[发明专利]内嵌式永磁电机的虚槽转子

说明书

技术领域

本发明涉及电机，尤其涉及一种内嵌式永磁电机的虚槽转子。

背景技术

永磁电机以其高效率、高功率密度的优点在很多领域都得到了广泛的应用，比如工业伺服领域，车用驱动电机领域等。然而，永磁电机由于磁场固定，因而空载情况下会因开槽的影响而形成的齿槽转矩，而且设计不合理的情况下，转矩脉动也会较大。在车用驱动电机领域，严重的齿槽转矩和转矩脉动的存在不仅会造成整车机构上的问题，而且会带来车辆的抖动，还会带来噪声问题，严重影响车辆的乘坐舒适性。

在解决齿槽转矩及转矩脉动的技术方面，传统的常见技术往往有以下几种：

1)转子正弦气隙技术；

通过改变转子的外形，将气隙磁密波形正弦化，削弱磁场谐波，从而削弱齿槽转矩及转矩脉动；

2)定子齿形状优化技术；

这里面有很多技术方案，包括定子齿顶做成非均匀气隙；定子齿顶开槽；大小齿技术；不等槽口技术等；

3)定子斜槽技术；

通过将定子铁心扭过一定角度，从而造成特定谐波的相互抵消，从而削弱齿槽转矩及转矩脉动；

4)转子斜极技术；

将定子斜槽的原理应用在转子磁极上就是转子斜极技术。这里面除了常规的斜极技术外，还有分段斜极技术，它通过较少的分段数同样可以实现特定谐波的相互抵消。虽然和长队斜极技术有一定区别，其原理都是谐波抵消；

6)不对称磁极技术

将多个磁极做成不对称结构，在圆周方向上造成切向力的相互抵消，从而减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，然而这种技术往往会造成电机的径向力过大，从而引起额外的噪声振动问题。

纵观这些技术应用的原理，基本都不外乎两种，一是将磁场谐波进行削弱；二是利用谐波抵消技术。然而这两种技术本身都会对磁通量及反电势基波产生一定程度的削弱，反映在电机转矩输出上就会有一定程度的损失，从而影响电机的转矩密度、功率密度。应用这两种原理在削弱齿槽转矩和转矩脉动的同时，保证磁通量没有削弱很难做到。

除了上述这六种技术外，还有一种最基本的齿槽转矩及转矩脉动优化方式：转子极弧系数优化。它通过改变极弧系数从而改变气隙磁密及定转子磁场的分布，改变定转子之间特定位置的切向力大小。这是一种最基本，但最不起眼的一项技术。它虽然能起到削弱齿槽转矩的效果，但是也存在一个极大的问题，即齿槽转矩的大小和所需的磁通量之间存在极大的矛盾。优化极弧系数得到最小的齿槽转矩时，电机的磁通量、转矩、功率密度等却非最优化的结果，这就给设计电机造成了很难协调的问题。如何把这个问题进行解决，就能很好的兼顾功率密度和齿槽转矩。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决在削减齿槽转矩及转矩脉动的基础上，尽可能不影响转矩密度及功率密度的问题。同时避免发生极弧系数和磁通量、转矩及功率密度之间的矛盾。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种内嵌式永磁电机的虚槽转子，其转子冲片上均匀分布有偶数个轴向贯通的磁钢槽，各磁钢槽内分别嵌装有磁钢，各磁钢按N极S极间隔设置，每个转子极在冲片外圆部位分别设有至少两个凹槽。所述的转子铁心每个转子极在冲片外圆部位分别设有至少两个凹槽，且所述转子铁心每个转子极在冲片外圆部位设有的两个以上的凹槽相对于极中心线对称。调整这些凹槽的位置、宽度及深度能改变气隙磁场的分布，就能改变齿槽转矩及转矩脉动。选择合适的位置、宽度及深度能有效降低齿槽转矩及转矩脉动。而且由于这些凹槽窄且浅，因此对磁通量的影响微乎其微，对转矩密度及功率密度的影响也可以忽略。

本发明比较完满的解决了削弱齿槽转矩的同时，不削弱磁通、转矩密度及功率密度的问题。相对于其他齿槽转矩及转矩脉动削弱方式，本发明对磁通及反电势的削弱可以忽略，有效保持了电机的功率密度。而且本技术的使用不会受极弧系数的限制，以磁通量、转矩及功率密度为优化目标极弧系数优选的情况下，同样可以利用本发明技术达成齿槽转矩及转矩脉动的削弱。

从本质上讲，本发明的原理和极弧系数优化技术的原理类似，它通过在转子上增加的凹槽改变了原有均匀气隙下本来应该有较大磁力的时候的磁场分布，从而改变了定转子之间引力的大小和频率。然而该技术可以不受极弧系数的限制，因而极弧系数的设计可以磁通量、转矩及功率密度为目标优化，而不用考虑极弧系数对齿槽转矩的影响。

从表象上看，增加了凹槽后，磁场谐波仍然存在，但它的存在改变了定子开槽影响对转子拖动力随位置变化的曲线，从而起到了改变齿槽转矩及转矩脉动的作用。

附图说明

图1是本发明内嵌式永磁电机的虚槽转子的整体立体结构示意图；