专利名称：永磁同步电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机技术领域，具体地说，涉及一种永磁同步电机。
背景技术：
目前在日常生活、工农业生产、航空航天、国防等各个领域得到广泛应用的永磁电机种类主要有永磁同步发电机、永磁直流电机、异步起动永磁同步电动机、调速永磁同步电动机以及其它具有特殊用途的永磁特种电机。调速永磁同步电动机，由于能在相对比较容易实现的控制方式下不断的快速启动、定位、调速运行以及快速跟踪特性，并且通过适当的设计可以减小由定子电流与转子永磁体相互作用产生的谐波转矩和由定子铁心与转子永磁体相互作用产生的齿槽转矩，这样可以使电机在低速运行时仍旧有较低的转速脉动以及较高的定位精度，因而在工控伺服领域得到了广泛的应用。
调速永磁同步电动机可分为两类矩形波永磁同步电动机(又称无刷直流电动机，Burshless DC Motor，简称BDCM)，正弦波永磁同步电动机(PermanentMagnet Synchronous Motor简称PMSM)。在电机结构上，前者的定子绕组通常为60度相带的集中整距绕组，而后者的定子绕组和普通的Y系列异步电动机没有什么区别可采用分布绕组，并且可以整矩或短距。两者转子表面安装永磁体或者内嵌永磁体。与异步电动机相比，由于永磁体的存在，可以省去或减少定子电流中的励磁分量，因此定子铜耗减小；同时由于其转子侧上也没有鼠笼感应电机所特有的铝导条，也没有转子铜耗，因而可以使效率得以提高，同时减小电机本身的发热，这对于高精度的伺服系统是很重要的；另外，调速永磁同步电动机比普通的异步电动机有更大的功率密度、调速范围以及转矩/电流比，这在追求电机结构紧凑，体积小，宽调速范围的伺服应用领域是很重要的一点。
使可调速永磁同步电动机作为数控伺服系统中的执行机构其除了具备上述的优点外，还必须要求其转速脉动尽量小，也就是要求电机的脉动转矩尽可能的小。可调速永磁同步电动机的脉动转矩主要是指齿槽转矩和纹波转矩。BDCM和PMSM的齿槽转矩在特征上没有什么不同，都是因为定子齿槽的存在而产生的脉动转矩，其性质同属于磁阻转矩，是永磁体与定子铁心作用的结果，它与转子位置有关，随着转子旋转而变化，是电动机空间的函数。两者削弱和消除齿槽转矩的措施基本相同。例如，定子斜槽或者转子斜极，或者选择适当的极弧系数等等。目的都是想从转子看上去的磁阻即使在转子旋转时也始终保持恒定。一般情况下，将定子槽或者永磁体斜一个齿距，可以使齿槽转矩减小到额定值的2％以下。因此，BDCM和PMSM相比，两者的齿槽转矩并没有明显的什么不同。
纹波转矩与齿槽无关，因为两者产生的原因不同。纹波转矩是定子电流与永磁体励磁磁场相互作用的结果。无论是BDCM，还是PMSM，当定子电流偏离理想波形都会产生纹波转矩。通过电流控制，能够使馈入PMSM的电流为正弦波，但是不能使馈入BDCM的电流为矩形波，因为BDCM的电感使定子相电流不能发生突变，所以实际电流波形为梯形波。这种电流波形的偏离使BDCM的转矩出现较大的换相纹波，而在PMSM这种纹波较小。在高速区，这种纹波转矩有可能被转子惯量过滤掉。但是在低速区，它们会影响伺服系统的性能。因此，对于性能要求不是很高的速度伺服和位置伺服系统来说，可以选用BDCM，但是对于高性能的速度伺服和位置伺服系统来说，应该优先考虑PMSM。于此同时，随着电力电子技术、微电子、计算机技术的发展，以及70年代德国学者Blaschke和Hases提出的关于交流电动机可以进行矢量控制的思想在电机调速领域中的推广，使正PMSM具备了上述的优点外，还有了更好的动态特性和跟踪特性。所有这些致使PMSM在高精度的伺服系统中得到了广泛的应用。
据不同的磁路结构，通过合理的设计使永磁体产生的气隙磁场尽量接近正弦分布，从而能在定子相绕组中感应更接近正弦波分布的感应电动势。转子磁路的不对称所产生的磁阻转矩也有利于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。对于PMSM而言，为了减小谐波转矩，要求其空载感应电动势和输入电流尽可能为正弦波。为了使输入电流接近正弦波，逆变器侧可以通过采用各种先进的调制技术来得以实现。但要求得到正弦的空载感应电动势，则必须从电机的本体出发。
中国专利ZL200380104515.6提供了一种无刷DC马达，包括转子，在该转子内部安装有多个具有规定厚度的永磁铁，该转子具有连接于各永磁铁的圆周方向的端部、延伸至转子的表面附近且在圆周方向的长度比永磁铁的厚度长的非磁性部的磁通屏障，并且在磁极间具有棱，其特征在于，该磁通屏障与转子表面之间形成有桥部；在将希望降低振动的频率设为f，磁极对数量设为Pn，电角频率设为f0＝Pn×N，马达转速设为N，m为正奇数，棱相对转子中心所成的角度设为θr时，将磁通屏障的磁极中心侧的端部，和与相邻的磁通屏障的棱连接的一侧的端部相对转子中心所成的角度θ0，设定为满足θ0＝180×m/(Pn×f/f0)的关系，其中2θ0—θr<90°。但其比较适合无刷DC马达，并不太适合永磁同步电机。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种永磁同步电机，通过合理的设计使永磁体产生的气隙磁场尽量接近正弦分布，从而能在定子相绕组中感应更接近正弦波分布的感应电动势，以提高电机的性能。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现 一种永磁同步电机，包括转子，在所述转子内部安装有多个永磁铁，所述转子具有连接于各永磁铁的圆周方向的端部、延伸至转子的表面且在圆周方向的长度比永磁铁的厚度长的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁极侧形成棱边，两相邻的棱边在磁极间形成棱，磁通屏障与转子表面之间形成有桥部，其特征在于所述两相邻棱边的延长线相交于所述棱中心和转子圆心的连线上。
本实用新型中，所述两棱边的延长线既可相交于转子外部，也可以相交于转子内部，并处于所述棱中心和转子圆心的连线上。
转子外圆与定子内圆之间采用不均匀气隙，其中每个磁极分界处的气隙大小为磁极轴线处气隙大小的两倍，以使永磁体产生的气隙磁密为正弦波。
本实用新型的永磁同步电机通过合理设计永磁转子的槽型及转子外圆结构，来使气隙磁场尽量接近于正弦，从而减少了谐波转矩，提高了效率及功率因数。同时因为该结构磁路不对称，通过合理的弱磁控制，也能提高电机的过载能力及功率密度。
图1为本实用新型永磁同步电机结构的纵截面示意图。
图2为图1所示永磁同步电机转子结构的放大示意图。
图3为本实用新型另一实施例永磁同步电机转子结构的放大示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
实施例1 参见图1，本实用新型的永磁同步电机包括定子1，定子1上形成有多个齿11，转子2内容纳有多个永磁体21，转子2上具有连接于各永磁铁21的圆周方向的端部、延伸至转子2的表面且在圆周方向的长度比永磁铁21的厚度长的非磁性部的磁通屏障22，磁通屏障在磁极侧形成棱边23，两相邻的棱边23在磁极间形成棱24，磁通屏障23与转子2表面之间形成有桥部25，上述结构均为现有技术，在此不再累述。
参见图2，转子圆心O和棱24中心形成连线OA，相连两棱边的延长线交于OA连线上的B点，B点处于转子外部。转子外圆26与定子内圆27之间采用不均匀气隙，其中每个磁极分界处的气隙28比磁极轴线处气隙29大，通过对采用不同气隙结构的气隙磁密进行傅立叶分析，当磁极分界处的气隙28为磁极轴线处气隙29两倍时，气隙磁密最接近于正弦波，进而满足正弦波驱动永磁电机对气隙磁场的要求。
实施例2 本实施例与实施例1的区别在于相连两棱边的延长线交于OA连线上的C点，且C点处于转子内部。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种永磁同步电机，包括转子，在所述转子内部安装有多个永磁铁，所述转子具有连接于各永磁铁的圆周方向的端部、延伸至转子的表面且在圆周方向的长度比永磁铁的厚度长的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁极侧形成棱边，两相邻的棱边在磁极间形成棱，磁通屏障与转子表面之间形成有桥部，其特征在于所述两相邻棱边的延长线相交于所述棱中心和转子圆心的连线上。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于所述两棱边的延长线相交于转子外部。
3.如权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于所述两棱边的延长线相交于转子内部。
4.如权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于转子外圆与定子内圆之间的气隙为不均匀气隙。
5.如权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于每个磁极分界处的气隙大小为磁极轴线处气隙大小的两倍。
专利摘要本实用新型提供一种永磁同步电机，以使定子相绕组中感应更接近正弦波分布的感应电动势。该永磁同步电机，包括转子，在所述转子内部安装有多个永磁铁，所述转子具有连接于各永磁铁的圆周方向的端部、延伸至转子的表面且在圆周方向的长度比永磁铁的厚度长的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁极侧形成棱边，两相邻的棱边在磁极间形成棱，磁通屏障与转子表面之间形成有桥部，其特征在于所述两相邻棱边的延长线相交于所述棱中心和转子圆心的连线上。本实用新型机通过合理设计永磁转子的槽型及转子外圆结构，从而减少了谐波转矩，提高了效率及功率因数。同时因为该结构磁路不对称，通过合理的弱磁控制，也能提高电机的过载能力及功率密度。
文档编号H02K1/27GK201204529SQ20082016370
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者冯雪晴, 刘立军 申请人:无锡东元电机有限公司