CN203883648U - 磁环结构、轴及使用其的永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种优化形状的磁环结构、轴和永磁同步电机。该磁环结构的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧，转子轴被设计成内凹圆弧状，采用过盈配合的方式将磁环直接热套在转子轴上。该磁环和转子轴的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

Description

磁环结构、轴及使用其的永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及一种永磁同步电机，更具体涉及一种优化形状的磁环结构、轴以及使用其的永磁同步电机。

背景技术

为了产生高强度的气隙磁场，永磁同步电机目前普遍使用性能优异的稀土永磁材料。对于小功率、小体积的永磁同步电机，励磁永磁体普遍采用多极环形永磁体，即磁环。图1展示的是一种最常见的5对极的径向充磁磁环，其特征实内外表面均为圆形，且为同心圆，圆环厚度均匀一致。转子上不存在铁芯，磁环直接套在转子轴上。转子轴为圆柱形。对应的电机气隙磁通密度波形如图2所示。显而易见，气隙磁通密度波形正弦性较差，波形畸变严重，含有较为丰富的高次谐波。高次谐波不仅增加铁心损耗，而且引起电机的震动、噪声。此外，也降低电机的控制精度。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于产生较为正弦的气隙磁通密度波形。本实用新型涉及一种永磁同步电机，本实用新型更具体涉及一种优化形状的磁环和转子轴。该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧，转子轴被设计成内凹圆弧状，采用过盈配合的方式将磁环直接热套在转子轴上。该磁环和转子轴的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

本实用新型的第一方面提供了一种磁环结构，包括稀土永磁材料和磁极，磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，其特征在于：所述磁环结构的外表面形状设置为圆形，下表面形状设置为圆弧；每个磁极占有的空间机械角度：

θ=360°/P，其中P为所述磁环结构所用于的永磁同步电机的磁极数。

优选的，所述磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，其中θ₁和θ₂满足关系：θ₁=(0.70～0.90)θ，θ₂=θ-θ₁。

优选的，当所述磁环结构用于磁极数为10、定子槽数为12的永磁同步电机时，所述θ₁=29°、θ₂=7°。

优选的，所述磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.5～0.75)h_max。

优选的，最大值和最小值之间关系为：h_Min=0.6h_max。

优选的，基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径。

优选的，所述磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

本实用新型的第二方面，提供了一种用于永磁同步电机的转子轴，设计为多段内凹圆弧状，用以配合所述永磁同步电机的磁环结构，其特征在于：转子轴和磁环采用过盈配合。

优选的，所述转子轴和磁环的过盈量为0～0.03mm。

本实用新型的第三方面，提供了一种永磁同步电机，包括：电机绕组、转子和电机定子铁芯，其特征在于，该转子包括上述磁环结构和与磁环结构过盈配合的轴。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁环的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧，转子轴被设计成多段内凹圆弧状，采用过盈配合的方式将磁环直接热套在转子轴上。该磁环和转子轴的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

附图说明

图1是---现有技术中参考例的磁环结构示意图。

图2是---现有技术中参考例电机的气隙磁通密度波形图。

图3是---现有技术中参考例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图4是---本实用新型的实施例磁环2-D示意图。

图5是---本实用新型的实施例磁环3-D结构示意图。

图6是---本实用新型磁环的磁极平行充磁示意图。

图7是---本实用新型磁环的磁极径向充磁示意图。

图8是---本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形图。

图9是---本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图10是---本实用新型实施例永磁同步电机示意剖面图。

附图标记说明：

1-常规磁环；2-常规磁环N极；3-常规磁环S极；4-磁环；401-磁环磁极N极；402-磁环磁极S极；5-转子；6-永磁同步电机；7-永磁同步电机绕组；8-永磁同步电机定子铁芯。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具体说明根据本实用新型实施方式的永磁同步电机，本实用新型的实施方式不限于以下示例的实施方式。

根据本实用新型实施方式，磁环采用稀土永磁材料4，磁环的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧。

将永磁同步电机的磁极数设为P，参考例和实施例均为磁极数P=10。每极占有的空间机械角度：

设本实用新型磁环磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，如图4所示。一般情况下θ₁=(0.70～0.90)θ，θ₂=θ-θ₁。针对P=10、Z=12永磁同步电机，优选的，θ₁=29°、θ₂=7°。

设本实用新型的磁环磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，如图6所示。h_Min=(0.5～0.75)h_max，实施例中，优选的h_Min=0.6h_max。

根据θ₁、h_Max和h_Min这三个限制条件，可以确定磁环磁极内圆弧半径，圆弧的弧度角即为θ₁。

本实用新型磁环的磁极的充磁方式主要有两种，平行充磁和径向充磁，如图6和图7所示。优选的，平行充磁。

转子轴的形状如图6所示，转子轴设计成多段内凹圆弧状，用以配合磁环，两者采用过盈配合，过盈量一般为0～0.03mm。

本实用新型实施例的永磁同步电机如图10所示。主要部分包括：磁环4、电机绕组7、电机定子铁芯8。

采用热套的工艺，将磁环4直接安装在转子轴5上。

实施例中永磁同步电机磁极数P=10、定子槽数Z=12，对于适当变更磁极数M和定子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本实用新型的范围之内。

以上，对本实用新型的实施方式进行了简要说明，但如果是所谓的本领域的技术人员，在不脱离本实用新型重要内容的范围内，可以对本实用新型的上述实施方式进行适当变更，而且也可以适当组合利用基于上述实施方式和变更例的方法。换句话说，即使是这样的加以变更等的技术也包含在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种磁环结构，包括稀土永磁材料和磁极，磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，其特征在于：

所述磁环结构的外表面形状设置为圆形，下表面形状设置为圆弧；每个磁极占有的空间机械角度：θ=360°/P，其中P为所述磁环结构所用于的永磁同步电机的磁极数。

2.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，其中θ₁和θ₂满足关系：θ₁=(0.70～0.90)θ，θ₂=θ-θ₁。

3.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

当所述磁环结构用于磁极数为10、定子槽数为12的永磁同步电机时，所述θ₁=29°、θ₂=7°。

4.如权利要求1或2或3所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.5～0.75)h_max。

5.如权利要求4所述的磁环结构，其特征在于：

最大值和最小值之间关系为：h_Min=0.6h_max。

6.如权利要求4所述的磁环结构，其特征在于：

基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径。

7.如权利要求1或2或3所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

8.一种用于永磁同步电机的转子轴，所述转子轴为多段内凹圆弧状，用以配合所述永磁同步电机的磁环结构，其特征在于：转子轴和磁环采用过盈配合。

9.如权利要求8所述的转子轴，其特征在于：

所述转子轴和磁环的过盈量为0～0.03mm。

10.一种永磁同步电机，包括：电机绕组、转子和电机定子铁芯，其特征在于，该转子包括上述权利要求1-7中任一所述磁环结构和上述权利要求8-9中任一所述转子轴，它们两者过盈配合。