[实用新型]采用不等厚磁钢的永磁电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及永磁电机技术领域，具体地说，涉及一种采用不等厚磁钢的永磁电机。

背景技术

在高性能的伺服驱动和机器人应用中，由于永磁无刷直流电机具有巨大的优点，因而它正在越来越多地替代传统的有刷直流电机。然而，在要求平滑运行的场合，特别是在低速情况下，转矩波动是一个十分令人头痛的问题。一般来说，在永磁电动机中，转矩波动常常成为引起振动、噪声和提高控制精度困难的基本原因。转矩波动的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和在位置控制系统中的高精度定位。因而在无刷直流电机的研究和应用过程中，转矩波动的抑制这一课题正在引起众多研究和使用人员的广泛关注。导致转矩波动的因素较多，主要有电机的齿槽转矩影响和电机反电动势波形和定子电流波形非正弦化，导致其相互作用时产生电磁转矩波动。

齿槽转矩是永磁式电机的固有现象，永磁同步电动机三相绕组不通电，且绕组开路的情况下，用手轻轻转动转子时，会感觉到转子上有一定的作用转矩，该转矩在一圈范围内大小不均匀，且可发现若干定位点，在自然状态下转子即定位在这些点，只有在一定的外界转矩作用下，才能改变转子定位的位置，正因为这样，常常把永磁电动机不通电且绕组开路情况下转动转子的转矩称为定位(detent)转矩。即永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，由此趋势会产生一种振荡转矩，也称作齿槽定位转矩。

齿槽定位转矩的产生来自于转子永磁体与定子齿之间的切向力，是转子永磁体与定子齿槽相互作用的结果。其产生主要源于定子齿槽的存在，永磁转子的磁极与定子齿槽的相对位置不同时，主磁路的磁导不一样，永磁转子趋向定位于磁导最大的位置，即稳定平衡点，电磁转矩为零，偏离时都有回复到该位置的作用转矩，或趋于另一相邻的稳定平衡点。

而电机反电动势波形和定子电流波形非正弦化，导致其相互作用时产生电磁转矩波动的原因是：在永磁电机运行时，其电磁功率为反电势与电流的乘积，由于反电势与电流的波形不可能是绝对理想状态——即反电动势波形和定子电流波形非正弦化，因而电磁功率不可能是恒定值，电磁功率的波动实际上就体现在电磁转矩的波动。

那么针对上述因素，抑制永磁电机转矩波动的方法为：使电机齿槽转矩最小化；正弦波驱动时的电磁转矩波动，可通过电机的特殊设计力求保证反电势波形为正弦波，在运行时控制电流使其尽可能逼近正弦，并通过矢量控制，使电磁转矩波动降至最低。

目前常用的方法多是从单方面出发，或是追究永磁电机定位转矩的最小化，或是从控制方面追究定子电流的正弦化控制。都取得了一定的成效，但其相应的都有一定的局限或缺点。如下面的永磁电机定位转矩最小化技术：

1、磁性槽楔法

即在电机的定子槽口上涂压一层磁性槽泥，固化后形成具有一定导磁性能的槽楔。磁性槽楔减小了定子槽开口的影响，使定子和转子间的气隙磁导分布更加均匀，从而可减小由于齿槽引起的转矩脉动。然而由于磁性槽楔材料的导磁性能不是很好，因而对于转矩脉动的削弱程度有限。

2、闭口槽法

采用闭口槽即定子槽不开口，槽口材料与齿部材料相同。因槽口的导磁性能较好，所以闭口槽比磁性槽楔能更有效地消除转矩闭口槽虽然可消除转矩脉动，然而却给绕组嵌线带来极大的不便。同时，采用闭口槽后大大增加了槽漏电抗，增大了电路的时间常数，将影响电机控制系统的动态特性。

3、斜槽法

定子斜槽法是最为传统的降低齿槽转矩的方法。将定子槽沿轴向扭斜一个定子槽距，可有效地消除有齿槽引起的力矩波动。斜槽法的局限性：定子斜槽一般会影响导体的占槽面积，从而使铜耗增加。且定子斜槽有时会给电机的制造带来不可接受的困难。对于槽数较少、短轴或非重叠绕组的永磁无刷直流电机不适用。另外，斜槽的代价是使电机的结构趋于复杂，并且在一定程度上降低了电机的输出转矩。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用不等厚磁钢的永磁电机，在优化永磁电机反电动势波形的同时，降低永磁电机的齿槽定位转矩，进而减少永磁电机电磁转矩波动。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种采用不等厚磁钢的永磁电机，所述永磁电机转子采用表贴式磁钢，表贴式磁钢为对称的瓦片式结构，其特征在于：磁钢的内外表面均为圆弧，内表面的曲率半径大于外表面的曲率半径。

本实用新型中，所述磁钢边缘的厚度为中心厚度的24％—70％，为了达到最优效果，磁钢边缘的厚度为中心厚度的50％。