CN116961269A - 一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，包括定子、转子和转轴，定子由定子铁心和六相绕组组成，转子由转子铁心以及沿圆周等间隔均匀分布的多组三角形永磁单元组成。所述转子铁心由若干个与转轴圆心所不同的偏心圆的圆弧沿圆周等间隔均匀分布构成不均匀铁心外径；所述每组三角形永磁单元包含两块布置在“V”型闭口槽中的长条形永磁体以及一块放置在弧形开口槽中的异型永磁体。本发明提出具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，具有大幅度削弱电机电流谐波，减小电机转矩脉动，抑制电机噪声的特点，并利用多相电机系统，在提高电机平稳性的同时，提高电机的容错性，使得电机系统可以在短时间内容错运行。
Description
技术领域
本发明涉及电机设计领域，具体涉及一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构。
背景技术
由于常规汽车采用化石燃料作为其主要动力来源，带来了空气质量恶化和温室效应等环境问题，影响着我们的生活。应世界各国节能和环保的政策要求，电动汽车的研制和推广已得到广泛的关注。作为电动汽车的核心动力系统，内置式永磁同步电机因其体积小、结构简单、高效节能、功率密度高等特点脱颖而出，广泛应用于电动汽车行业中。其中，与单层永磁体结构相比，采用双层永磁体结构可增大交直轴电感之差，提高凸极率，提升弱磁扩速能力，拓宽恒功率运行范围，提高电机的转矩输出能力与功率密度。
但双层乃至多层永磁体结构的复杂设计，产生过多的电流谐波分量，导致电机的转矩存在脉动，进而产生振动和噪声，产生额外损耗，而这些损耗将作为热源作用于电机本身使其温度升高，继而影响电机内部材料及电磁性能参数，使得其效率降低，从而降低其控制性能，更甚者将损毁电机。
因此为提高电机的安全性以及平稳性，并保证电机在出现故障时依然具有相对的工作效率，国内外学者研究发现从电机本体优化角度出发最为直接，既可以通过如斜槽法和分数槽法等方法降低电机谐波含量，提高平稳性，也可采取多相电机系统及其容错控制提高安全性。
发明内容
本发明提出一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，实现电机“高效率、高可靠性”的性能需求，在利用偏心距形成的正弦形不均匀气隙降低迪电机转矩脉动，提高电机平稳性的同时，并通过多相电机系统提高电机的容错性，使得电机系统可以在短时间内容错运行。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，所述结构包括定子、转子和转轴。定子包括定子铁心和24个沿圆周等间隔均匀分布的绕组组成，相邻两个绕组间形成平行间隙，并采用六相双Y形接线法；所述转子由转子铁心以及沿圆周等间隔均匀分布的8组三角形永磁单元组成。其中所述转子铁心由若干个与转轴圆心所不同的偏心圆的圆弧沿圆周等间隔均匀分布构成转子铁心的不均匀外径，且转子铁心中包含8个开口朝径向外侧呈“V”型布置的闭口槽、8个在偏心圆圆弧径向内侧开口的弧形开口槽；所述每组三角形永磁单元包含两块布置在“V”型闭口槽中的长条形永磁体以及一块放置在弧形开口槽中的异形永磁体，且异形永磁体径向外侧弧线与偏心圆圆弧重合。
所述六相双Y形接线法，是由两套互差30°电角度的三相对称绕组构成双Y形六相绕组具有十二个平均分布的相带，每个相带所占的电角度为30°，从相带的角度来看，是m＝12的轴线对称绕组，十二个相带依次按照A1、A2、-C1、-C2、B1、B2、-A1、-A2、C1、C2、-B1、-B2的方式排列。
所述转子铁心的不均匀外径由8个与转轴圆心所不同的偏心圆圆弧所组成，由此与定子内径共同构建呈不均匀气隙，且每个偏心圆圆弧所偏离转轴圆心的距离，设为偏心距O`，
所述偏心距O`的大小与转子外径、最大气隙gmax、最小气隙gmin有关、偏心角度θ有关，气隙的函数如下：
式中，Di1—定子内径(mm)；θ1—磁极半跨距角，θ1＝αp·2π/2p；p—极对数；O`—磁极偏心距；Rp—磁极半径，X轴—定子内径，Y轴—中心线。
所述转子铁心上开有8组沿圆周间隔且等距分布的通槽，每组通槽分别为一个开口朝径向外侧呈“V”型布置的闭口槽、一个在偏心圆圆弧径向内侧开口的弧形开口槽；其中永磁体固定嵌在两种通槽内，共同构成三角形永磁单元。
所述弧形开口槽沿构成转子铁心不均匀外径的偏心圆圆弧等间隔均匀分布；所述“V”型闭口通槽，其“V”字开口方向朝向径向外侧，包括两个等长直侧翼通槽。
所述三角形永磁单元包括径向内层“V”型永磁组和径向外层异形永磁组，所述内层“V”型永磁组为两块长条形永磁体呈“V”形分别布置在“V”型通槽的两个等长直侧翼通槽内，所述外层异形永磁组由一块径向外侧为弧形，且弧形与偏心圆圆弧一致，径向内侧为直底边的异型永磁体组成，并布置在径向内层的弧形开口槽中。
所述“V”型永磁组的两块长条形永磁体均沿着与该永磁体长度垂直的方向相对充磁，所述异形永磁组中的异形永磁体充磁方向为沿径向方向充磁，且每相邻两组永磁单元中的永磁体充磁方向相反。
所述长条形永磁体在沿其内部放置的永磁体长度方向的两端延伸有磁隔，一并固定嵌满在所述“V”型闭口通槽内。
所述“V”型闭口通槽的两个等长直侧翼内填充环氧树脂基复合材料构成磁障。
所述三角形永磁单元中的永磁体均采用钕铁硼材料。
有益效果：
1、本发明提供的电机结构通过“多相电机系统”的作用可以满足电机在复杂环境下的高可靠性的性能需求。多相电机系统冗余自由度高，当多相电机绕组或者电机系统的变流装置出现单相或多相故障时，可通过故障诊断技术将故障转化为开路故障，电机系统可以在短时间内容错运行，且电机依靠冗余健康相重构剩余相电流，输出功率缺额小且故障后转矩脉动小。使得电机在特殊工况下可以主动退出部分相组，提高电机系统灵活性。
2、本发明的“不均匀气隙”电机结构，选取合理的偏心距为O的偏心圆偏离转轴圆心，使得定子与转子之间气隙形成不均匀的形状。可以有效的改善电机气隙磁密波形的正弦度，降低电流谐波含量，进而减少电机的谐波损耗，提高电机的运行效率，同时也在一定程度上减小了电机的转矩波动，抑制了电机的噪声。
附图说明
附图1为本发明提出的具有不均匀气隙的六相永磁同步电机的结构主视图；
附图2为转子结构示意图；
附图3为永磁单元示意图；
附图4为不均匀气隙参数示意图；
附图5为双Y形六相绕组示意图；
附图6为24槽电动势星形图。
图中：1为定子，1-1为定子铁心，1-2为绕组，2为转子，2-1为转子铁心，2-2为偏心圆圆弧，3为转轴；
4为三角形永磁单元，4-1为异形永磁组，4-1-1为异形永磁体，4-2为“V”型永磁组，4-2-1为左侧长条形永磁体，4-2-2为右侧长条形永磁体，4-3为异形通槽，4-4为“V”型通槽，4-5为磁隔。
此外，g为气隙大小，gmax为最大气隙，gmin为最小气隙，O`为偏心距，O为转轴圆心、Op为偏心圆圆心、Rp为偏心圆半径，X轴为定子内径，Y轴为中心线，θ为偏心角度。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。
实施例：参见图1和图2，一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构的径向剖面视图，包括同轴的定子1、转子2和转轴3。定子1包括定子铁心1-1和24个沿圆周等间隔均匀分布的绕组1-2组成，相邻两个绕组间形成平行间隙，并采用六相双Y形接线法；所述转子2由转子铁心2-1、沿圆周等间隔均匀分布的8组三角形永磁单元组成4。其中所述转子铁心2-1由若干个与转轴圆心所不同的偏心圆的圆弧2-2沿圆周等间隔均匀分布构成转子铁心2-1的不均匀外径，且转子铁心2-1中包含8个开口朝径向外侧呈“V”型布置的闭口槽4-4以及8个在偏心圆圆弧2-2径向内侧开口的弧形开口槽4-3。所述每组三角形永磁单元4包含两块布置在“V”型闭口槽4-4中的长条形永磁体4-2-1、4-2-2以及一块放置在弧形开口槽4-3中的异形永磁体4-1-1，且异形永磁体4-1-1径向外侧弧线与偏心圆圆弧2-2重合。
参见图5，所述六相双Y形接线法，是由两套互差30°电角度的三相对称绕组构成双Y形六相绕组1-1具有十二个平均分布的相带，每个相带所占的电角度为30°，从相带的角度来看，是m＝12的轴线对称绕组，十二个相带依次按照A1、A2、-C1、-C2、B1、B2、-A1、-A2、C1、C2、-B1、-B2的方式排列。
参见图1、图2和图3，所述转子铁心2-1不均匀外径由8个与转轴圆心O所不同的偏心圆圆弧2-1所组成，由此与定子1内径共同构建呈不均匀气隙，且每个偏心圆圆弧2-1所偏离转轴圆心O的距离，设为偏心距O`。
参见图4，偏心距O`的大小与转子外径、最大气隙gmax、最小气隙gmin有关、偏心角度θ有关，气隙的函数如下：
式中，Di1—定子内径(mm)；θ1—磁极半跨距角，θ1＝αp·2π/2p；p—极对数；O`—磁极偏心距；Rp—磁极半径，X轴—定子内径，Y轴—中心线。
参见图2和图3，所述转子2上开有8组沿圆周间隔且等距分布的通槽4-3、4-4，每组通槽分别为一个开口朝径向外侧呈“V”型布置的闭口槽4-4、一个在偏心圆圆弧2-2径向内侧开口的弧形开口槽4-3；其中永磁体4-1-1、4-2-1、4-2-2固定嵌在两种通槽内，共同构成三角形永磁单元4。所述弧形开口槽4-3沿构成转子铁心2-1不均匀外径的偏心圆圆弧2-2等间隔均匀分布；所述“V”型闭口通槽4-4，其“V”字开口方向朝向径向外侧，包括两个等长直侧翼通槽。所述三角形永磁单元4包括径向内层“V”型永磁组4-2和径向外层异形永磁组4-1，所述内层“V”型永磁组4-2为两块长条形永磁体4-2-1、4-2-2呈“V”形分别布置在“V”型通槽的两个等长直侧翼通槽内，所述外层异形永磁组4-1由一块径向外侧为弧形，且弧形与偏心圆圆弧一致，径向内侧为直底边的异型永磁体4-1-1组成，并布置在径向内层的弧形开口槽4-3中。
参见图3，所述“V”型永磁组4-2的两块长条形永磁体4-2-1、4-2-2均沿着与该永磁体长度垂直的方向相对充磁，所述异形永磁组4-1的异形永磁体4-1-1充磁方向为沿径向方向充磁，且每相邻两组永磁单元4中的永磁体充磁方向相反。所述长条形永磁体4-2-1、4-2-2在沿其内部放置的永磁体长度方向的两端延伸有磁隔4-5，一并固定嵌满在所述“V”型闭口通槽4-4内。所述“V”型闭口通槽4-4的两个等长直侧翼内填充环氧树脂基复合材料构成磁障4-5。
参见图1、图2和图3所述三角形永磁单元4中的永磁体均采用钕铁硼材料。
在图6中，本发明以24槽8极，单层绕组为例，基于24槽电动势星形图对绕组进行分相，且相邻两个绕组槽1-1内绕组同相。A1、B1、C1三相绕组互差120°电角度，A2、B2、C2也是如此，两套三相绕组之间相差30°电角度，画出电动势星形图后，只需按照上述规则进行划分，即可对双Y型六相绕组进行分相。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (10)
1.一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述结构包括定子(1)、转子(2)和转轴(3)；定子(1)包括定子铁心(1-1)和24个沿圆周等间隔均匀分布的绕组(1-2)组成，相邻两个绕组间形成平行间隙，并采用六相双Y形接线法；所述转子(2)由转子铁心(2-1)和沿圆周等间隔均匀分布的8组三角形永磁单元(4)组成；所述转子铁心(2-1)由若干个与转轴圆心所不同的偏心圆圆弧(2-2)沿圆周等间隔均匀分布构成转子铁心(2-1)的不均匀外径，且转子铁心(2-1)中包含8个开口朝径向外侧呈V型布置的闭口槽(4-4)以及8个在偏心圆圆弧(2-2)径向内侧开口的弧形开口槽(4-3)；所述每组三角形永磁单元(4)包含两块布置在V型闭口槽(4-4)中的长条形永磁体(4-2-1)、(4-2-2)以及一块放置在弧形开口槽(4-3)中的异形永磁体(4-1-1)，且异形永磁体(4-1-1)径向外侧弧线与偏心圆圆弧(2-2)重合。
2.根据权利要求1所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述六相双Y形接线法，由两套互差30°电角度的三相对称绕组构成双Y形六相绕组(1-2)具有十二个平均分布的相带，每个相带所占的电角度为30°，十二个相带依次按照A1、A2、-C1、-C2、B1、B2、-A1、-A2、C1、C2、-B1、-B2的方式排列。
3.根据权利要求1所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述转子铁心(2-1)不均匀外径由8个与转轴圆心O所不同的偏心圆圆弧(2-2)所组成，由此与定子(1)内径共同构建呈不均匀气隙，且每个偏心圆圆弧(2-2)所偏离转轴圆心O的距离，设为偏心距O`。
4.根据权利要求3所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述偏心距O`的大小与转子外径、最大气隙gmax、最小气隙gmin、偏心角度θ有关，气隙的函数如下：
式中，Di1为定子内径，单位mm；θ1为磁极半跨距角，θ1＝αp·2π/2p；p为极对数；O`为磁极偏心距；Rp为磁极半径，X轴为定子内径，Y轴为中心线。
5.根据权利要求1所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述转子(2)上开有8组沿圆周间隔且等距分布的通槽，每组通槽包括一个开口朝径向外侧呈V型布置的闭口槽(4-4)、一个在偏心圆圆弧(2-2)径向内侧开口的弧形开口槽(4-3)；其中永磁体固定嵌在两种通槽内，共同构成三角形永磁单元(4)。
6.根据权利要求5所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述弧形开口槽(4-3)沿构成转子铁心(2-1)不均匀外径的偏心圆圆弧(2-2)等间隔均匀分布；所述V型闭口通槽(4-4)，其V字开口方向朝向径向外侧，包括两个等长直侧翼通槽。
7.根据权利要求5所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述三角形永磁单元(4)包括径向内层V型永磁组(4-2)和径向外层异形永磁组(4-1)，所述内层V型永磁组(4-2)为两块长条形永磁体呈V形分别布置在V型通槽的两个等长直侧翼通槽内，所述外层异形永磁组(4-1)由一块径向外侧为弧形，且弧形与偏心圆圆弧一致，径向内侧为直底边的异形永磁体(4-1-1)组成，并布置在径向内层的弧形开口槽(4-3)中。
8.根据权利要求7所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述V型永磁组(4-2)的两块长条形永磁体(4-2-1)、(4-2-2)均沿着与该永磁体长度垂直的方向相对充磁，所述异形永磁组(4-1)的异形永磁体(4-1-1)充磁方向为沿径向方向充磁，且每相邻两组三角形永磁单元(4)中的永磁体充磁方向相反。
9.根据权利要求7所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述长条形永磁体(4-2-1)、(4-2-2)在沿其内部放置的永磁体长度方向的两端延伸有磁隔(4-5)，一并固定嵌满在所述V型闭口通槽(4-4)内；所述V型闭口通槽(4-4)的两个等长直侧翼内填充环氧树脂基复合材料构成磁障(4-5)。
10.根据权利要求5所述一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构，其特征在于，所述三角形永磁单元(4)中的永磁体均采用钕铁硼材料。
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|---|---|---|---|
| CN202310830888.0A CN116961269A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116961269A true CN116961269A (zh) | 2023-10-27 |
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ID=88454048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310830888.0A Pending CN116961269A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种具有不均匀气隙的六相永磁同步电机结构 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN116961269A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009278860A (ja) * | 2009-06-26 | 2009-11-26 | Hitachi Ltd | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 |
| CN103219851A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-07-24 | 山东理工大学 | 一种汽车无空转系统用电机 |
| CN207410130U (zh) * | 2017-10-11 | 2018-05-25 | 哈尔滨理工大学 | 一种混合式新型永磁同步电机转子结构 |
| CN108471211A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-31 | 哈尔滨理工大学 | 一种提高永磁同步电机弱磁扩速性能的转子结构 |
| CN112366838A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-12 | 杭州洲钜电子科技有限公司 | 基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机 |
-
2023
- 2023-07-06 CN CN202310830888.0A patent/CN116961269A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009278860A (ja) * | 2009-06-26 | 2009-11-26 | Hitachi Ltd | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 |
| CN103219851A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-07-24 | 山东理工大学 | 一种汽车无空转系统用电机 |
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| CN112366838A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-12 | 杭州洲钜电子科技有限公司 | 基于组合磁极的表贴-内置式无轴承永磁同步电机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 余和青，陈揆能 等: "采用气隙不均匀改善永磁同步电机性能", 《微电机》, vol. 48, no. 7, 31 July 2015 (2015-07-31), pages 22 - 25 * |
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