一种斜极永磁电机转子及其设计方法

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，特别涉及一种斜极永磁电机转子及其设计方法。

背景技术

转矩波动是影响永磁电机性能的一个重要指标，转矩波动会引起电机抖动，产生电磁振动及噪声，影响控制精度，波动严重时导致性能下降甚至控制失效。

现有新能源永磁电机，为降低转矩波动多采用转子斜极方式，将电机转子进行轴向分成若干段，每段磁极中心线在圆周方向相差一定角度，总斜极角度=齿距角度×(分段数-1)/分段数。

但是现有永磁电机采用的分段斜极转子，其永磁体材料需统一尺寸规格，单一产品使用单一规格的永磁体，冲片结构相同的不同电机之间永磁体材料不能通用。

发明内容

本发明目的是：提供一种斜极永磁电机转子，可以使用不同长度转子铁芯进行组合，并利用算法优化电机斜极角度，通过降低电机转矩脉动提升电机稳定性及振动噪声。

本发明的技术方案是：

一种斜极永磁电机转子，包括电机转轴及若干段套于电机转轴上的斜极布置的转子铁芯，相邻段的转子铁芯长度不同，每段转子铁芯上装配有与所在转子铁芯等长的永磁体。

优选的，所述转子铁芯的各段长度从电机转轴两端到中部逐渐变长。

优选的，所述转子铁芯的各段中，距离电机转轴中心位置相同的左右两段转子铁芯长度相等。

优选的，所述转子铁芯的各段长度从电机转轴两端到中部呈等比或等差变长。

优选的，所述转子铁芯的每段均由若干相同大小的8极48槽的转子冲片构成。

一种斜极永磁电机转子的设计方法，包括：

S1、首先确定原始方案的斜极永磁电机转子：

原始方案的斜极永磁电机转子上配置有N段等长的转子铁芯，转子铁芯上的绕线槽数为M，原始转子总斜极角度α=（360°/M）*(N-1)/N，相邻两段转子铁芯磁极中心线相隔角度β=（360°/M）/N；

S2、利用有限元仿真软件，对原始方案的斜极永磁电机转子, 进行电机参数仿真，确定原始方案的电机转矩T及转矩脉动数值S；

S3、设计新的斜极永磁电机转子：

新的斜极永磁电机转子上配置有N'段如权利要求1-5任意一项所述的转子铁芯，转子铁芯上的绕线槽数仍为M，新的转子总斜极角度α'与原始转子总斜极角度α相同，即α'=α；

S4、对新的斜极永磁电机转子, 通过二分法结合有限元仿真软件，进行各相邻段转子铁芯磁极中心线相隔角度β'的寻优，监控新的电机转矩T'及转矩脉动数值S'，直至新的电机转矩T'与原始方案的电机转矩T相差在±2%以内，新的转矩脉动数值S'低于原始方案的转矩脉动数值S。

本发明的优点是：

本发明提出的斜极永磁电机转子，可以采用不同规格永磁体进行电机设计，实现与同规格永磁体输出扭矩能力一致的同时，并利用算法降低电机转矩脉动提升电机稳定性及降低振动噪声。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为实施例中斜极永磁电机转子A的结构示意图；

图2为实施例中采用的永磁电机转子冲片的示意图；

图3为实施例中斜极永磁电机转子A、B的对比图；

图4为实施例中斜极永磁电机转子A、B分别使用的永磁体结构对比图；

图5为实施例中斜极永磁电机转子A的斜极分段示意图；

图6为实施例中斜极永磁电机转子A的仿真参数图；

图7为实施例中斜极永磁电机转子C的斜极分段示意图；

图8为实施例中斜极永磁电机转子C的仿真参数图。

具体实施方式

新能源汽车永磁电机转子转子的结构，通常包括电机转轴、转子铁芯和永磁体。

如图1和3所示，为现有技术中的两种不同长度的斜极永磁电机转子A、B，两种斜极永磁电机转子A、B均包括电机转轴1及四段套于电机转轴1上的斜极布置的转子铁芯2，相邻段的转子铁芯2长度均相同。斜极永磁电机转子A、B的长度分别为80mm、160mm，斜极永磁电机转子A、B的上的单段转子铁芯2的长度分别为20mm、40mm。

如图2所示，所述斜极永磁电机转子A、B的转子铁芯2的每段均由若干相同大小的8极48槽的转子冲片2-1构成。

如图4所示，所述斜极永磁电机转子A、B的每段转子铁芯2上装配有与所在转子铁芯2等长的第一永磁体3、第二永磁体3'，即两个型号的永磁体长度分别为20mm、40mm。

本实施例在以上两种斜极永磁电机转子的基础上提出一种新的斜极永磁电机转子C，其具体设计步骤如下：

S1、如图5所示，由于所述永磁电机转子A分段数N=4，转子总斜极角度α= (360°/48)*(N-1)/N=5.625°，以电机转轴为中心相邻两段磁极中心线相隔角度β=（360°/48）/N=1.875°。

S2、如图6所示，利用常见有限元仿真软件，先对永磁电机转子A进行电机参数仿真，确定原方案电机转矩T及转矩脉动数值S。

S3、如图7所示，选取斜极永磁电机转子A、B上的转子铁芯和永磁体规格的进行搭配设计，构造新的斜极永磁电机转子C。斜极永磁电机转子C的转子铁芯的分段数N=3，三段转子铁芯的长度分别为20mm、40mm、20mm。

S4、如图8所示，保持新的转子总斜极角度α'不变，仍为5.625°，通过二分法结合有限元仿真软件进行各相邻段转子铁芯磁极中心线相隔角度β'的寻优，监控新的电机转矩T'及转矩脉动数值S'，直至新的电机转矩T'与原始方案的电机转矩T相差在±2%以内，新的转矩脉动数值S'低于原始方案的转矩脉动数值S。

本实施例的各相邻段转子铁芯磁极中心线相隔角度β'为-2.8125°、1°、2.8125°。由前后仿真数据可看出，在转矩下降0.6%的情况下，转矩脉动下降7.8%，采用永磁电机转子C达到降低转矩脉动提升电机性能的目的。

除以上实施例外，不同规格电机可参照相同方法进行斜极设计，例如可以增加斜极段数。但最好依照以下原则进行设计，以降低优化难度。

（1）所述转子铁芯2的各段长度从电机转轴1两端到中部逐渐变长。

（2）所述转子铁芯2的各段中，距离电机转轴1中心位置相同的左右两段转子铁芯2长度相等。

（3）所述转子铁芯2的各段长度从电机转轴1两端到中部呈等比或等差变长。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。