一种永磁同步电机转子冲片设计方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机转子冲片设计方法。

背景技术

永磁同步电机转子采用永磁体插入式结构，提高了气隙磁密，从而提高了电机的功率密度，降低了励磁损耗。但是，由于定子铁心齿部和轭部磁密的提高使得定子铁心的损耗提高，特别是在大功率电机中，铁耗超过了铜耗，降低了电机的效率。另外，由于气隙磁密的提高以及高次谐波的存在，使得高频损耗增加，进一步降低了电机的损耗。均匀气隙的插入式转子结构，电机的空载齿槽力矩和负载转矩波动较大。并且，高转速或大功率电机，插入式结构的转子加强筋应力较大，限制了电机的转速和容量。

因此，需要提供一种高性能永磁同步电机转子冲片的设计方法，来改善电机的性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种永磁同步电机转子冲片设计方法，以解决高性能永磁同步电机转子冲片的快速设计问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种永磁同步电机转子冲片设计方法，该方法包括以下步骤：

S1：根据对称性，将电机转子冲片的一个极设计为一个扇形，该扇形的展开角度为180/p度，p为极对数，并且一个极下的转子结构关于扇形的中心轴线X对称，扇形的左侧边界直线为Y，电机定子内圆与该一个极对应的部分为弧线L

S2：绘制出通过圆心且关于中心轴线X对称的1对射线，该1对射线之间的角度为a，中心轴线X和边界直线Y之间的射线与边界弧线L

S3：在OP上给定点Q，使得线段PQ的长度为g

S4：经过定点Q和S点作出一条圆心在中心轴线X上的圆弧L

S5：圆弧L

S6：过A点作中心轴线X的垂直线，垂足为L点；

S7：直线AL向圆心方向偏移距离h，得到直线CM，且满足AC⊥AL，LM⊥AL；

S8：过C点作边界直线Y的平线线，并且交圆弧L

S9：直线CM向离开圆心方向偏移距离c

S10：在AL上作出点H，在CM上作出点G，使得HG⊥AL，|HL|＝|GM|＝0.5×c

或者，

在AL上作出点H、K，在CM上作出点G、J，使得HG⊥AL，JK⊥AL，|HK|＝|GJ|＝c

其中，c

S11：把中心轴线X靠近边界直线Y一侧的线段关于中心轴线X对称复制，形成2个或3个空腔；角点B、D处倒圆角R

可选地，在S1中，极对数p为如下中的一者：2、3、4、5、6。

可选地，在S1中，外圆半径R

可选地，在S2中，a的取值范围为：0.85×180/p度至0.95×180/p度。

可选地，在S3中，g

可选地，在S4中，R

可选地，在S5中，g

可选地，在S9中，c

可选地，在S11中，R

本发明的有益效果包括：

本发明提供的永磁同步电机转子冲片设计方法包括以下步骤：S1：根据对称性，将电机转子冲片的一个极设计为一个扇形，该扇形的展开角度为180/p度，p为极对数，并且一个极下的转子结构关于扇形的中心轴线X对称，扇形的左侧边界直线为Y，电机定子内圆与该一个极对应的部分为弧线L

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提供的永磁同步电机转子冲片设计方法所设计的一种转子冲片的一个极的结构示意图；

图2为图1中虚线圈部分的放大图；

图3示出了本发明实施例提供的永磁同步电机转子冲片设计方法所设计的另一种转子冲片的一个极的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的塞入了永磁体的转子冲片的一个极的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的完整的转子冲片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

永磁同步电机转子采用永磁体插入式结构，提高了气隙磁密，从而提高了电机的功率密度，降低了励磁损耗。但是，由于定子铁心齿部和轭部磁密的提高使得定子铁心的损耗提高，特别是在大功率电机中，铁耗超过了铜耗，降低了电机的效率。另外，由于气隙磁密的提高以及高次谐波的存在，使得高频损耗增加，进一步降低了电机的损耗。均匀气隙的插入式转子结构，电机的空载齿槽力矩和负载转矩波动较大。并且，高转速或大功率电机，插入式结构的转子加强筋应力较大，限制了电机的转速和容量。因此，需要提供一种高性能永磁同步电机转子冲片的设计方法，来改善电机的性能。

图1示出了本发明实施例提供的永磁同步电机转子冲片设计方法所设计的一种转子冲片的一个极的结构示意图；图2为图1中虚线圈部分的放大图，以显示局部细节；图3示出了本发明实施例提供的永磁同步电机转子冲片设计方法所设计的另一种转子冲片的一个极的结构示意图；图4示出了本发明实施例提供的塞入了永磁体的转子冲片的一个极的结构示意图；图5示出了本发明实施例提供的完整的转子冲片的结构示意图。在图1中，每极有2个永磁体槽。在图3中，每极有3个永磁体槽。

下面将参照图1至图5详细描述本发明的技术方案。

本发明提供的永磁同步电机转子冲片设计方法包括以下步骤：

S1：根据对称性，将电机转子冲片的一个极设计为一个扇形，该扇形的展开角度为180/p度，p为极对数，并且一个极下的转子结构关于扇形的中心轴线X对称，扇形的左侧边界直线为Y，电机定子内圆与该一个极对应的部分为弧线L

S2：绘制出通过圆心且关于中心轴线X对称的1对射线，该1对射线之间的角度为a，中心轴线X和边界直线Y之间的射线与边界弧线L

S3：在OP上给定点Q，使得线段PQ的长度为g

S4：经过定点Q和S点作出一条圆心在中心轴线X上的圆弧L

S5：圆弧L

S6：过A点作中心轴线X的垂直线，垂足为L点。

S7：直线AL向圆心方向偏移距离h，得到直线CM，且满足AC⊥AL，LM⊥AL。

S8：过C点作边界直线Y的平线线，并且交圆弧L

S9：直线CM向离开圆心方向偏移距离c

S10：如图1所示，在AL上作出点H，在CM上作出点G，使得HG⊥AL，|HL|＝|GM|＝0.5×c

或者，

如图3所示，在AL上作出点H、K，在CM上作出点G、J，使得HG⊥AL，JK⊥AL，|HK|＝|GJ|＝c

其中，c

S11：把中心轴线X靠近边界直线Y一侧的线段关于中心轴线X对称复制，形成2个或3个空腔；角点B、D处倒圆角R

本方法根据对称性，将电机转子冲片的一个极设计为一个扇形，该扇形的展开角度为180/p度，p为极对数；以扇形的中心轴线、边界直线以及电机定子内圆弧线为基准，采用几何作图法绘制空腔的边界位置，最终在扇形中绘制形成2个或3个空腔；每个空腔内部用于放置矩形永磁体，每个空腔内的永磁体规格相同，最后通过圆周阵列复制出其他剩余极的永磁体槽结构。本方法能够快速设计转子冲片，降低高次谐波，降低定子齿部和轭部磁密从而降低电机铁耗，降低空载齿槽力矩和负载转矩波动，降低转子加强筋应力，提高标准化和系列化水平，进而降低电机成本。

综上所述，利用本发明所绘制冲片而制成的永磁同步电动机，由于转子外圆为偏心圆弧，减小了气隙磁密波所含的高次谐波，气隙磁密波形更接近正弦，定子齿部和轭部的损耗降低，从而降低了铁耗，提高了电机的效率。利用本发明所绘制冲片所制成的永磁同步电动机，只有1个永磁体规格，减少了永磁体规格数量，降低了制造成本；利用本发明所绘制冲片所制成的永磁同步电动机，由于转子外圆为偏心圆弧，减小了气隙磁密波所含的高次谐波，所以空载齿槽转矩和负载时转矩波动较小。通过本发明所绘制的永磁体槽靠近转子外圆，永磁体槽外侧的转子铁心面积较小，使得转子加强筋上的应力较小，便于电机最高转速提高或者电机外径扩大增大电机容量。利用本发明所绘制的冲片，可以对转子进行分段，形成和定子斜槽相同的效果，进一步减小空载齿槽转矩和负载时转矩波动，可以实现较高精度的转速和位置控制。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。