[发明专利]一种内置式永磁同步电机的转子结构及设计方法

说明书

本发明提供一种内置式永磁同步电机的转子结构及设计方法，属于永磁电机技术领域。所述转子结构的转轴穿过转子铁心的中心孔并与转子铁心固接；转子铁心均匀分割成偶数个极，每个极内设有V形磁障，V型磁障中间设有“一”字型磁障，V形磁障两侧、“一”字型磁障中心设有永磁体槽，永磁体槽内置永磁体块。每个极内的V形磁障构成的外圆的圆心为O，O点同时为转轴圆心，每极转子铁心外圆由五段弧构成，每段弧的中心点与O的距离由中间弧向两侧弧等量递减。本发明解决了现有内置式永磁同步电机在运行过程中转矩脉动较大、反电势较高的难题，同时降低气隙磁密的谐波含量，提高电机控制精度，从而实现电机的平稳、高效运行，更好的应用于电动汽车驱动系统。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，涉及一种内置式永磁同步电机的转子结构及设计方法。

背景技术

近年来，永磁同步电机以其功率密度高、效率高、重量轻、体积小、结构简单、调速范围宽等优良性能，在工业传动系统、电动汽车等领域中得到了广泛的应用，逐渐成为主流驱动电机之一。

永磁同步电机分为内置式永磁同步电机和表贴式永磁同步电机。内置式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，使得电机的动态性能较表贴式转子结构有所改善，制造工艺也较简单。在电动汽车领域，大多使用内置式永磁同步电机。

内置式永磁同步电机的转子结构中，V型结构是应用非常广泛的，但是此结构输出转矩偏小，在一些对最大输出转矩有要求的场合，需要采用“V+一”型转子结构，但是输出转矩得到提高的同时，转矩脉动较大和反电势较高是“V+一”型转子结构的主要缺点，在应用于某些高性能系统如电动汽车驱动系统时，难以满足系统平稳运行的要求，成为限制其应用和发展的一个技术难题。因此需要发明一种有效抑制“V+一”型转子结构永磁同步电机的转矩脉动及降低其反电势的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种内置式永磁同步电机的转子结构及设计方法，以解决现有内置式永磁同步电机在运行过程中转矩脉动较大、反电势较高的难题，同时降低气隙磁密的谐波含量，提高电机控制精度，从而实现电机的平稳、高效运行，更好的应用于电动汽车驱动系统。

本发明的技术方案：

一种内置式永磁同步电机的转子结构，包括转轴、转子铁心和永磁体块，所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心均匀分割成偶数个极，每个极内设有V形磁障，V型磁障中间设有“一”字型磁障，V形磁障两侧设有对称永磁体槽，“一”字型磁障中心设有永磁体槽，永磁体槽内置永磁体块；每个极内的V形磁障构成的外圆的圆心为O，O点同时为转轴圆心，每极转子铁心外圆由五段弧构成，每段弧的中心点与O的距离由中间弧向两侧弧等量递减。

一种内置式永磁同步电机的转子结构的设计方法，步骤如下：

转子铁心上的分段不等半径圆弧可以使气隙不均匀，从而使气隙磁密更接近正弦波形，减少谐波含量，有效抑制电机的转矩脉动，并适当减小反电势。

第一步：转子结构的每个极首先按圆心角均分为五部分，每一部分的中点与圆心O的距离从中间向两侧等量递减，并且两边对称，中心部分第一阶梯的中点与O的距离为R₁，由于等量递减，则由内向外第二阶梯中点与O的距离R₂表示为：

由内向外第三阶梯中点与O的距离R₃表示为：

式中：h为第一阶梯中点距O的距离与第三阶梯中点距O的距离的差值；

在选取最外侧阶梯中点距O的距离时，需确保电机磁桥宽度能够满足强度要求。