CN105006898B - 一种盘式永磁电机及其磁钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式永磁电机及其磁钢，其中磁钢为扇环形的片状，所述扇环形沿周向包括中心区，以及位于中心区两侧且厚度逐渐变小的渐薄区；所述中心区的厚度为h，扇环形两直边为对应渐薄区的厚度最小处，且该处厚度为k，其中0.2h<k≤0.8h。中心区关于扇环形的径向中心线对称，两渐薄区对称分布在中心区的两侧。本发明提供的用于盘式永磁电机的磁钢，价格低廉，结构简单，制作方便，成型率高，能够降低盘式永磁电机中由磁场谐波引起的振动和噪声。

Description

一种盘式永磁电机及其磁钢

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种盘式永磁电机及其磁钢。

背景技术

盘式永磁电机是一种轴向磁场永磁同步电机，其典型结构为定子和转子均为圆盘形，在电动机中对等放置，产生轴向的气隙磁场。定子铁芯一般由双面绝缘的冷轧硅钢片带料冲制卷绕而成，定子绕组有效导体在空间呈径向分布。转子为高磁能积的永磁体和强化纤维树脂灌封而成的薄圆盘。气隙为平面型的，削弱气隙磁场谐波和降低振动、噪声是这种电机的制造关键。

目前采用的优化磁钢结构，削弱磁场谐波，降低振动噪声的方法主要有：

(1)采用斜极。采用斜极后，相当于槽中同一根导体的各个小段分布在磁场中的不同位置，斜极是把一个槽分割成很多小段分布在磁场中的不同位置，起到相当于分布绕组的作用，使绕组系数减小，从而减小感应电势或电流产生的磁势。斜极能有效地削弱谐波磁场所产生的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，降低电磁噪声及引起的振动。

但对于盘式电机来讲，磁钢结构为扇形，上宽下窄，采用斜极后，磁钢形状变为不规则四边形，对抑制噪声有一定的作用，但效果不大。

(2)采用箭头形磁钢。例如通力股份公司在公开号为CN102859842A的发明专利文献中公开了一种通过改良永磁体结构为箭头形，降低磁场谐波引起的振动和噪声的方法。但该类型磁钢，结构复杂，成型率只有30％左右，极大地浪费磁钢材料，成本居高不下，不宜推广。

由此可见，对于参数确定的盘式永磁电机，需要找到一种制作容易，合理利用磁钢材料，同时能够大幅度降低由气隙磁场谐波引起的噪声、振动的磁钢。

发明内容

本发明提供了一种用于盘式永磁电机的磁钢，价格低廉，结构简单，制作方便，成型率高，能够降低盘式永磁电机中由磁场谐波引起的振动和噪声。

一种用于盘式永磁电机的磁钢，为扇环形的片状，所述扇环形沿周向包括中心区，以及位于中心区两侧且厚度逐渐变小的渐薄区；

所述中心区的厚度为h，扇环形两直边为对应渐薄区的厚度最小处，且该处厚度为k，其中0.2h<k≤0.8h。

本发明提供的磁钢底面为光滑的平面，磁钢顶面由三个平面拼接而成，磁钢整体呈扇环形的片状，三个平面沿磁钢的周向依次布置，中间的平面为中心区，中心区两侧的平面相对底面倾斜形成渐薄区。

作为优选，中心区关于扇环形的径向中心线对称，两渐薄区对称分布在中心区的两侧。

作为一种优选的方式，磁钢整体对应的圆心角为α，所述中心区为圆心角是β的扇环形，中心区与磁钢整体具有相同的圆心。

采用这种结构时，0≤β<0.5α，0.2h<k≤0.8h，能起到削弱气隙磁场谐波，抑制电磁噪声，减小振动的效果。

在可选的范围内，当β取最小值，k取最大值时，渐薄区的面积最大，抑制噪声的效果最好，随着β的取值增大，k的取值减小，减薄区的面积减小，抑制噪声的效果越来越差。

本发明通过限定β与k值的取值范围，采用在磁钢顶面削斜面等方式，在电机参数确定的情况下，可方便地设计出磁钢结构，将磁钢用于盘式永磁电机中时，能够使盘式永磁电机的噪声和振动符合要求，简化了设计过程，提高了工作效率。

作为另一种优选的方式，渐薄区由外弧、内弧、以及相互平行的第一直边和第二直边围成，其中第一直边为扇环形其中一直边，第二直边为该渐薄区与中心区的交界线。

磁钢整体对应的圆心角为α，内弧半径为R，第一直边和第二直边的距离为w，且满足：R*sin(α/2)/2<w<R*sin(α/2)。

本发明提供的磁钢，可以直接通过模具压制成扇环形的毛坯料，然后用磨床做简单磨削加工即为成品，成材率可达70％以上，相比箭头形磁钢30％的成型率，能够大大节约材料，降低材料的浪费率。除此之外，对于烧结形的箭头形磁钢，只能用线切割的方式加工成型，故加工费用高昂。

本发明还提供了一种盘式永磁电机，包括机座、机座内设有利用轴向磁场相互配合的定子和转子，所述转子包括转子磁轭以及布置在转子磁轭上的磁钢，所述磁钢采用前面所述的磁钢。

采用本发明提供的磁钢，在很大程度上能够降低盘式永磁电机的噪声和振动，改善电机的使用性能。

作为优选，所述磁钢朝向定子布置。所述机座的轴向一侧设有支架，所述转子的转轴两端通过轴承分别安装在机座和支架上。

支架与机座共同起到支撑转轴的作用，在曳引轮载荷较大的情况下，也能够保证转轴的平稳运行，相比悬臂结构，能够提高安全性能，同时在一定程度上，也能够降低电机的振动以及噪声。

本发明提供的磁钢，在降低噪声效果同等的情况下，大幅度提高了材料成型率，减小了加工难度，降低了材料成本。

附图说明

图1为本发明用于盘式永磁电机的磁钢的第一种实施方式的示意图；

图2为本发明用于盘式永磁电机的磁钢的第一种实施方式的侧视图；

图3为本发明用于盘式永磁电机的磁钢的第二种实施方式的示意图；

图4为本发明用于盘式永磁电机的磁钢的第二种实施方式的侧视图。

图中：1、渐薄区；2、中心区；3、径向中心线。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示，本实施例中，用于盘式永磁电机的磁钢整体为扇环形的片状，扇环形两直边的夹角为α，内弧和外弧为同一圆心，但半径不同的两段弧长，且内弧和外弧所对的圆心角相等。

扇环形沿周向包括中心区2，以及位于中心区2两侧且厚度逐渐变小的渐薄区1，中心区2关于扇环形的径向中心线3对称，两渐薄区1对称分布在中心区2的两侧。

中心区2的厚度为h，扇环形两直边为对应渐薄区1的厚度最小处，且该处厚度为k，其中0.2h<k≤0.8h。

磁钢整体对应的圆心角为α，中心区2为圆心角是β的扇环形，中心区2与磁钢整体具有相同的圆心，0≤β<0.5α。

在可选的范围内，当β取最小值，k取最大值时，渐薄区1的面积最大，抑制噪声的效果最好，随着β的取值增大，k的取值减小，减薄区的面积减小，抑制噪声的效果越来越差。

本实施例提供的磁钢在加工时，首先直接通过模具压制成扇环形的毛坯料，毛坯料的各处与中心区2等厚，然后在选定β和k的前提下，由中心区2与减薄区的交界线向扇环形的直边做磨削加工，得到磁钢。

实施例2

如图2所示，本实施例中，用于盘式永磁电机的磁钢整体为扇环形的片状，扇环形两直边的夹角为α，内弧和外弧为同一圆心，但半径不同的两段弧长，且内弧和外弧所对的圆心角相等。

扇环形沿周向包括中心区2，以及位于中心区2两侧且厚度逐渐变小的渐薄区1，中心区2关于扇环形的径向中心线3对称，两渐薄区1对称分布在中心区2的两侧。

渐薄区1由外弧、内弧、以及相互平行的第一直边和第二直边围成，其中第一直边为扇环形其中一直边，第二直边为该渐薄区1与中心区2的交界线。

磁钢整体对应的圆心角为α，内弧半径为R，第一直边和第二直边的距离为w，且满足：R*sin(α/2)/2<w<R*sin(α/2)。

本实施例提供的磁钢在加工时，首先直接通过模具压制成扇环形的毛坯料，毛坯料的各处与中心区2等厚，然后在选定w的前提下，由中心区2与减薄区的交界线向扇环形的直边做磨削加工，得到磁钢。

对比例1

本对比例提供的磁钢整体为扇环形的片状，扇环形两直边的夹角为α，内弧和外弧为同一圆心，但半径不同的两段弧长，且内弧和外弧所对的圆心角相等。

利用实施例2和对比例1提供的磁钢制作盘式永磁电机，并对盘式永磁电机的噪声进行测试，结果表明，与采用对比例1相比，采用实施例2的磁钢能够使盘式永磁电机的噪声下降10dB左右，效果非常显著。

实施例3

本实施例提供的盘式永磁电机，包括机座、机座内设有利用轴向磁场相互配合的定子和转子，转子包括转子磁轭以及布置在转子磁轭上的磁钢，磁钢实施例2制作得到的磁钢。

磁钢朝向定子布置。机座的轴向一侧设有支架，转子的转轴两端通过轴承分别安装在机座和支架上。

针对现有技术中，盘式永磁电机采用一般斜极磁钢不能有效降低电磁噪声和振动的问题，以及现有特异性磁钢虽然能够降低噪声，但是成型率低的问题，本发明提供了一种新型磁钢，采用压铸成型及简单磨削加工即可成型，成型率比异形磁钢可提高一倍，并且抑制电磁噪声及振动的效果非常理想。在本发明优选地的结构和尺寸范围内，可简单地确定磁钢结构尺寸，有利于快速设计降噪方案。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的集体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种用于盘式永磁电机的磁钢，为扇环形的片状，其特征在于，所述扇环形沿周向包括中心区，以及位于中心区两侧且厚度逐渐变小的渐薄区；

所述中心区的厚度为h，扇环形两直边为对应渐薄区的厚度最小处，且该处厚度为k，其中0.2h<k≤0.8h。

2.如权利要求1所述用于盘式永磁电机的磁钢，其特征在于，中心区关于扇环形的径向中心线对称，两渐薄区对称分布在中心区的两侧。

3.如权利要求2所述用于盘式永磁电机的磁钢，其特征在于，磁钢整体对应的圆心角为α，所述中心区为圆心角是β的扇环形，中心区与磁钢整体具有相同的圆心。

4.如权利要求2所述用于盘式永磁电机的磁钢，其特征在于，渐薄区由外弧、内弧、以及相互平行的第一直边和第二直边围成，其中第一直边为扇环形其中一直边，第二直边为该渐薄区与中心区的交界线。

5.如权利要求4所述用于盘式永磁电机的磁钢，其特征在于，磁钢整体对应的圆心角为α，内弧半径为R，第一直边和第二直边的距离为w，且满足：R*sin(α/2)/2<w<R*sin(α/2)。

6.一种盘式永磁电机，包括机座、机座内设有利用轴向磁场相互配合的定子和转子，所述转子包括转子磁轭以及布置在转子磁轭上的磁钢，其特征在于，所述磁钢采用如权利要求1～5任一所述的磁钢。

7.如权利要求6所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述磁钢朝向定子布置。

8.如权利要求6所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述机座的轴向一侧设有支架，所述转子的转轴两端通过轴承分别安装在机座和支架上。