一种表贴式永磁同步电机及设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107634632A(43)申请公布日2018.01.26(21)申请号201710999463.7(22)申请日2017.10.24(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人赵文祥朱生道吉敬华郑军强(51)Int.Cl.H02K21/16(2006.01)H02K1/27(2006.01)H02K1/14(2006.01)H02K3/04(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种表贴式永磁同步电机及设计方法(57)摘要本发明公开了一种表贴式永磁同步电机及设计方法。定子铁芯沿周向开槽，定子齿为采用平行齿形式，每槽放置两层绕组，绕组连接形式采用三相分数槽集中绕组。转子结构永磁体和合金护套装配后贴合在转子铁芯外表面，合金护套结构特征如下：护套为笼型结构，笼型导条为扁平状，具有一定深度，端部使用圆环将护套导条连接形成一个整体。笼型结构护套槽口呈内宽外窄状，永磁体可从内部向外嵌套安装，因此可以对永磁体提供足够的支撑力。其优点在于这种护套结构不会增加电机的等效气隙长度，在其他结构参数不变的前提下，可以有效地提高转矩密度和减小转子结构涡流损耗，同时电机运行时转子结构的安全可靠可以得到保证。CN107634632ACN107634632A权利要求书1/2页1.一种表贴式永磁同步电机，其特征在于，包含定子(1)，转子(2)，定子(1)和转子(2)之间具有气隙；定子(1)沿圆周均匀开槽形成定子槽(12)和定子齿(13)，定子槽(12)内放置有电枢绕组(14)，转子(2)由三部分组成，为转子铁芯(21)、永磁体(22)和合金护套；合金护套为笼型结构，由两端的端部圆环(24)以及中间均匀布置的若干导条(23)组成，导条(23)与端部圆环(24)连接为一个整体，同时留下槽口(25)用来放置永磁体(22)；槽口(25)与永磁体(22)的形状与大小一致，永磁体(22)可从合金护套内侧装配。2.根据权利要求1所述一种表贴式永磁同步电机，其特征是：电枢绕组(14)绕制在定子齿(13)上，电机定子齿(13)采用平行齿结构，电枢绕组(14)采用双层分数槽集中绕组的方式。3.根据权利要求1所述一种表贴式永磁同步电机，其特征是：转子(2)的合金护套和永磁体(22)为梯形台形状，永磁体(22)从合金护套内侧安装，二者紧密接触，合金护套为永磁体(22)提供足够的支撑力。4.一种表贴式永磁同步电机的设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：步骤1，确定表贴式永磁同步电机的基本结构参数，包括电机尺寸，极槽配合，结构材料，并优化定子槽口Bs0、槽宽Bs1和槽深Hs2的大小，使用有限元计算的方法使电机满足较好的电磁与机械性能；步骤2，确定电机转子永磁体(22)的极弧系数和削角角度α，以此来控制永磁体的形状，得出永磁体(22)最佳的极弧系数和削角角度α的组合，具体的优化策略为使电机的削角角度α从0°开始每隔1°递增，削角角度α逐渐增大的同时，t1、t2的数值随之分别呈现出递增和递减的结果，t1、t2分别为合金护套导条外表面切向宽度和永磁体外表面切向宽度；步骤3，根据永磁体(22)优化后得出的极弧系数和削角角度α的形状，将每两块相邻永磁体(22)之间的空隙使用金属导条(23)填满，并将所有导条(23)两端端部使用圆环(24)将其连接为一个整体；要求永磁体(22)和合金护套紧密贴合，在电机在一定转速运行时，合金护套为永磁体(22)提供足够的支撑力，避免永磁体(22)受离心力的作用而损坏；步骤4，电机转子合金护套与永磁体(22)紧密配合并安装于转轴上，所设计合金护套为内嵌式，而电机的气隙磁密与气隙长度成反比，较大的气隙长度不利于电机磁密的提升，电机磁密可以表示为下式：式中，Fδ为气隙磁动势，Λ为气隙磁导，Kδ为气隙系数，μ0为气隙磁导率；步骤5，表贴式永磁电机强度分析可使用材料力学中旋转圆盘和厚壁圆筒理论建立机械稳定方程，为保证护套和永磁体(22)的安全可靠，护套和永磁体(22)所受的最大拉力要小于材料的许用应力，护套和永磁体σSleeve所受拉力σPM、σSleeve表示为：σPM＝σp+σt1-σc1＜[σ1]σSleeve＝σp+σc2＜[σ2]式中，σp为永磁体和护套之前的装配应力，由护套过盈装配所致；σt1为永磁体与转子铁芯的拉力，由二者之间的粘合剂所产生；σc1、σc2分别为永磁体和护套受到的离心拉力，由转2CN107634632A权利要求书2/2页子转动所致；[σi]为材料的许用应力，σsi为材料的抗拉强度，n为材料安全系数；新型内嵌式合金护套需要使用有限元计算的方法来对护套强度进行分析校验；步骤6，永磁体(22)在高温作用下会