CN115498792A - 一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法 - Google Patents

一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法，该永磁电机包括极数为2P的永磁电机；该永磁体为具有预定厚度的中空的环形永磁体，该环形永磁体包括2P个梯形磁极，2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个N极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布。本发明实施例的技术方案，提供了具有梯形磁极分布的环形永磁体结构，基于永磁电机中齿槽转矩周期与定子槽数与极数的关系，通过计算斜极角度，并采用相应充磁夹具进行充磁，可以实现轴向对称分布的环形磁体梯形磁极分布，消除齿槽转矩基波，从而实现了不产生轴向电磁力的同时削弱齿槽转矩的目的。

Description

一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法
技术领域
本发明实施例涉及电机技术领域，尤其涉及一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法。
背景技术
目前永磁电机由于效率高，功率密度大等优点广泛应用于各行各业。但是永磁电机中由于永磁体与定子齿槽相互作用会产生齿槽转矩，并进一步导致电机转矩脉动以及振动、噪声的增大。对于使用环形永磁体的表贴式电机，削弱齿槽转矩的措施有：1、定子斜槽，定子斜槽虽然可以有效降低齿槽转矩，但同时定子斜槽会使电机产生额外的轴向力，且无法使用自动嵌线设备进行大批量生产；2、转子斜极，转子斜极可有效减小齿槽转矩，但是会产生额外的轴向电磁力，影响电机轴承寿命。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明实施例的目的在于提供一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法，能够在有效降低齿槽转矩的同时，不产生额外的轴向电磁力。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于永磁电机的永磁体，所述永磁电机包括极数为2P的永磁电机；
所述永磁体包括具有预定厚度的中空的环形永磁体本体，对所述环形永磁体本体充磁后形成的永磁体包括2P个梯形磁极，2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个P极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布；
其中，P为大于等于1的自然数。
进一步的，所述2P个梯形磁极中的每个梯形具有相同的斜极角θsk。
进一步的，所述永磁体为一体成型结构，通过采用相应的充磁夹具对该一体成型结构进行充磁，构成2P个梯形磁极，其中每个梯形具有相同的斜极角θsk。
进一步的，所述斜极角θsk根据所用于的永磁电机的极数和槽数确定。
进一步的，根据以下公式确定斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
其中，LCM为永磁电机槽数Z与极数2P的最小公倍数。
根据本发明的第二个方面，提供了一种永磁电机，其特征在于，包括定子、线圈、永磁体和转子铁芯；所述永磁电机包括内转子永磁电机、外转子永磁电机、或有刷电机；
所述永磁体包括如本发明第一个方面所述的永磁体。
进一步的，所述内转子永磁电机的铁芯为柱状结构，与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分；
所述定子包括线槽，绕组线圈安置在定子线槽中，定子与所述内转子永磁电机的铁芯、永磁体同轴设置于永磁体外围。
进一步的，所述外转子永磁电机的机壳与所述永磁体同轴设置于该永磁体的外围；
所述定子包括含有线槽的柱状结构，绕组线圈安置在定子线槽中，所述定子与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分。
进一步的，所述有刷电机的永磁体同轴设置于有刷电机的机壳中，有刷电机的转子为包括线槽的柱状结构，绕组线圈安置于该转子线槽中；该有刷电机转子同轴设置于永磁体的中空部分。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于加工如本发明第一个方面所述的永磁体的充磁夹具，包括充磁极头和轭铁；其中，
所述充磁极头为柱状结构，所述轭铁为中间带有圆孔的柱状结构，所述充磁极头同轴设置于轭铁的中心圆孔中；
所述充磁极头和轭铁中的至少一个上面设置有多个线槽，所述多个线槽均为斜槽设置，并两两组成梯形形状，该线槽的斜槽角与永磁体的斜极角一致。
根据本发明的第四方面，提供了一种如本发明第一个方面所述的永磁体的制作方法，包括：
获取与该永磁体对应应用的永磁电机的槽数Z和极数2P；
计算槽数Z和极数2P的最小公倍数LCM；
根据最小公倍数LCM，利用以下公式计算斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
根据所计算的斜极角θsk，利用充磁夹具为永磁体本体充磁，以使得充磁后的该永磁体具有2P个梯形磁极，每个梯形具有斜极角θsk；
其中，所述充磁夹具包括如权利要求10所述的充磁夹具。
进一步的，在对永磁体充磁后安装至永磁电机；或者，将永磁体安装至永磁电机后进行充磁。
综上所述，本发明实施例提供了一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法，该永磁电机包括极数为2P的永磁电机；该永磁体为具有预定厚度的中空的环形永磁体，该环形永磁体包括2P个梯形磁极，2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个N极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布。本发明实施例的技术方案，提供了具有梯形磁极分布的环形永磁体结构，基于永磁电机中齿槽转矩周期与定子槽数与极数的关系，通过计算斜极角度，并采用相应充磁夹具进行充磁，可以实现轴向对称分布的环形磁体梯形磁极分布，消除齿槽转矩基波，从而实现了不产生轴向电磁力的同时削弱齿槽转矩的目的。本发明实施例的技术方案可有效减小齿槽转矩(降低90％以上)，与此同时输出转矩下降较小，且不会产生额外的轴向电磁力。结合环形永磁体充磁灵活的特点只需要采用相应充磁夹具进行充磁，即可实现环形磁体的梯形磁极分布，并适用于大批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例提供的永磁体的结构示意图1；
图2是本发明实施例提供的永磁体的结构示意图2；
图3是本发明实施例提供的充磁夹具的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的永磁体作为内转子应用于6槽4极永磁电机时的二维拓扑示意图；
图5是本发明实施例提供的永磁体作为内转子应用于6槽4极永磁电机时的三维结构示意图；
图6是采用常规结构的永磁体与本发明实施例提供的永磁体时，永磁电机齿槽转矩对比的示意图；
图7是本发明实施例提供的梯形磁极分布齿槽转矩与斜极角的角度关系示意图。
附图标记说明：1-定子；2-线圈；3-环形磁体；4-转子铁芯。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。本发明的实施例，提供了一种用于永磁电机的永磁体，图1和图2均示出了该永磁体的结构示意图。如图1和图2所示，所述永磁体包括具有预定厚度的中空的环形永磁体本体，该厚度可以为1-6mm，对所述环形永磁体本体充磁后形成的永磁体包括2P个梯形磁极(P为大于等于1的自然数)，该磁极的数量与永磁体所应用的永磁电机的级数相同。环形永磁体本体可以通过烧结、粘结、热压、以及注塑等工艺制备而成。2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个P极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布。图1中以具有4个梯形磁极的永磁体为例，示出了其结构示意图，其中有2个N极和2个S极，N极和S极相互间隔并且均匀分布在永磁体的环形本体上。根据本发明的可选实施例，也可以包括有其他数量的磁极数，并与永磁电机的磁极数量相同。2P个梯形磁极中的每个梯形具有相同的斜极角θsk。如图2所示，每个磁极的上下端部与磁环中心轴所成的连线在磁环端面投影所成的夹角即为斜极角θsk，每个梯形磁极两个端部所占角度分别为180/P-θsk与180/P+θsk，其中P为永磁体极对数。
该永磁体为一体成型结构，可以通过采用相应的充磁夹具对该一体成型结构进行充磁，构成2P个梯形磁极，其中每个梯形具有相同的斜极角θsk。斜极角θsk可以根据所用于的永磁电机的极数和槽数确定。
根据某些实施例，可以根据以下公式确定斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
其中，LCM为永磁电机槽数Z与极数2P的最小公倍数。
本发明的实施例，还提供了一种永磁电机，包括定子、线圈、永磁体和转子铁芯，其中该永磁体即为上述实施例中所提供的永磁体。所述转子铁芯为柱状结构，与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分；所述定子含有线槽，绕组线圈安置于线槽中，所属定子同轴设置于所述永磁体的外围。所述永磁体包括如本发明上述实施例中所述的永磁体。该永磁电机可为内转子永磁电机或外转子永磁电机，或有刷电机。该环形永磁体在永磁电机中可作为内转子、外转子、以及定子等部件。
永磁电机为内转子永磁电机时，内转子铁芯为柱状结构，与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分；所述定子含有线槽，绕组线圈安置在定子槽中，定子与所述内转子铁芯、永磁体同轴设置于永磁体外围。
永磁电机为外转子永磁电机时，外转子机壳与所述永磁体同轴设置于该永磁体的外围；所述定子为含有线槽的柱状结构，绕组线圈安置在定子槽中，所述定子与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分。
永磁电机为有刷电机时永磁体同轴设置于有刷电机的机壳中，有刷电机转子为含有线槽的柱状结构，绕组线圈安置于该转子线槽中；该有刷电机转子同轴设置于永磁体的中空部分。本发明的实施例，还提供了一种充磁夹具，图3中示出了该充磁夹具的结构示意图，该充磁夹具具有斜极角θsk且与环形永磁体极数相同。如图3所示，该充磁夹具包括充磁极头1、线槽2、永磁体3和轭铁4，其中极头与轭铁为硅钢实心材料或硅钢片叠压而成，所述充磁极头为柱状结构，轭铁为中间带有圆孔的柱状结构。所述充磁极头同轴设置于轭铁的中心圆孔中。所述充磁极头或轭铁至少一个上面设置有多个线槽，所述多个线槽均为斜槽设置，并两两组成梯形形状，该线槽的斜槽角与永磁体的斜极角一致。线槽的数量与充磁的极数相关，充磁的极数与线槽的数量相等。以下以将永磁体作为内转子应用于6槽4极的永磁电机为例进行详细说明。图4中示出了本发明实施例提供的永磁体作为内转子应用于6槽4极永磁电机时的二维拓扑示意图，图5中示出了本发明实施例提供的永磁体作为内转子应用于6槽4极永磁电机时的三维结构示意图。如图4和5所示，该永磁电机包括定子5、线圈6、环形永磁体7和转子铁芯8，其中，转子铁芯8位于环形永磁体7的中空部位且同轴设置，定子5与环形永磁体7和转子铁芯8也为同轴设置，线圈6缠绕于定子5上。该永磁电机为6槽4极，即槽数Z＝6，极数2P＝4，槽数与极数的最小公倍数为12，因此，利用公式
θsk＝360°/LCM
确定斜极角：θsk＝360°/12＝30°。
即可以采用本发明上述实施例中提供的相应的充磁夹具进行充磁。
本发明的实施例，还提供了一种永磁体的制作方法，包括如下步骤：
获取与该永磁体对应应用的永磁电机的槽数Z和极数2P；
计算槽数Z和极数2P的最小公倍数LCM；
根据最小公倍数LCM，利用以下公式计算斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
根据所计算的斜极角θsk，利用充磁夹具为永磁体本体充磁，以使得充磁后的该永磁体具有2P个梯形磁极，每个梯形具有斜极角θsk；
其中，所述充磁夹具包括本发明上述实施例所述的充磁夹具。
根据某些可选的实施例，可以在对永磁体充磁后安装至永磁电机；也可以将永磁体安装至永磁电机后，即装配在转子(作为转子)、定子机壳(作为定子等)后进行充磁。
图6中示出了采用常规结构的永磁体与本发明实施例提供的永磁体时，永磁电机齿槽转矩对比的示意图，图7中示出了本发明实施例提供的梯形磁极分布齿槽转矩与斜极角的角度关系示意图。图6中横坐标为电机机械角度，纵坐标为齿槽转矩；图7中横坐标为斜极角度，纵坐标为齿槽转矩的峰峰值。由图6与图7中可以看出，随着斜极角从0°到50°逐渐变大，齿槽转矩先变小后变大，在斜极角为30°时达到最小值。对于上述实施例中6槽4极的永磁电机，当斜极角θsk＝30°时，齿槽转矩降低90％，取得了良好的效果。
综上所述，本发明实施例涉及一种用于永磁电机的永磁体及其制作方法，该永磁电机包括极数为2P的永磁电机；该永磁体为具有预定厚度的中空的环形永磁体，该环形永磁体包括2P个梯形磁极，2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个N极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布。本发明实施例的技术方案，提供了具有梯形磁极分布的环形永磁体结构，基于永磁电机中齿槽转矩周期与定子槽数与极数的关系，通过计算斜极角度，并采用相应充磁夹具进行充磁，可以实现轴向对称分布的环形磁体梯形磁极分布，消除齿槽转矩基波，从而实现了不产生轴向电磁力的同时削弱齿槽转矩的目的。本发明实施例的技术方案可有效减小齿槽转矩(降低90％以上)，与此同时输出转矩下降较小，且不会产生额外的轴向电磁力。结合环形永磁体充磁灵活的特点只需要采用相应充磁夹具进行充磁，即可实现环形磁体的梯形磁极分布，并适用于大批量生产。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (12)

1.一种用于永磁电机的永磁体，其特征在于，所述永磁电机包括极数为2P的永磁电机；
所述永磁体包括具有预定厚度的中空的环形永磁体本体，对所述环形永磁体本体充磁后形成的永磁体包括2P个梯形磁极，2P个梯形磁极包括P个N极和P个S极，所述P个P极和P个S极在该环形永磁体上相互间隔均匀分布，并且沿该环形永磁体的轴向方向对称分布；
其中，P为大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的永磁体，其特征在于，所述2P个梯形磁极中的每个梯形具有相同的斜极角θsk。
3.根据权利要求2所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体为一体成型结构，通过采用相应的充磁夹具对该一体成型结构进行充磁，构成2P个梯形磁极，其中每个梯形具有相同的斜极角θsk。
4.根据权利要求3所述的永磁体，其特征在于，所述斜极角θsk根据所用于的永磁电机的极数和槽数确定。
5.根据权利要求4所述的永磁体，其特征在于，根据以下公式确定斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
其中，LCM为永磁电机槽数Z与极数2P的最小公倍数。
6.一种永磁电机，其特征在于，包括定子、线圈、永磁体和转子铁芯；所述永磁电机包括内转子永磁电机、外转子永磁电机、或有刷电机；
所述永磁体包括如权利要求1-5中任意一项所述的永磁体。
7.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述内转子永磁电机的铁芯为柱状结构，与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分；
所述定子包括线槽，绕组线圈安置在定子线槽中，定子与所述内转子永磁电机的铁芯、永磁体同轴设置于永磁体外围。
8.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述外转子永磁电机的机壳与所述永磁体同轴设置于该永磁体的外围；
所述定子包括含有线槽的柱状结构，绕组线圈安置在定子线槽中，所述定子与所述永磁体同轴设置于该永磁体的中空部分。
9.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述有刷电机的永磁体同轴设置于有刷电机的机壳中，有刷电机的转子为包括线槽的柱状结构，绕组线圈安置于该转子线槽中；该有刷电机转子同轴设置于永磁体的中空部分。
10.一种用于加工如权利要求1-5中任意一项所述的永磁体的充磁夹具，其特征在于，包括充磁极头和轭铁；其中，
所述充磁极头为柱状结构，所述轭铁为中间带有圆孔的柱状结构，所述充磁极头同轴设置于轭铁的中心圆孔中；
所述充磁极头和轭铁中的至少一个上面设置有多个线槽，所述多个线槽均为斜槽设置，并两两组成梯形形状，该线槽的斜槽角与永磁体的斜极角一致。
11.一种如权利要求1-5中任意一项所述的永磁体的制作方法，其特征在于，包括：
获取与该永磁体对应应用的永磁电机的槽数Z和极数2P；
计算槽数Z和极数2P的最小公倍数LCM；
根据最小公倍数LCM，利用以下公式计算斜极角θsk：
θsk＝360°/LCM
根据所计算的斜极角θsk，利用充磁夹具为永磁体本体充磁，以使得充磁后的该永磁体具有2P个梯形磁极，每个梯形具有斜极角θsk；
其中，所述充磁夹具包括如权利要求10所述的充磁夹具。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在对永磁体充磁后安装至永磁电机；或者，
将永磁体安装至永磁电机后进行充磁。
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