[发明专利]一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机

说明书

本公开提出了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机，磁极斜极在一个磁极极距内实施，凸极在磁极一侧设置，在圆周方向具有不对称性。高性能永磁电机的转子设计不仅能降低转矩脉动还能有效避免降低转矩脉动后输出转矩的下降，实现电机的低转矩脉动、高转矩密度运行，大大改善了电机的性能，具体的：1)降低齿槽转矩；2)产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动；3)相邻磁极轴向无重叠，避免转矩密度衰减过大；不对称凸极转子结构，使磁阻转矩和永磁转矩的最大值在相同或相近的电流相位角下叠加，从而通过提高两种转矩成分的利用率来弥补磁极斜极造成的转矩损失，保证电机低转矩脉动的同时保持高转矩密度。

技术领域

本公开涉及永磁电机相关技术领域，具体的说，是涉及一种磁极倾斜且凸极不对称的转子及高性能永磁电机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着稀土永磁材料的发展，永磁电机由于其高效率、高功率密度、高可靠性等显著优点在电动汽车、风力发电、船舶推进等各个领域受到广泛应用。由于永磁电机的结构多种多样，因此对永磁电机结构的优化设计，能够使永磁电机各方面性能得到最大限度的提升。

根据永磁体在转子上的放置位置，主要分为表贴式永磁电机、表面嵌入式永磁电机和内置式永磁电机。其中，表面嵌入式永磁电机与表贴式永磁电机相比具有凸极效应，因此电磁转矩不仅具有永磁转矩，还会产生磁阻转矩，因此产生较高的转矩密度和效率，并且具有较好的弱磁调速性能；与内嵌式永磁电机相比，结构简单且制造成本较低；因此，表面嵌入式永磁电机因其较好的综合性能而具有非常好的应用前景。

但是表面嵌入式永磁电机也存在问题：1)表面嵌入式永磁电机电磁转矩虽然包含永磁转矩和磁阻转矩两种转矩成分，但在传统设计中两种转矩成分没有得到充分利用，因为永磁转矩和磁阻转矩分别达到最大值时相差45度电流相位角。2)因为凸极效应，表面嵌入式永磁电机会产生较高的转矩脉动。永磁电机抑制转矩脉动的方法已被广泛研究，比如，转子周向分块、转子极弧削极、斜极、转子表面开槽、不对称磁障等。特别地，斜极技术是抑制转矩脉动的一种有效方法，已有很多文献对这种方法进行了深入的讨论与研究。最开始从仿真分析得到偏移电机的磁极具有削弱齿槽转矩的结论，而后有学者在理论分析的基础上提出了一些偏移角度的确定方法。随着方法的不断改进，其效果越来越好。但斜极方法具有一些缺点，比如降低了电机的转矩密度。而对于电机而言，转矩密度往往比转矩脉动更为重要，所以，改善因永磁体斜极而导致永磁电机转矩密度下降的问题值得深究。但是，目前的文献资料显示降低转矩脉动但保持转矩密度的电机设计技术很难实现。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，应用在永磁电机如表面嵌入式永磁电机上，不仅能降低转矩脉动，还能有效避免在降低转矩脉动后输出转矩下降的问题。

本公开第二方面还提出了一种基于一种磁极倾斜且凸极不对称的转子的永磁电机，有效结合磁极偏移和不对称凸极转子，实现电机的低转矩脉动、高转矩密度运行，有效提高电机性能指标。

本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种磁极倾斜且凸极不对称的转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯上的磁极，每个磁极包括交替设置在转子铁芯上的凸极和转子槽，所述转子槽内设置分段式永磁体，各段永磁体沿着转轴方向延伸排列，并在转子铁芯圆周上依次按设定的角度错位排列。

一个或多个实施例提供了一种转子磁极倾斜且凸极不对称的永磁电机，包括上述的一种磁极倾斜且凸极不对称的转子、定子和转轴，所述转子和定子同轴设置，转子通过转轴设置在定子内部，所述转子和定子之间留有缝隙。

本公开通过使用永磁体分段错位方法获得的倾斜磁极，应用在永磁电机中能够有效的削弱齿槽效应，降低齿槽转矩，同时降低反电动势谐波含量，产生正弦或准正弦反电动势而降低转矩脉动，使得电机输出转矩更加的平稳。