CN110048525B - 磁组单元、其磁阵列、电机、伺服装置和行驶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁组单元、磁阵列、电机、伺服装置和行驶装置。磁组单元包括主磁源和作为辅助磁源第一辅助磁源、第二辅助磁源、第三辅助磁源、第四辅助磁源。第一辅助磁源、第三辅助磁源、第二辅助磁源和第四辅助磁源沿主磁源周向依次排布。第一辅助磁源和第二辅助磁源沿主磁源的宽度方向分布在主磁源两侧，第三辅助磁源和第四辅助磁源沿主磁源的长度方向分布在主磁源两侧。磁组单元的充磁方向大致沿垂直主磁源的工作面的方向设置，所述辅助磁源的充磁方向沿所述主磁源的充磁方向汇聚或发散。由上述方案可见，通过沿主磁源周向设置辅助磁源，有利于提高主磁源聚磁效果，增加主磁源的工作面的磁场强度的均匀度。

Description

磁组单元、其磁阵列、电机、伺服装置和行驶装置

技术领域

本发明涉及一种磁组单元、其磁阵列、电机、伺服装置和行驶装置。

背景技术

电机一般由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。传统的无刷直流电机的转子由一定极对数的永磁体镶嵌在铁芯表面或者嵌入铁芯内部构成。永磁体多采用钕铁硼等高矫顽力，高渗磁感应密度的稀土永磁材料制作而成。此转子的永久磁钢的作用和有刷电机所用的永久磁钢作用相类似，都是在电机气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于无刷直流电机中的永久磁钢装在转子上面。

传统的电机里，永磁体构成的磁阵列缺少自屏蔽性，具有严重漏磁现象，降低电机的输出功率。且磁体的表面磁密低，磁体利用率低，降低电机的工作效率。还存在气隙磁密的正弦化低，影响电机转动的稳定性。海尔贝克阵列电机的磁体利用率相对传统电机的磁体的利用率有所提高，但是海尔贝克磁阵列的磁体用量大，增加电机的重量，且磁体表面的磁场强度不均匀，而磁体中部磁场强度不足，影响提高电机的输出功率。

发明内容

本发明的第一目的提供一种表面聚磁能力强、磁场强度高的磁组单元。

本发明的第二目的提供一种气隙磁密的正弦化高、自屏蔽性强的磁阵列。

本发明的第三目的提供一种运动稳定、高质功比的电机。

为实现第一目的，本发明提供一种磁组单元，磁组单元包括主磁源和作为辅助磁源第一辅助磁源、第二辅助磁源、第三辅助磁源、第四辅助磁源。第一辅助磁源、第三辅助磁源、第二辅助磁源和第四辅助磁源沿主磁源周向依次排布。第一辅助磁源和第二辅助磁源沿主磁源的宽度方向分布在主磁源两侧，第三辅助磁源和第四辅助磁源沿主磁源的长度方向分布在主磁源两侧。磁组单元的充磁方向大致沿垂直主磁源的工作面的方向设置，所述辅助磁源的充磁方向沿所述主磁源的充磁方向汇聚或发散。

由上述方案可见，通过沿主磁源周向设置辅助磁源，有利于提高主磁源工作面一侧的聚磁效果，增加主磁源的工作面的中部磁场强度。有利于提高主磁源的聚磁的能力，进一步提高主磁源的磁力

进一步方案为，沿宽度方向，第一辅助磁源包含至少两个第一子辅助磁源。沿宽度方向，第二辅助磁源包含至少两个第二子辅助磁源。利用磁体的边缘效应，有利于整体增强磁源中部的磁场强度，增加整体表面磁源的正弦度，提高辅助磁体的利用率。

进一步方案为，沿长度方向，第三辅助磁源包含至少两个第三子辅助磁源,沿长度方向，第四辅助磁源包含至少两个第四子辅助磁源。利用磁体的边缘效应，有利于整体增强磁源中部的磁场强度，增加整体的均匀度，提高辅助磁体的利用率。

进一步方案为，主磁源呈锥状，所述主磁源的锥度方向致沿其非工作面指向工作面。有利于进一步增强主磁源的场强度。

进一步方案为，沿主磁源的非工作面向其工作面的方向，主磁源的截面呈六边形。主磁源沿其长度方向的两端的宽度小于其中部宽度。有效地提高主磁源中部磁场强度，进一步提高主磁源的表面磁场强度均匀度。

为实现第二目的，本发明提供一种磁阵列，上述磁组单元构成该磁阵列。磁阵列包括第一磁组单元和第二磁组单元，第一磁组单元和第二磁组单元的充磁方向大致相反，第一磁组单元和第二磁组单元交错间隔设置。有利于磁阵列表面磁密的正弦化，降低谐波含量。还有利于提高磁阵列的基波幅值，提高磁阵列的自屏蔽性。

进一步方案为，磁阵列安装在固定件上，导磁件覆盖磁阵列的非工作面。有效地防止磁阵列的非工作面的漏磁。

进一步方案为，磁阵列呈圆筒形磁阵列、或圆盘形磁阵列或直线形磁阵列。

进一步方案为，磁阵列呈直线形磁阵列。

为实现第三目的，本发明提供的电机将上述圆筒形磁阵列作为电机用于产生转矩的永磁体，该电机为径向电机或盘式电机。有利于提高电机的输出功率和输出转矩。磁阵列的表面磁密的正弦化，有利于电机气隙磁密的正弦化，降低电机的谐波含量，从而降低电机扭矩波动提高电机转动的稳定性，减小噪音。径向电机使用上述的磁阵列，磁阵列的自屏蔽性有利于降低转子上安装磁阵列的固定部的用量，有效地降低转子的转动惯量，提高电机的质功比，从而提高电机的响应速度提高电机的工作效率，提高电机的节能效果。

另一进一步方案为，本发明提供的电机将上述直线形磁阵列作为电机用于产生驱动力的永磁体，该电机为直线电机。有利于提高电机的输出功率磁阵列的表面磁密的正弦化，有利于电机气隙磁密的正弦化，降低电机的谐波含量，从而降低电机扭矩波动提高电机转动的稳定性，减小噪音。

本发明的又一目的在于提供一种伺服装置或行驶装置，该伺服装置或行驶装置安装有前述的电机，节能环保。

附图说明

图1是磁组单元的立体示意图；

图2是图1的A-A处的断面图，磁组单元充磁方向大致朝向弧内侧；

图3是图1的B-B处的断面图，磁组单元充磁方向大致朝向弧内侧；

图4是另一磁组单元断面图，其充磁方向与图2相反；

图5是另一磁组单元断面图，其充磁方向与图3相反；

图6是第一辅助磁源和第二辅助磁源的三种构成示意图；

图7是第三辅助磁源和第四辅助磁源的另一结构示意图；

图8是圆筒形磁阵列示意图；

图9是圆盘形磁阵列示意图；

图10是直线磁阵列示意图。

具体实施例

磁组单元实施例

如图1所示，磁组单元100包括主磁源101、第一辅助磁源102、第二辅助磁源103、第三辅助磁源104、第四辅助磁源105。第一辅助磁源102、第三辅助磁源104、第二辅助磁源103和第四辅助磁源105沿主磁源101周向依次排布。沿主磁源101的宽度方向在其两侧分别设置第一辅助磁源102和第二辅助103磁源，沿主磁源101的长度方向在其两侧分别设置第三辅助磁源104和第四辅助磁源105。

优选的，沿主磁源宽度方向，第一辅助磁源包含至少两个第一子辅助磁源，第二辅助磁源包含至少两个第二子辅助磁源。参见图1，本实施例中，第一子辅助磁源102包含第一子辅助磁源1021和第二子辅助磁源1022。第二子辅助磁源103包含第三子辅助磁源1031和第四子辅助磁源1032。

优选的，沿长度方向，第三辅助磁源包含至少两个第三子辅助磁源，第四辅助磁源包含至少两个第四子辅助磁源。参见图1，本实施例中，第三子辅助磁源104包含第五子辅助磁源1041和第六子辅助磁源1042，第四子辅助磁源105包含第七子辅助磁源1051和第八子辅助磁源1052。

优选的，沿主磁源101的非工作面02向工作面01的方向，主磁源101的截面呈六边形。主磁源101沿其长度方向的两端的宽度小于其中部宽度。有效地提高主磁源101中部磁场强度，进一步提高主磁源101的表面磁场强度均匀度。

磁组单元的充磁方向大致沿主磁源的工作面的等效平面的法向设置。辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的的充磁方向汇聚或发散。有利于提高主磁源的聚磁的能力，提高主磁源的磁场强度。

主磁源101和辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的非工作面02向工作面01的方向汇聚，也即辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的充磁方向汇聚。如图2所示，主磁源101沿非工作面02向工作面01的方向充磁。第一副子辅助磁源1021的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第二副子辅助磁源1022的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角大于45度且小于或等于90度。第三副子辅助磁源1031的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第四副子辅助磁源1032的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。

与此同时，如图3所示，主磁源101沿非工作面02向工作面01的方向充磁，也即辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的充磁方向汇聚。第五副子辅助磁源1041的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为-45度夹角。第六副子辅助磁源1042的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。第七副子辅助磁源1051的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第八副子辅助磁源1052的充磁方向与主磁源101的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。

如图4所示，主磁源201沿非工作面02向工作面01的方向充磁，也即辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的的充磁方向分散。第一副子辅助磁源2021的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第二副子辅助磁源2022的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角大于45度且小于或等于90度。第三副子辅助磁源2031的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第四副子辅助磁源2032的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。

与此同时，如图5所示，主磁源201沿非工作面02向工作面01的方向充磁，也即辅助磁源的充磁方向大致沿主磁源101的的充磁方向分散。第五副子辅助磁源2041的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第六副子辅助磁源2042的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。第七副子辅助磁源2051的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为45度夹角。第八副子辅助磁源2052的充磁方向与主磁源201的充磁方向成一夹角，该夹角优选为夹角小于45度且大于或等于90度。

优选的，如图6所示，主磁源301两侧的第一辅助磁源302和第二辅助磁源303可以由一块子辅助磁源构成，参见第一种构成601。也可以由两块子辅助磁源构成，参见第二种构成602。还可以由三块子辅助磁源构成，参见第三种构成603。三种构成的辅助磁源的充磁方向如图6所示。辅助磁源还可以由三块以上的子辅助磁源构成。有利于磁组单元的磁场强度的正弦度。

可选的，第三辅助磁源4041和第四辅助磁源4051不呈锥状，参见图7。

磁阵列的实施例

如图8所示，磁阵列400包括第一磁组单元401和第二磁组单元402，第一磁组单元401和第二磁组单元402的充磁方向大致相反，即第一磁组单元401的工作面01呈N极，第二磁组单元402的工作面01呈S极。第一磁组单元401和第二磁组单元402交错间隔设置。有利于提高磁阵列的表面磁密的正弦化，降低谐波含量。还有利于提高磁阵列的基波幅值，提高磁阵列的自屏蔽性。

在本方案中，磁阵列400为圆筒形磁阵列。磁阵列不限于是圆筒形磁阵列，还可以是圆盘形磁阵列，参见图9。还可以是直线形磁阵列，参见图10。

优选的，磁阵列安装在固定件上，导磁件覆盖磁阵列的非工作面。有效地防止磁阵列的非工作面的漏磁。

电机的实施例

本发明的电机将圆筒形磁阵列作为电机用于产生转矩的永磁体，该电机为径向电机。有利于电机的输出功率和输出转矩。磁阵列的表面磁密的正弦化，有利于电机气隙磁密的正弦化，降低电机的谐波含量，从而降低电机扭矩波动提高电机转动的稳定性，减小噪音。径向电机使用上述的磁阵列，磁阵列的自屏蔽性有利于降低转子上安装磁阵列的固定部的用量，有效地降低转子的转动惯量，提高电机的质功比，从而提高电机的响应速度提高电机的工作效率，提高电机的节能效果。

可选的，使用本发明的磁阵列的电机不限于是外转子电机，还可以是内转子电机、双转子电机等。

本发明的电机不限于是径向电机，还可以是盘式电机，该电机将圆盘形磁阵列作为电机用于产生电磁推力的永磁体。还可以是盘式径向混合转子电机。还可以是直线电机，该电机将直线形磁阵列作为电机用于产生电磁推力的永磁体。

电机包括定子组件和转子组件，转子组件通常包含磁阵列和转子背铁，使用本发明的磁阵列的电机的转子背铁的厚度为比现有的电机上的背铁厚度减少至少百分之八十五，有效地降低电机转子的重量，降低转子的转动惯量。优选的，本发明的电机的转子背铁厚度为0.2mm至0.5mm。

以上是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种磁组单元，其特征在于：

所述磁组单元包括主磁源和作为辅助磁源的第一辅助磁源、第二辅助磁源、第三辅助磁源、第四辅助磁源；

所述第一辅助磁源、所述第三辅助磁源、所述第二辅助磁源和所述第四辅助磁源沿所述主磁源周向依次排布；

所述第一辅助磁源和所述第二辅助磁源沿所述主磁源的宽度方向分布在所述主磁源两侧；

所述第三辅助磁源和所述第四辅助磁源沿所述主磁源的长度方向分布在所述主磁源两侧；

所述磁组单元的充磁方向大致沿所述主磁源的工作面的等效平面的法向设置，所述辅助磁源的充磁方向沿所述主磁源的充磁方向汇聚或发散。

2.根据权利要求1所述磁组单元，其特征在于：

沿所述宽度方向，所述第一辅助磁源包含至少两个第一子辅助磁源；

沿所述宽度方向，所述第二辅助磁源包含至少两个第二子辅助磁源。

3.根据权利要求1所述磁组单元，其特征在于：

沿所述长度方向，所述第三辅助磁源包含至少两个第三子辅助磁源；

沿所述长度方向，所述第四辅助磁源包含至少两个第四子辅助磁源。

4.根据权利要求1或2所述磁组单元，其特征在于：

所述主磁源呈锥状，所述主磁源的锥度方向致沿其非工作面指向工作面。

5.根据权利要求4所述磁组单元，其特征在于：

沿所述主磁源的非工作面向其工作面的方向，所述主磁源的截面呈六边形；

所述主磁源沿其所述长度方向的两端的宽度小于其中部宽度。

6.一种磁阵列，其特征在于，权利要求1至5任一所述磁组单元构成所述磁阵列：

所述磁阵列包括第一磁组单元和第二磁组单元；

所述第一磁组单元和所述第二磁组单元的充磁方向大致相反；

所述第一磁组单元和所述第二磁组单元交错间隔设置。

7.根据权利要求6所述磁阵列，其特征在于：

所述磁阵列安装在固定件上，导磁件覆盖所述磁阵列的非工作面。

8.根据权利要求7所述磁阵列，其特征在于：

所述磁阵列呈圆筒形磁阵列、或圆盘形磁阵列或直线形磁阵列。

9.一种电机，其特征在于：

将权利要求8所述磁阵列作为所述电机用于产生转矩的永磁体，所述电机为径向电机、盘式电机或直线电机。

10.一种伺服装置或行驶装置，其特征在于：

所述伺服装置或所述行驶装置安装有权利要求9所述的电机。

Images