磁環(huán)結(jié)構(gòu)及使用其的永磁同步電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種磁環(huán)結(jié)構(gòu)及使用其的永磁同步電機(jī)，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)包括粘性填充物、永磁材料、磁極，其特征在于：該磁環(huán)的磁極上表面形狀為圓弧，磁極下表面形狀為圓形，兩極之間為所述粘性填充物，整體仍然是環(huán)形；磁環(huán)的相鄰兩個磁極之間為非充磁的永磁材料，連接相鄰兩個磁極的最小厚度處形成一條直線。該磁環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計用于產(chǎn)生近似正弦形狀分布的氣隙磁場，降低或消除高次諧波，提高電機(jī)的整體性能。
【專利說明】磁環(huán)結(jié)構(gòu)及使用其的永磁同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)，更具體涉及一種優(yōu)化形狀的磁環(huán)結(jié)構(gòu)以及使用其的永磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了產(chǎn)生較高強(qiáng)度的氣隙磁場，永磁同步電機(jī)目前普遍使用性能較高的稀土永磁材料。對于小功率、小體積的永磁同步電機(jī)，勵磁永磁體普遍采用多極環(huán)形永磁體，即磁環(huán)。多極環(huán)形永磁體是指在圓環(huán)外圓周或內(nèi)圓周充以多對(≥ 2)磁極的磁體。圖1展示的是一種最常見的5對極的徑向充磁磁環(huán)，其特征是內(nèi)外表面均為圓形，且為同心圓，圓環(huán)厚度均勻一致。對應(yīng)的電機(jī)氣隙磁通密度波形如圖2所示。顯而易見，氣隙磁通密度波形正弦性較差，波形畸變嚴(yán)重，含有較為豐富的高次諧波。高次諧波不僅增加鐵心損耗，而且引起電機(jī)的震動、噪聲。此外，也降低電機(jī)的控制精度，導(dǎo)致電機(jī)的整體性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決上述問題而提出的，其主要目的在于產(chǎn)生較為正弦的氣隙磁通密度波形。本發(fā)明提出一種優(yōu)化形狀的磁環(huán)結(jié)構(gòu)及使用其的永磁同步電機(jī)。該磁環(huán)的永磁體磁極連接為一個整體，磁極的上表面形狀為圓弧，下表面形狀為圓形，兩極之間為粘性填充物，整體仍然是環(huán)形，該磁環(huán)直接熱套在轉(zhuǎn)子軸上。該磁環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計用于產(chǎn)生近似正弦形狀分布的氣隙磁場，降低或消除高次諧波，提高電機(jī)的整體性能。
[0004]本發(fā)明的第一方面提供了一種磁環(huán)結(jié)構(gòu)，包括粘性填充物、永磁材料、磁極，其特征在于:該磁環(huán)的磁極上表面形狀為圓弧，磁極下表面形狀為圓形，兩極之間為所述粘性填充物，整體仍然是環(huán)形；磁環(huán)的相鄰兩個磁極之間為非充磁的永磁材料，連接相鄰兩個磁極的最小厚度處形成一條直線。
[0005]優(yōu)選的，所述每個磁極占有的空間機(jī)械角度:Θ =360° /M，其中，M為磁極數(shù)。
[0006]優(yōu)選的，該磁環(huán)磁極的充磁部分的機(jī)械角度為Θ i，該磁環(huán)磁極的非充磁部分的機(jī)械角度為θ2，其中，QjP θ2之間的關(guān)系為:0,(0.75-0.9) Θ，θ2=θ-θ10
[0007]優(yōu)選的，當(dāng)該磁環(huán)結(jié)構(gòu)用于Μ=10、Ν=12的永磁同步電機(jī),所述θ 1=31°、Θ 2=5°。
[0008]優(yōu)選的,磁環(huán)磁極厚度最大值為hMax,最小值為hMin,則最大值和最小值之間關(guān)系為:hMin=(0.4 ~0.0.65)hmax。
[0009]優(yōu)選的,磁環(huán)磁極厚度最大值和最小值的關(guān)系為:hMin=0.54hmax。
[0010]優(yōu)選的,基于Θ ! > hMax和hMin來確定磁環(huán)磁極外圓弧半徑。
[0011 ] 優(yōu)選的，非充磁的永磁材料的表面形狀是平面結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選的，所述磁環(huán)的磁極的充磁方式為平行充磁或徑向充磁。
[0013]優(yōu)選的,磁極最大厚度處粘性填充物厚度為0.1~Imm,優(yōu)選的,0.3mm。
[0014]本發(fā)明的第二方面，提供了一種永磁同步電機(jī)，包括:電機(jī)繞組、電機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，其特征在于，該電機(jī)還包括上述磁環(huán)結(jié)構(gòu)。[0015]優(yōu)選的，采用熱套的工藝，將磁環(huán)結(jié)構(gòu)直接安裝在轉(zhuǎn)子上。
[0016] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:該磁環(huán)的設(shè)計用于產(chǎn)生近似正弦形狀分布的氣隙磁場，降低或消除高次諧波，提高電機(jī)的整體性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的磁環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是一現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)氣隙磁通密度波形圖。
[0019]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)氣隙磁通密度波形的諧波幅值。
[0020]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例磁環(huán)2-D示意圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例磁環(huán)3-D結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是一本發(fā)明磁環(huán)的磁極平行充磁示意圖。
[0023]圖7是一本發(fā)明磁環(huán)的磁極徑向充磁示意圖。
[0024]圖8是本發(fā)明實(shí)施例電機(jī)的氣隙磁通密度波形圖。
[0025]圖9是一本發(fā)明實(shí)施例電機(jī)的氣隙磁通密度波形的諧波幅值。
[0026]圖10是本發(fā)明實(shí)施例永磁同步電機(jī)示意剖面圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明:
[0028]1-常規(guī)磁環(huán)；2_常規(guī)磁環(huán)N極；3_常規(guī)磁環(huán)S極；4_磁環(huán)；5_磁環(huán)粘性填充物；6-磁環(huán)N極；7_磁環(huán)S極；8_永磁同步電機(jī)；9_永磁同步電機(jī)繞組；10-永磁同步電機(jī)定子鐵芯；11-永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面參照附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的永磁同步電機(jī)，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以下示例的實(shí)施方式。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，磁環(huán)具有在圖4和圖5中示意的兩部分材料:粘性填充物5和永磁材料6。
[0031]將永磁同步電機(jī)的磁極數(shù)設(shè)為M，定子槽數(shù)N，參考例和實(shí)施例均為磁極數(shù)M=10、


360°
N=12。每極占有的空間機(jī)械角度4 = ^ =

M
[0032]設(shè)本發(fā)明磁環(huán)磁極充磁部分的機(jī)械角度為Θ i，磁極非充磁部分的機(jī)械角度為θ2,如圖4所示。一般情況下θ 1=(0.75~0.9) θ，θ 2= θ - Θ i。針對Μ=10、Ν=12永磁同步電機(jī)，優(yōu)選的，9:=31°、θ2=5°。
[0033]磁環(huán)磁極厚度最大值為hMax，最小值為hMin，則最大值和最小值之間關(guān)系為:hmn_(0.4 ~0.0.65) hmax, hMin-0.54hmax。
[0034]基于Qphsiax和hMin來確定磁環(huán)磁極外圓弧半徑，圓弧的弧度角即為θ1()
[0035]本發(fā)明磁環(huán)的相鄰兩個磁極之間為非充磁的永磁材料。這部分永磁材料的表面形狀可以按下面方式實(shí)現(xiàn)。連接相鄰兩個磁極的最小厚度處形成一條直線，所占機(jī)械角度為θ2,如圖4所示。將圖4展示的2-D結(jié)構(gòu),沿軸向拉伸，形成3-D結(jié)構(gòu),如圖5所示。非充磁的永磁材料的表面形狀是平面。但非充磁永磁材料的表面形狀的實(shí)現(xiàn)方式不局限上述方式，對于適當(dāng)變更形成形狀，仍然屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。[0036]本發(fā)明磁環(huán)的磁極的充磁方式主要有兩種，平行充磁和徑向充磁，如圖6和圖7所示。優(yōu)選的，平行充磁。
[0037]為了增強(qiáng)本發(fā)明磁環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度，在磁極之間以及磁極表面覆蓋一層粘性填充物5，如圖4和圖5所示。磁極最大厚度處粘性填充物厚度為0.1?1mm，實(shí)施例，優(yōu)選的0.3mm。
[0038]對粘性填充物5進(jìn)行加工處理，保證最后形成的磁環(huán)外表面仍然是一個圓形，如圖4所示。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例的永磁同步電機(jī)如圖10所示。主要部分包括:磁環(huán)4、電機(jī)繞組9、電機(jī)定子鐵芯10和轉(zhuǎn)子11。
[0040]實(shí)施例中永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子11只包含軸，對于含有轉(zhuǎn)子鐵芯的適當(dāng)變更的轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)仍然屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0041]優(yōu)選的，采用熱套的工藝，將磁環(huán)4直接安裝在轉(zhuǎn)子11上。
[0042]實(shí)施例中永磁同步電機(jī)磁極數(shù)M=10、定子槽數(shù)N=12,對于適當(dāng)變更磁極數(shù)M和定子槽數(shù)，基于上述方式形成的永磁同步電機(jī)，其仍然屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0043]以上，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了簡要說明，但如果是所謂的本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明重要內(nèi)容的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)變更，而且也可以適當(dāng)組合利用基于上述實(shí)施方式和變更例的方法。換句話說，即使是這樣的加以變更等的技術(shù)也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁環(huán)結(jié)構(gòu)，包括粘性填充物、永磁材料、磁極，其特征在于: 該磁環(huán)的磁極上表面形狀為圓弧，磁極下表面形狀為圓形，兩極之間為所述粘性填充物，整體仍然是環(huán)形；磁環(huán)的相鄰兩個磁極之間為非充磁的永磁材料，連接相鄰兩個磁極的最小厚度處形成一條直線。
2.如權(quán)利要求1所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 每個磁極占有的空間機(jī)械角度: θ=360° /Μ，其中，M為磁極。
3.如權(quán)利要求2所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 該磁環(huán)磁極的充磁部分的機(jī)械角度為G1，該磁環(huán)磁極的非充磁部分的機(jī)械角度為θ2，其中，Θ θ2 之間的關(guān)系為:0^(0.75-0.9) θ，θ2=θ-θ10
4.如權(quán)利要求3所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 當(dāng)該磁環(huán)結(jié)構(gòu)用于Μ=10、Ν=12的永磁同步電機(jī),所述θ 1=31°、Θ 2=5°。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述磁極厚度的最大值為hMax，磁極厚度的最小值為hMin，則最大值和最小值之間關(guān)系為:hMin=(0.4 ~0.0.65)hmax。
6.如權(quán)利要求5所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述磁極厚度最大值和最小值的關(guān)系為:hMin=0.54hmax。
7.如權(quán)利要求1所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 非充磁的永磁材料的表面形狀是平面結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述磁環(huán)的磁極的充磁方式為平行充磁或徑向充磁。
9.如權(quán)利要求1所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 磁極最大厚度處粘性填充物厚度為0.1~1mm。
10.一種永磁同步電機(jī)，包括:電機(jī)繞組、電機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，其特征在于，該電機(jī)還包括上述權(quán)利要求1-9中任一所述的磁環(huán)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02K1/22GK103956839SQ201410124171
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】任武, 許強(qiáng), 劉纘閣 申請人:湖北立銳機(jī)電有限公司