CN108494204A - 一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，包括由内向外依次设置的转轴、转子铁芯、永磁体磁极和定子铁芯，所述的永磁体磁极与定子铁芯之间设有气隙，其特征在于，所述的永磁体磁极设有多个，且沿周向均匀分布，相邻的永磁体磁极的内表面仅在端点处接触，外表面不接触，且内表面和外表面均为圆弧形，内表面和外表面之间的斜边为弧形，与现有技术相比，本发明具有气隙磁密波形接近正弦、降低法向电磁力幅值、最终降低电机的振动及噪声等优点。

Description

一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种改善法向电磁力的表贴式永磁同步电机永磁体磁极过渡结构。
背景技术
近几十年来，随着铝镍钴永磁体、铁氧体永磁体、特别是稀土永磁体的相继问世，磁性能有了很大提高，许多电励磁电机又纷纷改用永磁体励磁。与电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、运行可靠，体积小、质量轻，损耗小、效率高，电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，它不仅可以代替部分传统的电励磁电机，而且可以实现电励磁电机难以达到的高性能。目前，永磁同步电机大量应用于各种伺服电机、风力发电领域、电动汽车驱动领域以及数控机床电主轴电机。
按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路结构一般可分为三种：表贴式、内置式和爪极式。常见的表贴式永磁同步电机永磁体形状主要分为两种类型，一种为圆筒型，直接套在转子外表面上，其制造工艺简单、安装方便，但其永磁体用量太大，成本过高，固逐渐被淘汰；另一种为目前常见的瓦片形永磁体，多块瓦片形永磁体不连续的贴在转子外表面上，与圆筒形相比，此种类型永磁体用量大为降低。然而不连续的永磁体磁极过渡结构中磁场场量跳跃性大，致使气隙磁密谐波含量大、正弦性畸变率高，进而使得电机法向电磁力谐波含量高、幅值大，并最终引起大的振动噪声问题，对电机性能有较为严重的影响。
根据磁路欧姆定理可得磁通Φ等于磁势F除以磁阻Rm，在电机的相同磁极下，磁路基本相同，磁阻也基本相同，所以磁势大的地方就会产生较大的磁通，也就会在气隙中产生较大的磁密。根据这一原理只要合理控制永磁体产生的磁势就可以控制气隙磁密的波形，进而达到改善电机法向电磁力的效果。所以，合理设计永磁体外形尺寸就可以控制气隙磁密的波形，改善法向电磁力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，包括由内向外依次设置的转轴、转子铁芯、永磁体磁极和定子铁芯，所述的永磁体磁极与定子铁芯之间设有气隙，其特征在于，所述的永磁体磁极设有多个，且沿周向均匀分布，相邻的永磁体磁极的内表面仅在端点处接触，外表面不接触，且内表面和外表面均为圆弧形，内表面和外表面之间的斜边为弧形。
所述的永磁体磁极的内表面弧长L2满足：
L2＝2πR/P
其中，R为转子外径，P为永磁体极数。
所述的永磁体磁极的外表面弧长L1为电机路算长度。
所述的永磁体磁极的内表面弧长L2大于外表面弧长L1。
所述的永磁体磁极的斜边所对弦与内表面在端点处的切线之间的夹角α≤45°。
所述的永磁体磁极的斜边最大高度H满足：
H＝(1～3)δ
其中，δ为气隙宽度。
所述的永磁体磁极的内表面和外表面与转子铁芯同心。
所述的电机为表贴式永磁同步电机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提出的一种新的表贴式永磁同步电机永磁体磁极过渡结构，相较于永磁体磁极过渡不连续结构，明显改善了气隙磁场和法向电磁力，使得气隙磁密波形更接近于正弦，降低法向电磁力幅值，因本发明永磁体分布连续，固根据Φ＝F/Rm(Φ-磁通；F-磁势；Rm-磁阻)，在表贴式气隙磁场中，永磁体两种分布方式，其磁阻Rm近似相等，则磁通Φ受磁势F影响，磁势F主要由永磁体形状决定，故连续分布的永磁体使得气隙磁场正弦畸变率小；根据(fn-法向电磁力波；br-径向磁通密度；bt-切向磁通密度；μ0-真空磁导率)可知，法向电磁力也将改善，幅值降低、谐波减少。因为法向电磁力是引起电机电磁振动噪声的主要原因，则本发明最终降低电机的振动及噪声，提高电机的整体性能。
附图说明
图1为本发明的永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机结构示意图。
图中标记说明：1、定子铁心，2、气隙，3、转子铁心，4、永磁体磁极，5、转轴，6、永磁体磁极斜边，7、永磁体磁极外边，8、永磁体磁极内边。
图2为本发明的永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机二分之一局部结构示意图。
图3为本发明的永磁体磁极结构示意图。
图4为将本发明永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机(α＝28°)与普通型永磁体过渡不连续的表贴式永磁同步电机的法向电磁力进行比较的说明图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明针对当前永磁体过渡不连续的表贴式永磁同步电机所带来的问题，提出一种新的永磁体磁极过渡结构。
包括定子铁心、气隙、转子铁心、永磁体磁极、转轴。
表贴式永磁同步电机相邻两永磁体磁极相交于永磁体磁极内边端点，且相邻两永磁体磁极仅在此点重合；表贴式永磁同步电机永磁体磁极外边弧长L1为电机路算长度，内边弧长L2＝2πR/P，且满足关系式L1＜L2。
表贴式永磁同步电机永磁体磁极斜边所对弦与内边端点处切线所成角度α≤45°；设气隙宽度为δ，则表贴式永磁体磁极弧形斜边最大高度H＝(1～3)δ。
表贴式永磁同步电机永磁体磁极外边与内边所对应的圆心与与转子铁心的轴心重合；表贴式永磁同步电机永磁体磁极外边和内边为弧形边，且永磁体磁极斜边为弧形斜边。
表贴式永磁同步电机永磁体径向最大厚度为电机路算厚度。
具体结构：
参考图1、图2、图3，该图为本发明表贴式永磁同步电机永磁体磁极过渡结构具体实施方案。
该实例中的永磁同步电机为48槽4极，具有定子铁心1，转子铁心3，转轴5贯穿转子铁心3，转子铁心3带动转轴5相对于定子铁心1转动；永磁体磁极4粘贴于转子铁心3的外表面，且过渡连续；永磁体磁极4沿转子铁心3外表面均匀分布。
具体尺寸：
以某型号永磁同步电机为例，其定子为双层绕组；定子铁心内径为42.5mm；定子铁心外径为65mm；气隙宽度为0.4mm；永磁体径向最大厚度为4mm；铁心轴向长度为145mm；α选取15°、28°和42°；永磁体磁极外边弧长L1＝52.8mm；永磁体内边弧长L2＝59.69mm。
依据本发明永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机结构及具体参数尺寸，在二维有限元电磁仿真软件中建模仿真，得到永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机与永磁体过渡不连续的表贴式永磁同步电机仿真结果，如图4。
由图4可见，本发明永磁体过渡连续的表贴式永磁同步电机结构明显改善法向电磁力，使其幅值降低。

Claims (8)

1.一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，包括由内向外依次设置的转轴(5)、转子铁芯(3)、永磁体磁极(4)和定子铁芯(1)，所述的永磁体磁极(4)与定子铁芯(1)之间设有气隙(2)，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)设有多个，且沿周向均匀分布，相邻的永磁体磁极(4)的内表面仅在端点处接触，外表面不接触，且内表面和外表面均为圆弧形，内表面和外表面之间的斜边为弧形。
2.根据权利要求1所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的内表面弧长L2满足：
L2＝2πR/P
其中，R为转子外径，P为永磁体极数。
3.根据权利要求2所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的外表面弧长L1为电机路算长度。
4.根据权利要求3所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极分布结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的内表面弧长L2大于外表面弧长L1。
5.根据权利要求1所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的斜边所对弦与内表面在端点处的切线之间的夹角α≤45°。
6.根据权利要求1所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极过渡结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的斜边最大高度H满足：
H＝(1～3)δ
其中，δ为气隙宽度。
7.根据权利要求1所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极分布结构，其特征在于，所述的永磁体磁极(4)的内表面和外表面与转子铁芯(3)同心。
8.根据权利要求1所述的一种改善法向电磁力的电机永磁体磁极分布结构，其特征在于，所述的电机为表贴式永磁同步电机。
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