專利名稱：同步永磁體機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步永磁體機器。更具體地，本發(fā)明涉及一種同步永磁體機器，其包括用于產(chǎn)生具有近似正弦的通量密度分布的磁場的永磁體設(shè)置，該永磁體設(shè)置包括具有基底、頂面和相對側(cè)的永磁體磁極，該頂面包括在相對側(cè)之間中間的中心區(qū)域以及在中心區(qū)域的任ー側(cè)與中心區(qū)域交會的彎曲側(cè)區(qū)域。
背景技術(shù)：
一種這樣的永磁體設(shè)置公開于下述公開物中0ptimum Design of Magnet Shapein Permanent-Magnet Synchronous Motors, L. Yong、Z. Jibin 和 L.Yongping, IEEETransactions on Magnetics, 2003 年 11 月第 39 卷第 6 期第 3523 至 3526 頁。這種永磁體設(shè)置中所用的永磁體磁極的形式示于附圖的圖I中。圖I示出了具有平坦基底I、頂面2和平行相對側(cè)3a、3b的永磁體磁極。頂面2包括在相對側(cè)3a、3b之間中間的平坦中心區(qū)域4以及在平坦中心區(qū)域4的任ー側(cè)的彎曲側(cè)區(qū)域5a、5b。彎曲側(cè)區(qū)域5a、5b在位置6a、6b處與平坦中心區(qū)域4交會。每個彎曲側(cè)區(qū)域5a、5b包括中心為“0”且半徑為“r”的圓7的一段弧。中心0位于直線9上，該直線9 (i)以直角與基底I和頂面2的中心區(qū)域4相交，并且(ii)位于相對側(cè)3a、3b之間的中間。圖I的永磁體磁極具有如下缺點其在同步永磁體機器中產(chǎn)生可觀的轉(zhuǎn)矩脈動。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種同步永磁體機器，其包括用于產(chǎn)生具有近似正弦的通量密度分布的磁場的永磁體設(shè)置，該永磁體設(shè)置包括具有基底、頂面和相對側(cè)的永磁體磁扱，該頂面包括在相對側(cè)之間中間的中心區(qū)域以及在所述中心區(qū)域的任ー側(cè)與所述中心區(qū)域交會的彎曲側(cè)區(qū)域，特征在于在所述彎曲側(cè)區(qū)域與所述中心區(qū)域交會處所述頂面的斜度是連續(xù)的。


現(xiàn)在將參考附圖通過示例方式描述本發(fā)明，附圖中
已經(jīng)提到的圖I示出了在同步永磁體機器中使用的公知永磁體磁極；
圖2和圖3分別示出了根據(jù)本發(fā)明用于同步永磁體機器中的第一和第二永磁體磁極；圖4和圖5分別示出了可以使用圖2和圖3的永磁體磁極的第一和第二同步永磁體機器；以及
圖6和圖7分別示出了根據(jù)本發(fā)明的用于同步永磁體機器中的第三和第四永磁體磁扱。
具體實施方式
圖2示出了具有平坦基底11、頂面12和平行相對側(cè)13a、13b的永磁體磁極。頂面12包括在相對側(cè)13a、13b之間中間的平坦中心區(qū)域14以及在平坦中心區(qū)域14的任ー側(cè)的彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b。彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b在位置16a、16b處交會于平坦中心區(qū)域14。彎曲側(cè)區(qū)域15a包括中心為“01”且半徑為“rl”的圓17a的一段弧。中心01在直線19的ー側(cè)偏離距離“dl”，該直線19 (i)以直角與基底11和頂面12的中心區(qū)域14相交并且(ii)位于相對側(cè)13a、13b之間的中間。距離dl等于沿中心區(qū)域14在直線19和中心區(qū)域14與彎曲側(cè)區(qū)域15a交會的位置16a之間的距離。中心01和位置16a之間的距離等于半徑rl。彎曲側(cè)區(qū)域15b包括中心為“ 02”且半徑為“r2”的圓17b的一段弧，該半徑r2等于rl。中心02相對于圓17a的中心01在直線19的另ー側(cè)偏離距離“d2”。距離d2等于距離dl并且是沿中心區(qū)域14在直線19和中心區(qū)域14與彎曲側(cè)區(qū)域15b交會的位置16b之間的距離。類似于中心01，在中心02和位置16b之間的距離等于半徑r2。
能夠看出在彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b與中心區(qū)域14交會的位置16a、16b處，頂面12的斜度或坡度是連續(xù)的，即在位置16a、16b處，頂面12的斜度或坡度不存在間斷。換言之，頂面12在彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b和中心區(qū)域14之間平滑過渡，而其斜度或坡度沒有突然變化。平坦中心區(qū)域14在位置16a、16b處與彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b相切。圖2的永磁體磁極的彎曲側(cè)區(qū)域15a、15b和中心區(qū)域14之間的連續(xù)關(guān)系將不同于圖I的公知永磁體磁極的彎曲側(cè)區(qū)域5a、5b和中心區(qū)域4之間的間斷關(guān)系。在圖I的永磁體磁極中，在彎曲側(cè)區(qū)域5a、5b和中心區(qū)域4交會的位置6a、6b處，永磁體磁極的頂面2的斜度或坡度存在間斷。圖I的永磁體磁極的連續(xù)關(guān)系具有如下優(yōu)點，即其顯著減小了同步永磁體機器中的轉(zhuǎn)矩脈動，這將在下文中被解釋。在同步永磁體機器中，由于在同步永磁體機器的永磁體設(shè)置所產(chǎn)生的磁場的通量密度分布中存在不良諧波，所以會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。這些不良諧波存在的原因在于磁場的通量密度分布不是精確正弦的。通量密度分布越遠離精確正弦，則不良諧波越大。通過去除圖I中永磁體磁極在位置6a、6b處存在的間斷，圖2的永磁體磁極產(chǎn)生更接近正弦的通量密度分布，從而顯著減小了不良諧波。圖3示出了具有平坦基底21、頂面22和平行相對側(cè)23a、23b的永磁體磁極。頂面22包括在相對側(cè)23a、23b之間中間的平坦中心區(qū)域24以及在平坦中心區(qū)域24的任ー側(cè)的彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b。彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b在位置26a、26b處交會于平坦中心區(qū)域24。圖3的永磁體磁極相對于直線29對稱，該直線29 (i)以直角與基底21和頂面22的中心區(qū)域24相交并且(ii)位于相對側(cè)23a、23b之間的中間。每個彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b是正弦形式并且可以由如下等式表示
/ = / ! + /i2.cos((x.,(1)，
其中h是彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b上的位置在平坦基底21上方的豎直高度，hi是相對側(cè)23a、23b的豎直高度，h2是彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b的豎直高度，x是彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b上的位置距彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b與中心區(qū)域24交會的位置26a、26b的水平距離，并且xl是當相鄰永磁體磁極(例如圖3的永磁體磁極)在同步永磁體機器中就位(下文將更詳細地說明)時所述相鄰永磁體磁極的相鄰位置26a、26b之間的水平距離。能夠看出，彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b與中心區(qū)域24交會的位置26a、26b對應(yīng)于彎曲側(cè)區(qū)域的正弦形式的峰值。因此，在位置26a、26b處，頂面22的斜度或坡度是連續(xù)的，即在位置26a、26b處，頂面22的斜度或坡度不存在間斷。換言之，頂面22在彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b和中心區(qū)域24之間平滑過渡而其斜度或坡度沒有突然變化。平坦中心區(qū)域24在位置26a、26b處相切于彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b。由于上文中關(guān)于圖2的永磁體磁極所給出的相同原因，在圖3的永磁體磁極中，彎曲側(cè)區(qū)域25a、25b和中心區(qū)域24之間的連續(xù)關(guān)系顯著減少了同步永磁體機器中的轉(zhuǎn)矩脈動。
圖4的第一同步永磁體機器是旋轉(zhuǎn)類型的并且包括轉(zhuǎn)子31和定子32。在轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體設(shè)置，其包括正極性的兩個對置磁極33a、33b以及負極性的兩個對置磁極33c、33d。磁極33a、33b、33c、33d可以是例如圖2和圖3的磁極。磁極33a、33b和磁極33c、33d繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線A (其進入且穿出圖4的紙面)相對彼此呈90度布置。在定子上安裝有繞組34 (繞組的導(dǎo)體延伸進入和穿出圖4的紙面)。在同步永磁體機器運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子31在定子32內(nèi)旋轉(zhuǎn)。圖5的第二同步永磁體機器是線性類型的并且包括平行的細長安裝件41、被置于安裝件之間的通道43內(nèi)在安裝件之間中間的繞組42、以及在安裝件和繞組之間被安裝在每個安裝件上的永磁體設(shè)置，該永磁體設(shè)置包括由磁極44a、44b、44c構(gòu)成的線性陣列且相鄰磁極具有相反極性。磁極44a、44b、44c可以例如是圖2和圖3的磁極。繞組的導(dǎo)體延伸進入和穿出圖5中的紙面。在同步永磁體機器運轉(zhuǎn)時,在安裝件41 (及其磁極44a、44b、44c)和繞組42之間在圖5中水平地存在相對運動。圖5關(guān)于姆個磁極44a、44b、44c不出了圖3的位置26a、26b。關(guān)于一對相鄰磁極44a,44b,圖5示出了圖3的距離xl。距離xl是磁極44a的位置26b和相鄰磁極44b的相鄰位置26a之間的水平距離。應(yīng)該注意到，在圖4的第一同步永磁體機器中，距離xl將在周向相鄰的磁極之間周向地圍繞轉(zhuǎn)子。圖6示出了與圖2的永磁體磁極相同的永磁體磁極，不同之處在于(i)磁極的基底51不再是平坦的而是包括半徑為r3的圓60的一段弧，并且(ii)磁極的頂面52的中心區(qū)域54也不再是平坦的而是包括半徑為r4的圓61的一段弧。兩個圓60、61的中心(未示出)位于直線59上，該直線59 (i)以直角與基底51和頂面52的中心區(qū)域54相交并且(ii)位于相對側(cè)53a、53b之間的中間。中心為01且半徑為rl的圓17a在位置66a處鄰接圓61，其中在位置66a處彎曲側(cè)區(qū)域65a交會于中心區(qū)域54。因此，在位置66a處，圓17a和圓61共用公共切線。類似地，中心為02且半徑為r2的圓17b在位置66b處鄰接圓61，其中在位置66b處彎曲側(cè)區(qū)域65b交會于中心區(qū)域54，使得在位置66b處，圓17b和圓61也共用公共切線。由于這些公共切線的原因，在彎曲側(cè)區(qū)域65a、65b與中心區(qū)域54交會的位置66a、66b處，頂面52的斜度或坡度是連續(xù)的，即在位置66a、66b處頂面52的斜度或坡度不存在間斷。彎曲側(cè)區(qū)域65a、65b和中心區(qū)域54之間的連續(xù)關(guān)系顯著減小了同步永磁體機器中的轉(zhuǎn)矩脈動。圖6的永磁體磁極適用于安裝在內(nèi)部轉(zhuǎn)子上，即磁極的基底51將被安裝在內(nèi)部轉(zhuǎn)子上。圖6的永磁體磁極的變型將是，基底51是平坦的。
圖7示出了與圖2的永磁體磁極相同的永磁體磁極，不同之處在于⑴磁極的基底71不再是平坦的而是包括半徑為r5的圓70的一段弧，并且(ii)磁極的頂面72的中心區(qū)域74也不再是平坦的而是包括半徑為r6的圓77的一段弧。兩個圓70、77的中心(未示出)位于直線79上，該直線79 (i)以直角與基底71和頂面72的中心區(qū)域74相交并且(ii)位于相對側(cè)73a、73b之間的中間。中心為01且半徑為rl的圓17a在位置76a處鄰接圓77，其中在位置76a處彎曲側(cè)區(qū)域75a交會于中心區(qū)域74。因此，在位置76a處，圓17a和圓77共用公共切線。類似地，中心為02且半徑為r2的圓17b在位置76b處鄰接圓77，其中在位置76b處彎曲側(cè)區(qū)域75b交會于中心區(qū)域74，使得在位置76b處，圓17b和圓77也共用公共切線。由于這些公共切線的原因，在彎曲側(cè)區(qū)域75a、75b與中心區(qū)域74交會的位置76a、76b處，頂面72的斜度或坡度是連續(xù)的，即在位置76a、76b處頂面72的斜度或坡度不存在間斷。彎曲側(cè)區(qū)域75a、75b和中心區(qū)域74之間的連續(xù)關(guān)系顯著減小了同步永磁體機器中 的轉(zhuǎn)矩脈動。圖7的永磁體磁極適用于安裝在外部轉(zhuǎn)子上，即磁極的基底71將被安裝在外部轉(zhuǎn)子上。圖7的永磁體磁極的變型將是，基底71是平坦的。應(yīng)該注意到，圖2、圖3、圖6和圖7的永磁體磁極產(chǎn)生的磁場的通量密度分布有意地具有顯著的三次諧波分量。這是因為三次諧波分量的作用是增加轉(zhuǎn)矩，并且其可能的是在不增加轉(zhuǎn)矩脈動的情況下具有三次諧波分量。
權(quán)利要求
1.一種同步永磁體機器，包括用于產(chǎn)生具有近似正弦的通量密度分布的磁場的永磁體設(shè)置，該永磁體設(shè)置包括具有基底(11、21、51、71)、頂面(12、22、52、72)和相對側(cè)(13a、13b、23a、23b、53a、53b、73a、73b)的永磁體磁極，該頂面(12、22、52、72)包括在所述相對側(cè)(13a、13b、23a、23b、53a、53b、73a、73b)之間中間的中心區(qū)域(14、24、54、74)以及在所述中心區(qū)域(14、24、54、74)的任ー側(cè)與所述中心區(qū)域(14、24、54、74)交會的彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、25a、25b、65a、65b、75a、75b)，其特征在于在所述彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、25a、25b、65a、65b、75a、75b)與所述中心區(qū)域(14、24、54、74)交會處(16a、16b、26a、26b、66a、66b、76a、76b)所述頂面(12、22、52、72)的斜度是連續(xù)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步永磁體機器，其中每個彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、65a、65b、75&、7510包括圓(17&、1713)的一段弧，該圓(17&、1710的中心(01、02)偏離于直線(19、59、79)，該直線(19、59、79)以直角與所述基底(11、51、71)和頂面(12、52、72)相交并且位于所述相對側(cè)(13a、13b、53a、53b、73a、73b)之間的中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步永磁體機器，其中所述彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、65a、65b、75a、75b)包括第一和第二彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、65a、65b、75a、75b)，所述第一彎曲側(cè)區(qū)域(15a、65a、75a)包括具有第一中心(01)和第一半徑(rl)的第一圓(17a)的一段弧，該第一中心(01)在所述直線(19、59、79)的一側(cè)偏離第一距離(dl )，該第一距離(dl)等于在所述直線(19、59、79)和所述第一彎曲側(cè)區(qū)域(15a、65a、75a)與所述中心區(qū)域(14、54、74)交會的第一位置(16a、66a、76a)之間的垂直距離,在所述第一中心(01)和所述第一位置(16a、66a、76a)之間的距離等于所述第一半徑(rl)，所述第二彎曲側(cè)區(qū)域(15b、65b、75b)包括具有第二中心(02)和等于所述第一半徑(rl)的第二半徑(r2)的第二圓(17b)的一段弧，該第二中心(02)相對于所述第一中心(01)在所述直線(19、59、79)的另ー側(cè)偏離第二距離(d2)，該第二距離(d2)等于所述第一距離(dl)并且是在所述直線(19、59、79)和所述第二彎曲側(cè)區(qū)域(1513、6513、7513)與所述中心區(qū)域(14、54、74)交會的第ニ位置(1613、6613、7613)之間的垂直距離，在所述第二中心(02)和所述第二位置(16b、66b、76b)之間的距離等于第二半徑(r2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的同步永磁體機器，其中所述基底(11)和所述中心區(qū)域(14)是平坦的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的同步永磁體機器，其中所述基底(51)相對于所述永磁體磁極向內(nèi)彎曲，并且所述中心區(qū)域(54)相對于所述永磁體磁極向外彎曲。
6.根據(jù)從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求5所述的同步永磁體機器，其中所述基底(51)包括具有第三中心和第三半徑(r3)的第三圓(60)的一段弧，并且所述中心區(qū)域(54)包括具有第四中心和第四半徑(r4)的第四圓(61)的一段弧，所述第三和第四中心位于所述直線(59)上,所述第一圓(17a)在所述第一位置(66a)鄰接所述第四圓(61),所述第二圓(17b)在所述第二位置(66b)鄰接所述第四圓(61)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的同步永磁體機器，其中所述基底(71)相對于所述永磁體磁極向外彎曲，并且所述中心區(qū)域(74)相對于所述永磁體磁極向內(nèi)彎曲。
8.根據(jù)從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求7所述的同步永磁體機器，其中所述基底(71)包括具有第三中心和第三半徑(r5)的第三圓(70)的一段弧，并且所述中心區(qū)域(74)包括具有第四中心和第四半徑(r6)的第四圓(77)的一段弧，所述第三和第四中心位于所述直線(79)上，所述第一圓(17a)在所述第一位置(76a)鄰接所述第四圓(77)，所述第ニ圓(17b)在所述第二位置(76b)鄰接所述第四圓(77)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步永磁體機器，其中每個彎曲側(cè)區(qū)域(25a、25b)是正弦形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步永磁體機器，其中每個彎曲側(cè)區(qū)域(25a、25b)由如下等式表不
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的同步永磁體機器，其中所述基底(21)和所述中心區(qū)域(24)是平坦的，并且所述彎曲側(cè)區(qū)域(25a、25b )與所述中心區(qū)域(24 )交會的所述位置(26a、26b)對應(yīng)于所述彎曲側(cè)區(qū)域(25a、25b)的所述正弦形式的峰值(26a、26b)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步永磁體機器，其包括用于產(chǎn)生具有近似正弦的通量密度分布的磁場的永磁體設(shè)置，該永磁體設(shè)置包括具有基底(11、21、51、71)、頂面(12、22、52、72)和相對側(cè)(13a、13b、23a、23b、53a、53b、73a、73b)的永磁體磁極，該頂面包括在所述相對側(cè)之間中間的中心區(qū)域(14、24、54、74)以及在所述中心區(qū)域的任一側(cè)與所述中心區(qū)域交會的彎曲側(cè)區(qū)域(15a、15b、25a、25b、65a、65b、75a、75b)，其特征在于在所述彎曲側(cè)區(qū)域與所述中心區(qū)域交會處(16a、16b、26a、26b、66a、66b、76a、76b)所述頂面的斜度是連續(xù)的。
文檔編號H02K1/06GK102790450SQ20121015530
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者J-T.陳, Z-Q.朱 申請人:西門子公司