CN205377497U - 一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构，该磁瓦包括磁瓦本体，所述的磁瓦本体横截面为扇形；所述的磁瓦本体包括外表面和内表面，所述的内表面和外表面为弧形，内表面和外表面同心设置。本实用新型的有益效果是：本实用新型的方案由于极弧系数很高，因此设计一个特殊的整形工装进行电机磁瓦安装后的整体整形，从而获得很好的磁瓦内圆跳动，确保电机的反电动势波形的正弦化和周期上的一致性。不仅可以获得低噪音，高效率的电气性能，而通过使用较高磁能积的烧结铁氧体材料，提高其利用率，在电机相同输出功率的前提下，缩短了定子铁芯的长度、缩短了磁体的长度、减少了机壳材料和铜线材料等，达到降低电机材料成本的目的。

Description

一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构

技术领域

本实用新型涉及外转子无刷直流电机领域，具体涉及一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构。

背景技术

目前，DC072和EC072外转子永磁无刷直流电机的转子多采用注塑铁氧体材料和橡胶磁条材料，也有一部分采用烧结铁氧体磁瓦材料，本专利就是针对于优化设计的烧结铁氧体磁瓦材料，结合电机的整体方案及成本而设计出的一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构。目前市面上该型号产品的极弧系数大多集中在0.67-0.75。烧结铁氧体磁瓦的磁能积与注塑铁氧体材料和橡胶磁条磁能积的比例系数t的范围在1.3-2之间。目前，DC072和EC072外转子永磁无刷直流电机的槽极配合大多数采用6槽4极的方案，如果采用烧结铁氧体磁瓦磁作为永磁体，在相同输出功率的前提下，理论设计其电机的铁芯长度和磁体的长度将会比注塑铁氧体材料和橡胶磁条大致降低30％～70％，但是由于磁瓦需要固定和减少齿槽脉动转矩，必须寻找一个合理的极弧系数来设计磁瓦才能满足实际的使用要求，这就降低了磁体在圆周上的利用率，从而电机的电机铁芯的设计长度并不能减少到注塑铁氧体材料和橡胶磁条的30％到70％，而实践经验得出只能降低到10％～20％。且得不到较低的齿槽脉动转矩，电机噪音加大。因此需要寻找到一个最佳的极弧系数来改变磁瓦的形状以达到最佳的使用效果，从而改善噪音大、齿槽脉动转矩大等问题。

实用新型内容

本实用新型解决了上述现有技术中的不足，提供一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构。本实用新型所采用的设计方案，把极弧系数提高到0.95-0.98，并在高极弧系数磁瓦下找到最佳的电机电磁参数，从而把电机的成本维持在使用低价格和较低磁能积的注塑铁氧体材料和橡胶磁条材料方案的成本水平，提高了电机的效率、减少了使用其他材料的成本、使电机的方电动势正弦化，降低电机的齿槽脉动转矩，也降低了电机的运行噪音。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构，该磁瓦包括磁瓦本体，所述的磁瓦本体横截面为扇形；所述的磁瓦本体包括外表面和内表面，所述的内表面和外表面为弧形，内表面和外表面同心设置。

所述的磁瓦本体的极弧系数为0.95-0.98。

所述的外表面和内表面的圆心角都为90°。

所述的外表面半径为34-34.5mm,所述的内表面的半径为29mm；所述的外表面和内表面的宽度为32-35mm。

所述的磁瓦本体采用烧结铁氧体材质制成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的方案由于极弧系数很高，从而获得很好的磁瓦内圆跳动，确保电机的反电动势波形的正弦化和周期上的一致性。不仅可以获得低噪音，高效率的电气性能，而且通过使用较高磁能积的烧结铁氧体材料，提高其利用率，在电机相同输出功率的前提下，缩短了定子铁芯的长度、缩短了磁体的长度、减少了机壳材料和铜线材料等，达到降低电机材料成本的目的，以获得较高的实际运用价值。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的斜磁角度示意图。

附图标记说明：1.磁瓦本体；2.外表面；3.内表面；4.圆心角；5.斜磁角度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图所示：一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构，该磁瓦包括磁瓦本体1，所述的磁瓦本体1横截面为扇形；所述的磁瓦本体1包括外表面2和内表面3，所述的内表面2和外表面3为弧形，内表面2和外表面3同心设置。所述的磁瓦本体1的极弧系数为0.95-0.98。所述的外表面2和内表面3的圆心角4都为90°。所述的外表面2半径为34-34.5mm,所述的内表面3的半径为29mm；所述的外表面2和内表面3的宽度为32-35mm。所述的磁瓦本体1采用烧结铁氧体材质制成。

利用烧结铁氧体磁瓦磁能积高于注塑铁氧体材料和橡胶磁条材料的优势，实现电机的正弦反电动势，寻找电机的最优极弧系数。烧结铁氧体磁瓦磁能积与注塑铁氧体材料和橡胶磁条磁能积的比例系数t的范围在1.3～2之间。目前，DC072和EC072外转子永磁无刷直流电机的槽极配合大多数采用6槽4极的方案，如果采用烧结铁氧体磁瓦磁作为永磁体，在相同输出功率的前提下，理论设计其电机的铁芯长度和磁体的长度将会比注塑铁氧体材料和橡胶磁条大致降低30％～70％，但是由于磁瓦需要固定和减少齿槽脉动转矩，必须寻找一个合理的极弧系数来设计磁瓦才能满足实际的使用要求，这就降低了磁体在圆周上的利用率，从而电机的电机铁芯的设计长度并不能减少到注塑铁氧体材料和橡胶磁条的30％到70％，而实践经验得出只能降低到10％～20％。且得不到较低的齿槽脉动转矩，电机噪音加大。

从电机电磁设计的文献和市面上实际设计上看，采用烧结铁氧体磁瓦方案的电机极弧系数集中在0.67～0.75。极弧系数αp是指磁极极弧宽度与磁极极距之比。通常的分数槽电机的极弧系数一般计算公式为：

$\mathrm{\α}p=\frac{N-k1}{N}+k2$

N＝Nc/2p

Nc为电机槽数和极数的最小公倍数。

p为电机极对数。

K1为1，2，3，N-1。

K2通常根据气隙和经验取值0.01～0.05。

所以，6槽4极的极弧系数αp计算为0.68。这样就得出本实用新型的磁体的利用效率，更重要的是由于该极弧系数系数小只能采用垂直充磁的方式，而不能采用斜磁的方式进行正弦波反电动势的优化设计，否则，将会出现反电动势的波形突变和缺口，从而达不到减小齿槽脉动转矩的目的。采用垂直充磁的方式也很难得到标准的正弦波反电动势波形，大多是通过削弧的方式得到一个准正弦波的反电动势波形。

故本实用新型采用高极弧系数的磁瓦方式，把极弧系数提高到0.95～0.98，减小磁瓦的削弧系数或不采用削弧方案，并采用斜磁20±5度(20度为最佳)的整体充磁方式，通过斜磁来实现反电动势的正弦化，从而提高了磁体的利用率，从减少铁芯长度、机壳长度和铜线重量等降低电机的成本，使本实用新型具有符合市场竞争的低成本及高性能的优势，更具实际的使用价值。

同功率下，电机磁体长度缩减的比率系数的估算值d如下：

$d=\frac{\mathrm{\α}p2\×cos\left(\mathrm{\β}\right)-\mathrm{\α}p1}{\mathrm{\α}p1}+kqd$

β为磁体整体充磁的斜磁角度：20度。

αp1为垂直充磁磁瓦设计的极弧系数：0.68。

αp2为本专利斜磁充磁磁瓦设计的极弧系数：0.95～0.98。

kqd为电机电枢反应和驱动程序超前角设计等影响的系数：±0.05

极弧系数αp2的计算约束值0.3mm。

通过计算得出d＝0.35，即就是通过该设计可以降低电机的铁芯长度或磁体长度35％左右而得到很好的正弦波反电动势。

本实用新型结合整体正弦充磁和特殊斜磁角度等理论，设计出低成本高性能的磁体结构，从而获得很好的正弦波反电动势波形，达到低噪音的设计目的，其电机噪音由常规的42分贝减小到38分贝。磁瓦由于极弧系数很高，在外传子上的安装固定方法也必须打破常规的弹片方式和磁瓦架固定方式，而改用高强度的结构磁瓦胶水固定方式。磁瓦本体1插入电子转子外壳后，由于胶水的涂抹不均匀，可能导致电机气隙的大小偏差，所以要按照图1所示的角度进行充磁4片磁瓦本体1嵌入机壳后进行四级整体充磁，斜磁角度5为左斜20±5度(20度为最佳)，从而获得很好的磁瓦内圆跳动，确保电机的反电动势波形的正弦化和周期上的一致性。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构，包括磁瓦本体(1)，其特征在于：所述的磁瓦本体(1)横截面为扇形；所述的磁瓦本体(1)包括外表面(2)和内表面(3)，所述的内表面(2)和外表面(3)为弧形，内表面(2)和外表面(3)同心设置。

2.根据权利要求1所述的高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构,其特征在于：所述的磁瓦本体(1)的极弧系数为0.95-0.98。

3.根据权利要求1所述的高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构,其特征在于：所述的外表面(2)和内表面(3)的圆心角(4)都为90°。

4.根据权利要求1所述的高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构,其特征在于：所述的外表面(2)半径为34-34.5mm,所述的内表面(3)的半径为29mm；所述的外表面(2)和内表面(3)的宽度为32-35mm。

5.根据权利要求1所述的高极弧系数正弦反电动势磁瓦结构,其特征在于：所述的磁瓦本体(1)采用烧结铁氧体材质制成。