一种风机用定转子不等长交替极永磁电机

技术领域

本发明涉及一种交替极永磁电机，特别涉及一种定转子不等长交替极永磁电机，适用于对成本敏感的风机驱动应用场合，属于永磁电机技术领域。

背景技术

随着现代社会对小型电机的要求越来越高，在价格方面也需要进一步的降低，提高性价比。定转子不等长永磁电机因其不等长结构能够在保证电机体积不变的情况下，充分利用电机内部空间以提高电机的转矩，而交替极电机在满足转矩的同时极大的降低了电机成本，因此定转子不等长交替极永磁电机成为了人们关注点。

经过多年发展，国、内外众多学者提出了许多新型定转子不等长的电机拓扑，如定子不等长、转子多层级不等长和定转子不对称型不等长等。文献Performance ofnovelpermanent magnet synchronous machines made of soft magnetic composite core(IEEE Transactions on Magnetics,50(11):1-4,2014)提出一种定子不等长永磁电机，该电机在转子不等长的基础上增加定子齿端部不等长，进一步提升电机的转矩。文献Designofnovel overhang structure for separated pole-piece type ferrite magnet motor(IEEE Transactions on Magnetics,51,(3):1-4,2015)提出一种转子多层级不等长定转子不等长永磁电机，该结构降低d轴电感以增大d-q轴电感值之差，从而提高磁阻转矩。但是上述两种定转子不等长结构，在加工制造上相比本专利更加复杂，在转矩性能方面并没有得到很大的提升，并且没有使用交替极，成本比本专利高。本专利的目的是设计一种结构简单紧凑、易于加工制造、具有较高转矩，并且价格实惠的定转子不等长交替极永磁电机。

发明内容

本发明的目的是提供一种定转子不等长交替极永磁电机。在保证电机体积不变的情况下，将转子沿轴向延长，使得电机的有效气隙磁密增加，从而提升电机转矩。本发明降低了电机的成本，提高了电机的性价比。

本发明的技术方案是：一种定转子不等长交替极永磁电机，包括定子、转子、铁氧体和不导磁转轴。所述定子是由若干个定子齿沿圆周向均匀排列组成，所述定子齿端部设置若干个矩形辅助槽，所述辅助槽的四个顶点设有倒角，所述铁氧体采用径向背向圆心充磁，并与转子齿沿转子轭部圆周向交替分布，所述转子齿和铁氧体做偏心削极技术处理，所述转子齿端部和铁氧体端部各有两个削极点，所述削极点之间形成圆弧段，所述转子齿端部圆弧对应的圆心为p，圆心角为2β，所述铁氧体端部圆弧对应的圆心为o，圆心角为2α，所述电机转子轴向长度大于定子轴向长度，转子轴向长度为Lr＝(1.1～1.35)*Ls，Ls为定子轴向长度。

本发明的进一步特征在于：所述定子铁芯是由若干个定子齿沿圆周向均匀排列组成，所述定子齿在圆周向截面上为一个上底为直线段下底为一个圆弧的类梯形，所述定子齿端部设置辅助槽，所述辅助槽在圆周向截面上为矩形，所述辅助槽的四个顶点处设有倒角。

本发明的进一步特征在于：所述电机的绕组方式为双层集中绕组。

本发明的进一步特征在于：所述转子齿和铁氧体均做偏心削极技术处理，所述铁氧体与转子圆周向宽度分别为tp＝(0.6～0.7)*τ、tr＝(0.3～0.4)*τ，所述铁氧体从圆周向截面上看呈面包状，所述铁氧体采用径向背向圆心充磁并与转子齿交替排列，依次分布一周。

本发明的进一步特征在于：所述转子铁芯和铁氧体沿电机轴向延长，与定子形成不等长关系。

本发明的一种定转子不等长交替极永磁电机，具有以下有益效果：

1)本发明的一种定转子不等长交替极永磁电机采用铁氧体作为磁性材料，其在价格上相比钕铁硼永磁材料低了很多，其与交替极永磁体结构相结合在确保电机性能与传统永磁电机相同的同时，极大地降低电机的永磁体用量和生产成本，提高了电机的性价比。

2)本发明的一种定转子不等长交替极永磁电机的绕组方式为双层集中绕组，集中式绕组的端部低，且尺寸小，可以有效地减少铜线的用量，降低了电机的生产成本和铜耗；同时转子铁芯和铁氧体沿电机轴向延长，与定子形成不等长关系，在保证电机的体积不变情况下能够充分利用定子端部绕组磁场，增加输出转矩，进一步提升电机性价比。

3)本发明的一种定转子不等长交替极永磁电机在转子齿端部和交替极阵列铁氧体端部沿圆周向均设有削极，并根据极距在圆周向选择合适的铁氧体和转子齿宽度，在保证电机转矩性能的同时，能够有效的降低齿槽转矩；可以在保持电机输出功率不变的情况下，减小电机的转子体积和重量，提高功率密度，同时降低电机的振动噪声，此外，在定子齿端部设置四个顶点带有倒角的矩形辅助槽，可以降低电机电动势谐波含量，改善电机的转矩脉动，并且可以减小径向电磁力，进一步降低电机的振动噪声。

4)本发明的一种定转子不等长交替极永磁电机的圆周向径向力很小，所以电机的振动很小；永磁电机的固有频率与产生振动的径向力频率不一致，所以不会产生共振。

附图说明

图1为定转子不等长交替极永磁电机正视图；

图2为定转子不等长交替极永磁电机右视图；

图3为定转子不等长交替极永磁电机侧视图；

图4为定转子不等长交替极永磁电机定子齿剖视图；

图5为定转子不等长交替极永磁电机带机壳侧视图；

图6为定转子不等长交替极永磁电机径向力图；

图7为定转子不等长交替极永磁电机振动瀑布图。

图中：1为定子，11为定子齿，12为定子齿端部，13为辅助槽，14为定子轭部，15为定子铁芯；2为绕组；3为转子，31为转子铁芯，32为转子齿，33为转子轭部，34为转子齿削极；4为铁氧体，41为铁氧体削极；5为转轴；6为电机机壳；7为电机端盖。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述。

如图1～4所示为本发明的一个实施例，一种定转子不等长交替极永磁电机，该实施例旋转运动单元为12槽10极结构。所述定子(1)是由一个定子轭部与12个定子齿(11)沿圆周向排列而成，在定子齿端部(12)处对称的开了两个矩形辅助槽(13)，所述矩形辅助槽(13)的四个顶点设有倒角，其中槽深为1.5mm，槽宽为1mm，槽底的倒角半径为0.1mm，槽口的倒角半径为0.3mm。

所述定子齿(11)上设置绕组(2)，所述绕组(2)为集中式绕组，所述绕组(2)从一边端部到另一边端部绕制在定子齿(11)上，圆周向上十二个定子齿(11)上绕制的线圈依次为A1相，B1相，C1相，A2相，B2相，C2相，A3相，B3相，C3相，A4相，B4相，C4相。

所述转子(3)由转子铁芯(31)、铁氧体(4)和不导磁转轴(5)构成，所述铁氧体(4)和转子齿端部(32)做偏心削极技术处理，所述转子齿端部(32)偏心削极的圆心角为2β＝80.8°，半径为12.5mm，圆周向宽度为tr＝11.8mm，所述铁氧体(4)偏心削极后外圆弧圆心角角为2α＝76.8°，半径为21.5mm，圆周向宽度为tp＝24mm。所述转子铁芯(31)由硅钢片轴向叠压制成并套在不导磁转轴(5)上，转子铁芯(31)和不导磁转轴(5)之间采用定位槽和定位销固定。

所述铁氧体(4)采用径向背向圆心充磁，铁氧体(4)沿径向的极对数为5，与转子齿(32)沿转子轭部(33)圆周交替排列，所述铁氧体(4)与转子铁芯(31)两端沿轴向各延长2mm，即转子(3)轴向长度为31mm，定子铁芯(15)轴向长度为27mm。

所述电机通过Maxwell进行电磁分析，并对气隙中的径向电磁力进行谐波分析，预测会对振动噪声产生重要影响的径向电磁力谐波分量，并且采集电机转速间隔50rpm从300-1500rpm下的振动数据，同时将各个转速下振动的频率和幅值进行傅里叶变换可以得到振动瀑布图，可见该电机振动噪声很小，且不会产生共振。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等描述的意思是结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含在本发明的至少一个实施例中或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定是指相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经展出和表述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。