[发明专利]一种混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法

说明书

本发明公开了一种混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法；一种混合式转子连续极永磁同步电机，包括：外定子和内转子；其外定子上有五相分布电枢绕组；其内转子上有表嵌式永磁体和轮辐式永磁体；一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，具体包括：首先，通过提高永磁电机的相数，降低转矩脉动；接着，通过优化表嵌式永磁体的极弧系数、厚度和轮辐式永磁体的长度、宽度，再次降低转矩脉动；然后，对轮辐式永磁体进行角度偏移，进一步降低转矩脉动。该电机克服了传统连续极永磁同步电机转矩脉动大、永磁体涡流损耗大和永磁体在过载时易退磁的弊端，同时保持了原电机转矩密度大和永磁体利用率高的特点。

技术领域

本发明涉及到混合式转子连续极永磁同步电机的设计，特别是混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的降低方法，属于电机制造的技术领域。

背景技术

现如今永磁同步电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁同步电机都扮演着十分重要的角色。这主要得益于永磁同步电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。永磁同步电机采用了高磁能积的磁性材料取代了传统的励磁绕组，不仅消除了励磁绕组带来的负面影响，而且简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高，机械损耗也相应的减小。

一般来说，连续极永磁同步电机为表嵌式连续极永磁同步电机，该电机具有高转矩密度和高永磁体利用率，但是同时也具有高转矩脉动、永磁体在过载时容易发生退磁现象。

许多永磁同步电机采用功率密度高的稀土永磁，而永磁体价格昂贵，是永磁同步电机的主要成本。而连续极永磁同步电机可以大幅提高永磁体利用率，因此，近年来研究连续极永磁同步电机成为热点。连续极永磁体在分数槽集中绕组电机中可以大幅提高永磁体利用率，因此它们可以降低电机的材料成本。但是现有连续极永磁体几乎没有应用于整数槽分布绕组永磁同步电机中。连续极永磁体一旦应用于整数槽分布绕组电机中，会带来高的转矩脉动。虽然连续极永磁同步电机拥有一系列的优点，但对于要求苛刻的高性能应用，如电动转向系统、伺服电机、风力发电机、电动汽车驱动系统等应用仍然面临许多困难。这些应用对电机的工作稳定性方面提出了很高的要求，即电机的输出转矩脉动要尽可能小，从而实现平稳精确的推力传动，因此研究削减输出转矩脉动是非常具有价值的。综上所述，研究削弱连续极整数槽永磁同步电机的输出转矩脉动是非常具有价值的。

目前，对于分数槽集中绕组连续极永磁同步电机转矩脉动的抑制，国内外都有比较深入的研究，如优化极弧系数、采用多层绕组、采用斜槽、优化转子结构等方法。但对于整数槽连续极永磁同步电机转矩脉动的抑制技术非常有限，并且研究较少。其次，对于不等极弧系数法，现有技术只针对于齿槽转矩的降低，且仅用于传统非连续极永磁同步电机中。而在目前应用广泛的内嵌式或表嵌式电机当中，转矩脉动的来源不仅仅局限于齿槽转矩，它还可能来源于永磁转矩和磁阻转矩，而齿槽转矩只占据转矩脉动的极小部分。在此基础上，只局限于非连续极永磁同步电机的齿槽转矩的分析是远远不够的。所以，如何有效地降低整数槽连续极永磁同步电机的转矩脉动中的主要谐波，是需要重点研究的方向。传统连续极永磁同步电机永磁体涡流损耗大、永磁体在过载时易发生退磁现象，因此减少永磁体涡流损耗和增强永磁体抗退磁能力对于提高电机效率和可靠性是非常有意义和必要的。综上所述，研究混合式转子连续极永磁同步电机及降低其转矩脉动的方法是非常有意义和必要的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种混合式转子连续极永磁同步电机，该电机将表嵌式永磁体和轮辐式永磁体混合，形成一种新型混合式转子连续极永磁同步电机，该混合式转子连续极永磁同步电机具有低成本、高转矩密度、高可靠性和高效率等特点。针对上述现有技术存在的高转矩脉动问题，本发明提供了一种降低混合式转子连续极永磁同步电机转矩脉动的方法，通过优化混合式转子连续极永磁同步电机表嵌式永磁体的极弧系数、表嵌式永磁体的厚度、轮辐式永磁体的长度和宽度，从而达到转矩脉动降低的效果。在多变量优化后的混合转子连续极永磁同步电机的基础上，对轮辐式永磁体进行角度偏移，进一步降低电机的转矩脉动。