调整，而磁路中气隙的磁阻最大且调整灵活度高，一般通过调整气隙值的分布来优化电机的磁密分布。

为了提高气隙磁密的正弦性，将转子每个磁极表面设计成非整圆结构，在这方面许多学者都做了多种设计尝试：在发明专利“一种内嵌式正弦型面永磁电机转子”(专利号：CN102857000A)中采用了偏心圆的设计方案，偏心圆设计是一种较为常见的设计方法，用于近似等效正弦磁密；在实用新型“一种正弦波电流自起动三相稀土永磁同步电动机”(专利号：CN201478968U)中，对转子表面进行了分段设计，这种设计方法通过弧线和直线的组合来近似等效不均匀正弦气隙；在发明专利“电机和具有该电机的压缩机”(专利号：CN103516165A)中，采用了阶梯形转子铁心表面设计方式，以达到提高电机正弦度的目的；在发明专利“转子理想正弦波气隙磁场永磁同步电机”中，描述的方法为理想状态下的气隙曲线，针对气隙宽度进行了研究，但未涉及铁心磁通饱和状况。这些专利中采用了不同形状的转子表面来等效得到磁密的正弦分布，均为近似设计方法，计算模型不够准确，且部分方法选择参数的种类多，每个参数取值范围较大，不利于参数选择和设计。

作为用电量最大的动力设备，电机的智能制造迫在眉睫。优化转子表面形状作为一种最有效提升永磁同步电机性能的方法，急需一种计算准确、设计简便、能够公式化的设计方法，以便在电机生命周期管理(PLM)中缩短开发周期，提升产品质量，加快电机产品的智能制造进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种较为精确正弦磁密分布、设计简便且能够公式化的转子铁心设计方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种永磁同步电机转子铁心设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将转子表面沿圆周方向分隔成若干区域，每个区域与一个极相对应，任意两个极的转子表面形状完全相同，在每个区域的铁心内部设置永磁体槽；