[发明专利]一种改善永磁同步电机气隙磁密波形的方法

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种改善永磁同步电机气隙磁密波形的方法 

背景技术

随着永磁同步电机设计开发和控制技术的逐渐成熟和完备，以及永磁体在性能和产业化方面的不断发展，永磁同步电机以其既具有直流电机良好的调速特性，又具有交流电机结构简单、维修方便、运行稳定、性能可靠的优点而在各个领域的需求越来越大，发展前景越来越好。目前，永磁同步电机大量应用于各种伺服电机、风力发电领域、电动汽车驱动领域以及数控机床电主轴电机。 

然而现阶段的永磁同步电机的交流绕组反电动势的谐波含量比较大，尤其是内嵌式集中绕组的分数槽永磁同步电机，反电动势谐波含量大会导致电机涡流损耗增加，温升增加，电机效率下降，对电机性能有较为严重的影响。永磁同步电机绕组反电动势谐波含量大的主要原因是电机的气隙磁密的波形正弦性差，混入了较多的偶次谐波，使电机的气隙磁密呈现为梯形波，因而绕组的反电动势的谐波含量会比较大。在凸极感应电机的设计中，设计人员往往采用不均匀气隙的方法来得到正弦的气隙磁密波形，然而这种方法对于永磁同步电机来说并不适用，所以寻找一种适用于永磁同步电机的改善气隙磁密波形的方法显得尤为重要。 

因此，如何改善气隙磁场波形和反电动势波形是本领域技术人员需要解决的技术问题。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种改善永磁同步电机气隙磁密波形的方法，通过设计特殊形状的磁钢来改善气隙磁密的波形。 

技术方案 

一种改善永磁同步电机气隙磁密波形的方法，其特征在于：设计磁钢的形状和隔磁气隙以使得气隙磁密波形为正弦形，设计步骤如下： 

步骤1、确定磁钢充磁方向上厚度的最小值H_min为1～3mm，极弧系数α_p为0.6～0.95； 

步骤2：确定磁钢充磁方向上厚度的最大值H_max＞H_min； 

步骤3：磁钢充磁方向上任意一点的厚度由中心厚度的最大值向两边的厚度的最小值H_min，以线性过渡或阶梯形过渡； 

步骤4：确定磁钢两端的隔磁气隙的宽度为磁钢最小厚度的1～1.5倍，隔磁气隙的长度保证电机设计的隔磁桥厚度要求。 

所述步骤2的磁钢充磁方向上厚度的最大值

所述步骤3的磁钢充磁方向上任意一点的厚度其中：S为磁钢中任意一点距离磁钢中线的磁钢充磁方向上厚度的最大值的距离，L为磁极长度。 

所述隔磁桥的厚度为1～2mm。 

有益效果 

本发明提出的一种改善永磁同步电机气隙磁密波形的方法，以磁钢充磁方向上任意一点的厚度由中心厚度的最大值向两边的厚度的最小值H_min，以线性过渡或阶梯形过渡；确定磁钢两端的隔磁气隙的宽度为磁钢最小厚度的1～1.5倍，隔磁气隙的长度保证电机设计的隔磁桥厚度要求。本发明设计磁钢的形状和隔磁气隙以使得气隙磁密波形为正弦形。降低电机反电动势中的谐波含量，降低电机涡流损耗，降低温升，提高效率，提升电机性能。 

附图说明

图1：实施例1充磁方向厚度正弦变化的方案结构示意图； 

图2：实施例2充磁方向厚度线性变化方案结构示意图； 

图3：实施例3充磁方向厚度线性变化方案结构示意图； 

图中，1为转子铁芯，2永磁体，3隔磁气隙，4极间轴线，5磁极轴线。 

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述： 

根据磁路欧姆定理可得磁通Φ等于磁势F除以磁阻R_m，在电机的相同磁极下，磁路基本相同，磁阻也基本相同，所以磁势大的地方就会产生较大的磁通，也就会在气隙中产生较大的磁密。根据这一原理只要合理控制永磁体产生的磁势的波形就可以控制空载气隙磁密的波形。而永磁体的磁势与永磁体充磁方向上的长度成正比，所以合理设计永磁体充磁方向上的长度就可以控制气隙磁密的波形，达到改善气隙磁密波形的目的。 

为了得到正弦形的气隙磁密波形，就需要把磁钢设计成充磁方向上的厚度按正弦形变化的形状，设计过程如下。 

第一步：确定磁钢充磁方向上厚度的最小值H_min和极弧系数α_p