1.本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种内置式永磁同步电机。
背景技术：
2.永磁同步电机系统具有一系列优越性能，如转矩密度高、效率高、动态性能好等，在高端装备制造领域获得了广泛的应用。电机工作时产生的谐波磁场不仅会使电机表面振动而产生噪音，还会增加铁耗降低效率，除此之外，在三角形接法电机中，三次谐波磁场还会在角接绕组内产生环流，造成绕组发热，增加铜耗，进一步降低效率。所以如何调制谐波以降低噪音和提高电机的工作效率成为亟待解决的问题。
3.对于永磁同步电机效率提升和电磁振动噪声削弱方法的研究主要集中于改善气隙磁场，包括选择合适的极槽配合、改变极弧系数、优化定子齿，以及调整气隙长度，增设辅助槽等。
技术实现要素：
4.为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种内置式永磁同步电机，通过对转子铁芯的结构设计，采用非对称外沿，使转子铁芯的极弧满足本发明的特定条件，能够有效地削弱三次谐波以及多次谐波磁场的幅值，进而能够降低三角形绕组环路电流和气隙径向电磁力，从而提高电机工作效率和降低电机运行过程中的振动噪音。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种内置式永磁同步电机，包括
7.转子铁芯、设于转子铁芯上的磁铁槽、置于磁铁槽的磁极和定子铁芯；
8.所述磁极沿转子铁芯周向均匀分布；
9.所述转子铁芯外沿由极弧与圆弧首尾相接组成，所述极弧与圆弧交替设置；
10.将经过转子铁芯的轴心的任一磁极的中心线设为d轴，则一个极距内，极弧与定子铁芯内径间的气隙长度δ(θ)满足以下函数关系：
11.δ(θ)＝k(a)
·
δ
min
·
sec(π/2τ
p
·
θ)-a
·
cos(θ φ)
12.其中τ
p
为极距，δmin为气隙长度最小值，二次谐波的幅值a的取值满足4≤δmin/a≤6；k(a)的取值满足0.3≤k(a)≤0.5，δmin为气隙长度最小值，由工艺决定；相位角φ的取值满足45
°
≤φ≤75
°
；θ为空间位置角度，即极弧上的点与电机的圆心的连线相对于d轴偏离的角度。
13.优选的，在一个极弧长度内，所述转子铁芯的外沿距电机的圆心距离最远处位于d轴右侧。
14.优选的，所述电机的极弧系数满足以下条件：0.71≤极弧系数≤0.78。
15.优选的，所述δmin满足以下条件：0.4mm≤δmin≤0.6mm。
16.优选的，所述圆弧的圆心与电机的圆心重合。
17.优选的，所述定子铁芯设有多个定子齿，定子齿内径为圆弧，其圆心与电机的圆心
重合。
18.优选的，所述磁极为8个；所述定子齿为12个。
19.优选的，相邻两个定子齿之间形成有绕线槽，绕线槽中绕有分数槽集中绕组。
20.优选的，所述转子铁芯和定子铁芯由硅钢材料制成。
21.优选的，所述磁极根据极性交错分布。
22.优选的，定子铁芯的轭部为一体成型结构；定子铁芯还可以包括多个子轭部，每个子轭部上设有至少一个定子齿，所述多个子轭部首尾相连。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
24.本发明的内置式永磁同步电机，基于反余弦加非零相位二次谐波削弧，通过对转子铁芯的结构设计，采用非对称外沿，并且转子铁芯的极弧满足本发明的特定条件，能够有效地削弱三次谐波以及多次谐波磁场的幅值，进而能够降低三角形绕组环路电流和气隙径向电磁力，从而提高电机工作效率和降低电机运行过程中的振动噪音，提高电机的性能。
附图说明
25.图1为本发明的实施例中的内置式永磁同步电机的结构示意图。
26.图2为图1中a处的放大图。
27.图3为对比例的内置式永磁同步电机的结构示意图。
28.图4为本发明的实施例和对比例中的内置式永磁同步电机的三次谐波磁场含量对比图。
29.图5为本发明的实施例和对比例中的内置式永磁同步电机的a加权声压级最大值的对比图。
具体实施方式
30.下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
31.实施例
32.如图1～2所示，本实施例的内置式永磁同步电机，包括转子铁芯1、磁铁槽2、永磁体3和定子铁芯4；所述磁铁槽为多个，磁铁槽沿所述转子铁芯的周向均匀分布；永磁体3设置于所述磁铁槽内并形成磁极，相邻永磁体3极性交错分布。所述定子铁芯4设有多个定子齿，定子齿内径为圆弧，其圆心与电机的圆心重合。相邻两个定子齿之间形成有绕线槽；绕线槽中绕有分数槽集中绕组5。
33.如图1～2所示，本实施例的转子铁芯外沿由极弧与圆弧首尾相接组成，所述极弧与圆弧交替设置；在一个极距内，转子铁芯外沿包括一段极弧cc’、圆弧cd、圆弧c’d’。在本发明的某些实施例中，圆弧cd、圆弧c’d’的圆心与电机圆心重合，圆弧半径不大于0.9mm。
34.将经过转子铁芯的轴心的任一磁极的中心线设为d轴，所述转子铁芯的外沿距电机的圆心距离最远处位于d轴右侧；则一个极距内，极弧cc’与定子铁芯内径间的气隙长度δ(θ)满足以下函数关系：
35.δ(θ)＝k(a)
·
δ
min
·
sec(π/2τ
p
·
θ)-a
·
cos(θ φ)
36.其中τ
p
为极距，δmin为气隙长度最小值，二次谐波的幅值a的取值满足4≤δmin/a≤6；k(a)的取值满足0.3≤k(a)≤0.5，δmin为气隙长度最小值，由工艺决定，优选0.4mm≤δ
min≤0.6mm。相位角45
°
≤φ≤75
°
；θ为空间位置角度，即极弧上的点与电机的圆心的连线相对于d轴偏离的角度。
37.本实施例的二次谐波的幅值a的范围及相位φ的范围通过仿真实验获得。
38.在本发明的某些实施例中，转子铁芯与定子铁芯都为硅钢材料，磁铁槽内为相同牌号永磁体，保证永磁体剩磁基本一致。
39.在本发明的某些实施例中，定子齿上的圆弧的圆心与电机的圆心重合。
40.在本发明的某些实施例中，电机的极弧系数满足以下条件：0.71≤极弧系数≤0.78，可通过调整极弧系数及二次谐波的幅值和相位来削弱谐波磁场。
41.在本发明的某些实施例中，转子铁芯的磁极数为8，定子齿的数量为12个。
42.在本发明的某些实施例中，定子铁芯的轭部为一体成型结构；定子铁芯还可以包括多个子轭部，每个子轭部上设有至少一个定子齿，所述多个子轭部首尾相连。
43.在本发明的某些实施例中，转子铁芯，包含“一”型磁钢孔，磁钢孔也可以为“v”型。
44.为了证明本发明的内置式永磁同步电机的在提高电机工作效率和降低电机运行过程中的振动噪音方面的效果，本实施例设置了对比例，其转子如图3所示，外沿为圆形；除此外，对比例的内置式永磁同步电机的其他结构与本实施例相同。
45.测试对比例与本实施例的内置式永磁同步电机的三次谐波含量，结果如图4所示。本发明的内置式永磁同步电机中三次谐波含量为0.93％，对比例中的内置式永磁同步电机的三次谐波含量为8.62％。
46.测试对比例与本实施例的内置式永磁同步电机的a加权声压级最大值与本发明电机中a加权声压级最大值，结果如图5所示，本发明的内置式永磁同步电机的a加权声压级最大值为47.9dba，而对比例中的内置式永磁同步电机的a加权声压级最大值为59.9dba。
47.以上结果表明，本发明的内置式永磁同步电机能够有效地削弱三次谐波以及多次谐波磁场的幅值，进而能够降低三角形绕组环路电流和气隙径向电磁力，从而提高电机工作效率和降低电机运行过程中的振动噪音，提高电机的性能。
48.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。