CN103956839B - 磁环结构及使用其的永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种磁环结构及使用其的永磁同步电机，该磁环结构包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

Description

磁环结构及使用其的永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机，更具体涉及一种优化形状的磁环结构以及使用其的永磁同步电机。

背景技术

为了产生较高强度的气隙磁场，永磁同步电机目前普遍使用性能较高的稀土永磁材料。对于小功率、小体积的永磁同步电机，励磁永磁体普遍采用多极环形永磁体，即磁环。多极环形永磁体是指在圆环外圆周或内圆周充以多对(≥2)磁极的磁体。图1展示的是一种最常见的5对极的径向充磁磁环，其特征是内外表面均为圆形，且为同心圆，圆环厚度均匀一致。对应的电机气隙磁通密度波形如图2所示。显而易见，气隙磁通密度波形正弦性较差，波形畸变严重，含有较为丰富的高次谐波。高次谐波不仅增加铁心损耗，而且引起电机的震动、噪声。此外，也降低电机的控制精度，导致电机的整体性能下降。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于产生较为正弦的气隙磁通密度波形。本发明提出一种优化形状的磁环结构及使用其的永磁同步电机。该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的上表面形状为圆弧，下表面形状为圆形，两极之间为粘性填充物，整体仍然是环形，该磁环直接热套在转子轴上。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

本发明的第一方面提供了一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。

优选的，所述每个磁极占有的空间机械角度：θ＝360°/M，其中，M为磁极数。

优选的，该磁环磁极的充磁部分的机械角度为θ₁，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ₂，其中，θ₁和θ₂之间的关系为：θ₁＝(0.75～0.9)θ，θ₂＝θ-θ₁。

优选的，当该磁环结构用于M＝10、N＝12的永磁同步电机，所述θ₁＝31°、θ₂＝5°。

优选的，磁环磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min＝(0.4～0.65)h_max。

优选的，磁环磁极厚度最大值和最小值的关系为：h_Min＝0.54h_max。

优选的，基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径。

优选的，非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。

优选的，所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

优选的，磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm，优选的，0.3mm。

本发明的第二方面，提供了一种永磁同步电机，包括：电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述磁环结构。

优选的，采用热套的工艺，将磁环结构直接安装在转子上。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：该磁环的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

附图说明

图1是---现有技术中的磁环结构示意图。

图2是---现有技术中的电机气隙磁通密度波形图。

图3是---现有技术中的电机气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图4是---本发明的实施例磁环2-D示意图。

图5是---本发明的实施例磁环3-D结构示意图。

图6是---本发明磁环的磁极平行充磁示意图。

图7是---本发明磁环的磁极径向充磁示意图。

图8是---本发明实施例电机的气隙磁通密度波形图。

图9是---本发明实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图10是---本发明实施例永磁同步电机示意剖面图。

附图标记说明：

1-常规磁环；2-常规磁环N极；3-常规磁环S极；4-磁环；5-磁环粘性填充物；6-磁环N极；7-磁环S极；8-永磁同步电机；9-永磁同步电机绕组；10-永磁同步电机定子铁芯；11-永磁同步电机的转子。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具体说明根据本发明实施方式的永磁同步电机，本发明的实施方式不限于以下示例的实施方式。

根据本发明实施方式，磁环具有在图4和图5中示意的两部分材料：粘性填充物5和永磁材料6。

将永磁同步电机的磁极数设为M，定子槽数N，参考例和实施例均为磁极数M＝10、N＝12。每极占有的空间机械角度：

设本发明磁环磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，如图4所示。一般情况下θ₁＝(0.75～0.9)θ，θ₂＝θ-θ₁。针对M＝10、N＝12永磁同步电机，优选的，θ₁＝31°、θ₂＝5°。

磁环磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min＝(0.4～0.65)h_max，h_Min＝0.54h_max。

基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径，圆弧的弧度角即为θ₁。

本发明磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料。这部分永磁材料的表面形状可以按下面方式实现。连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线，所占机械角度为θ₂，如图4所示。将图4展示的2-D结构，沿轴向拉伸，形成3-D结构，如图5所示。非充磁的永磁材料的表面形状是平面。但非充磁永磁材料的表面形状的实现方式不局限上述方式，对于适当变更形成形状，仍然属于本发明的范围之内。

本发明磁环的磁极的充磁方式主要有两种，平行充磁和径向充磁，如图6和图7所示。优选的，平行充磁。

为了增强本发明磁环的机械强度，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物5，如图4和图5所示。磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm，实施例，优选的0.3mm。

对粘性填充物5进行加工处理，保证最后形成的磁环外表面仍然是一个圆形，如图4所示。

本发明实施例的永磁同步电机如图10所示。主要部分包括：磁环4、电机绕组9、电机定子铁芯10和转子11。

实施例中永磁同步电机的转子11只包含轴，对于含有转子铁芯的适当变更的转子机构仍然属于本发明的范围内。

优选的，采用热套的工艺，将磁环4直接安装在转子11上。

实施例中永磁同步电机磁极数M＝10、定子槽数N＝12，对于适当变更磁极数M和定子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本发明的范围之内。

以上，对本发明的实施方式进行了简要说明，但如果是所谓的本领域的技术人员，在不脱离本发明重要内容的范围内，可以对本发明的上述实施方式进行适当变更，而且也可以适当组合利用基于上述实施方式和变更例的方法。换

句话说，即使是这样的加以变更等的技术也包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：

该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线；

其中，每个磁极占有的空间机械角度：

θ＝360°/M，其中，M为磁极数；

其中，非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。

2.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

该磁环磁极的充磁部分的机械角度为θ₁，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ₂，其中，θ₁和θ₂之间的关系为：θ₁＝(0.75～0.9)θ，θ₂＝θ-θ₁。

3.如权利要求2所述的磁环结构，其特征在于：

当该磁环结构用于M＝10、N＝12的永磁同步电机，所述θ₁＝31°、θ₂＝5°。

4.如权利要求1-3中任一所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极厚度的最大值为h_Max，磁极厚度的最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min＝(0.4～0.65)h_max。

5.如权利要求4所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极厚度最大值和最小值的关系为：h_Min＝0.54h_max。

6.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

7.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm。

8.一种永磁同步电机，包括：电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述权利要求1-7中任一所述的磁环结构。