CN110112845A - 永磁体及包含其的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁体及包含其的电机。该永磁体具有：上平面、下平面、两个侧面以及两个过渡面；所述上平面和所述下平面相互平行，所述上平面在永磁体的横截面上的长度小于所述下平面在横截面上的长度，两个所述侧面相互平行且等长，两个所述过渡面分别连接所述上平面和两个所述侧面；利用新的函数模型确定更优异的过渡面。该永磁体的过渡面的曲线经过改良后，可以减小永磁体的体积，大幅度减小转矩脉动，提高转矩平稳度，增加磁通密度，提高电机效率，减少振动噪声，减小加工难度。包含该永磁体的电机可以大幅度减小转矩脉动，提高效率，减少振动噪声，降低成本。

Description

永磁体及包含其的电机
技术领域
本发明涉及永磁电机领域，特别涉及一种永磁体及包含其的电机。
背景技术
永磁电机中永磁体作为一个主要的励磁部件，其结构形状将影响到电机的性能。当电机处于空载状态运行时，永磁体作用在气隙会产生齿槽转矩；当电机处于负载状态运行时，永磁体和线圈同时作用于气隙产生纹波转矩。这些转矩脉动将导致电机内部产生振动及低频噪声，严重时会影响电机使用寿命及干扰到周边环境。
现有很多技术来减小此类转矩脉动，如开一些辅助槽的方式，永磁体分段方式，改变磁极极弧系数方式，优选极槽配合方式，不等厚永磁体方式，不等槽宽方式及以上组合方式等。
虽然上述技术可以较为广泛运用于不同的场合，但随意套用并不一定能达到理想的效果。就风力发电机而言，如表贴式电机并不适用于开辅助槽的方式；整数槽电机限制了极槽配合选取方案；有的电机采用简单的倒角方式并没有明显的削弱转矩脉动的作用；有的追求于产生正弦曲线的半周期弧形的永磁体形状给工艺增加了难度且制造成本过于昂贵。
西门子有提出采用Bezier函数的方式得到永磁体形状尺寸的专利，但研究中发现，并非直接使用Bezier函数曲线得到的解为最优结果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术工艺难度大、成本高的缺陷，提供一种永磁体及包含其的电机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种永磁体，其具有：上平面、下平面、两个侧面以及两个过渡面；
所述上平面和所述下平面相互平行，所述上平面在永磁体的横截面上的长度小于所述下平面在横截面上的长度，两个所述侧面相互平行且等长，两个所述过渡面分别连接所述上平面和两个所述侧面；
以所述下平面在横截面上的线段的中点为原点建立三维坐标系，其中X轴设于所述下平面在所述横截面上的线段上，Z轴垂直于所述横截面，所述过渡面在横截面上的曲线满足函数F(x,y,z)，x,y,z为与t有关的函数：
x(t)＝(1-t)2·x0+2t(1-t)·x2+t2·x2；
y(t)＝[(1-t)2·y0+2t(1-t)·y0+(t2-1)·y2]·[t(b-1)+1]+y2；
z(t)＝0；
t∈[0,1],b∈[0,1)；
x0和y0分别为上平面在横截面上的端点A的横坐标和纵坐标，x2和y2分别为在横截面上更靠近端点A的侧面的顶点C的横坐标和纵坐标。
优选地，b∈[0,0.75]。
优选地，所述永磁体还包括相互平行的前表面和后表面。
优选地，所述永磁体的材料可以为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土钴永磁材料、钕铁硼永磁材料中的一种或多种。
优选地，所述永磁体由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。
一种电机，其包含如上所述的永磁体。
优选地，所述电机为表贴式永磁电机。
优选地，所述电机为内置式永磁电机。
本发明的积极进步效果在于：该永磁体的过渡面的曲线经过改良后，可以减小永磁体的体积，大幅度减小转矩脉动，提高转矩平稳度，增加磁通密度，提高电机效率，减少振动噪声，减小加工难度。包含该永磁体的电机可以大幅度减小转矩脉动，提高效率，减少振动噪声，降低成本。
附图说明
图1为根据本发明的优选实施例的永磁体的立体结构示意图。
图2为根据本发明的优选实施例的永磁体的横截面结构示意图。
图3为通过大量仿真数据选出的一系列较为代表性的结果趋势图，图中每条曲线为选取不同的ft及hm_edge值所得到的随b值变化的转矩脉动曲线。
附图标记说明：
永磁体 10
上平面 11
下平面 12
侧面 13
过渡面 14
前表面 15
后表面 16
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在下述的实施例范围之中。
如图1所示，永磁体10具有：上平面11、下平面12、两个侧面13、两个过渡面14、前表面15、后表面16。
上平面11和下平面12相互平行，上平面11在横截面上的长度小于下平面12在横截面上的长度，两个侧面13相互平行且等长，两个过渡面14分别连接上平面11和两个侧面13。前表面15和后表面16相互平行。
如图2所示，横截面中，上表面形成的线段长度设为ft，侧面13形成的线段长度设为hm_edge，下表面形成的线段长度设为wm，上表面和下表面之间的距离即高度设为hm。
以下平面12在横截面上的线段的中点为原点建立三维坐标系，由此可确定过渡面14在横截面上的弧形的三个控制点，分别为A(x0,y0)，B(x1,y1)，C(x2,y2)。其中，y1＝y0；x1＝x2。
过渡面14在横截面上的曲线满足函数F(x,y,z)，x,y,z为与t有关的函数：
x(t)＝(1-t)2·x0+2t(1-t)·x1+t2·x2；
y(t)＝[(1-t)2·y0+2t(1-t)·y1+(t2-1)·y2]·[t(b-1)+1]+y2；
z(t)＝0；
t∈[0,1],b∈[0,1)。
A为上平面11在横截面上形成的线段的右端点，B为上平面11在横截面上形成线段的延伸线与右侧面在横截面上形成的线段的延伸线的交点，C为更靠近右端点A的侧面13在横截面形成的线段的顶点。
t在0到1中根据需要均匀取点，所取点数越多越接近光滑曲面。b为新增加的控制变量。
虽然仅示意了右侧的过渡面14的曲线的函数，由于永磁体10的横截面相对于y轴对称，因此，左侧的过渡面14的曲线的函数仅需简单替换坐标值即可得出。
图3为通过大量仿真数据选出的一系列较为代表性的结果趋势图，图中每条曲线为选取不同的ft及hm_edge值所得到的随b值变化的转矩脉动曲线。
如图3所示，b值为1的高阶Bezier原函数并非其最优解，b值为1是的转矩脉动基本上高于b值小于1时的平均转矩脉动和最低转矩脉动，因此，选取小于1的b值的函数F(x,y,z)获得的永磁体10可以实现更低的转矩脉动。
经反复仿真验证，图3的一系列代表性的数据曲线也同样验证了，控制变量b的最佳取值在0-0.75之间，即b∈[0,0.75]，在该区间内转矩脉动较低。
上述函数模型可作为一种新型的永磁体10形状优化方式进而得到理想的永磁体模型。
永磁体10的材料可以为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土钴永磁材料、钕铁硼永磁材料中的一种或多种。
永磁体10也可以由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。
本发明还提供一种电机，其包含如上的永磁体10。电机为表贴式永磁电机。当然，本领域的技术人员也可以根据需要将其应用于内置式永磁电机。
该永磁体的过渡面的曲线经过改良后，可以减小永磁体的体积，大幅度减小转矩脉动，提高转矩平稳度，增加磁通密度，提高电机效率，减少振动噪声，减小加工难度。包含该永磁体的电机可以大幅度减小转矩脉动，提高效率，减少振动噪声，降低成本。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，除非文中另有说明。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种永磁体，其特征在于，其具有：上平面、下平面、两个侧面以及两个过渡面；
所述上平面和所述下平面相互平行，所述上平面在所述永磁体的横截面上的长度小于所述下平面在所述横截面上的长度，两个所述侧面相互平行且等长，两个所述过渡面分别连接所述上平面和两个所述侧面；
以所述下平面在所述横截面上的线段的中点为原点建立三维坐标系，其中X轴设于所述下平面在所述横截面上的线段上，Z轴垂直于所述横截面，所述过渡面在所述横截面上的曲线满足函数F(x,y,z)，x,y,z为与t有关的函数：
x(t)＝(1-t)2·x0+2t(1-t)·x2+t2·x2；
y(t)＝[(1-t)2·y0+2t(1-t)·y0+(t2-1)·y2]·[t(b-1)+1]+y2；
z(t)＝0；
t∈[0,1],b∈[0,1)；
x0和y0分别为上平面在所述横截面上的端点A的横坐标和纵坐标，x2和y2分别为在所述横截面上更靠近端点A的侧面的顶点C的横坐标和纵坐标。
2.如权利要求1所述的永磁体，其特征在于，b∈[0,0.75]。
3.如权利要求1所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体还包括相互平行的前表面和后表面。
4.如权利要求1所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体的材料可以为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土钴永磁材料、钕铁硼永磁材料中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。
6.一种电机，其特征在于，其包含如权利要求1-5中任一项所述的永磁体。
7.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所述电机为表贴式永磁电机。
8.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所述电机为内置式永磁电机。
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