专利名称：内置式永磁同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机技术，特别是涉及一种内置式永磁同步电机的技术。
背景技术：
机电一体化和自动化场合越来越要求高效、节能、低噪、智能化，对为其配套的电机提出高效率、低噪音、高出力、快响应的要求，而目前不少永磁电机存在电磁兼容性差、噪音大、出力小、力矩波动大、过载能力低和功率密度低等缺陷。永磁同步电机的转子上都镶有转子磁极，转子磁极由多段磁钢(通常为三段)弧带状布设而成，现有永磁同步电机的转子磁极有两种1)平行取向的磁极，这种磁极中，各段磁钢的磁化方向平行；2)径向取向的磁极，这种磁极中，各段磁钢的磁化方向均为法向，即垂直于磁钢表面。现有永磁同步电机有很多优点，如取消机械换向器和电刷、维护少、效率高等，但其电枢磁场为非圆形跳跃式的旋转磁场，力矩波动本来就较大，加上齿槽效应，存在更大的力矩波动，影响电机高效、宽调速、平稳低噪运行，因此现有永磁同步电机的综合品质都较差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能大幅提高电机综合品质的内置式永磁同步电机。为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种内置式永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子的内周面与转子的外周面之间留有气隙；
所述转子上围绕转子的中心轴线轴对称间隔设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有三个永磁体，每个永磁槽内的三个永磁体中，其中的一个永磁体为中间磁钢，另两个永磁体均为侧部磁钢；
在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间存在如下关系永磁槽内的三个永磁体沿一圆弧线依次布设，且中间磁钢位于两个侧部磁钢之间，三个永磁体的中心点均落在该圆弧线上，该圆弧线为该永磁槽的磁体布设弧线，磁体布设弧线是一朝向转子中心轴线弧形凸出的圆弧线，每个永磁体均由经过磁体布设弧线的弧心，且经过该永磁体自身中心点的直线均分成两个形状一致的区块；
其特征在于，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关
系
1)永磁槽内的三个永磁体的取向直线相交于一点，该点为该永磁槽内永磁体的磁化取向点；
永磁体的取向直线是指，平行于所属永磁体的磁化方向，且经过所属永磁体的中心点的直线；
2)中间磁钢的取向直线经过永磁槽的磁体布设弧线的弧心，且经过转子的轴心；
3)永磁槽的磁体布设弧线的弧心，与该永磁槽内永磁体的磁化取向点互不重合。
进一步的，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系设永磁槽内永磁体的磁化取向点与该永磁槽内的中间磁钢的中心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线的曲率半径为R，则有H > R，且H值在1. 2倍R值至6倍R值之间。进一步的，H值为3. 6倍R值。进一步的，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系设永磁槽内永磁体的磁化取向点与该永磁槽内的中间磁钢的中心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线的曲率半径为，则有H < R，且H值在O. 5倍R值至O. 8倍R值之间。进一步的，H值为O. 65倍R值。本发明提供的内置式永磁同步电机，通过调整两个侧部磁钢的磁化方向，优化磁钢取向，使得永磁槽的磁体布设弧线弧心与永磁槽内永磁体的磁化取向点互不重合，能大幅提高电机的综合品质；当永磁槽内永磁体的磁化取向点与中间磁钢的中心点之间的间距大于磁体布设弧线的曲率半径时，有“聚磁效应”，可显著提高电机定转子间的气隙磁通密度，从而有效提高出力、过载能力、功率密度和效率；当永磁槽内永磁体的磁化取向点与中间磁钢的中心点之间的间距小于磁体布设弧线的曲率半径时，可改善电机气隙磁密波形，减少谐波分量，特别是减少幅值较大的3次谐波分量，获得正弦波磁场，降低力矩波动，减少噪音和震动，使电机即使采用均匀气隙，也能显著改善电机气隙磁密波形，获得正弦波磁场，既不减少出力，又能减小齿槽引起的力矩波动。本发明使电机综合品质大幅度提高，实现高功率密度、高效、低波动、低噪和高精度平稳运行，实现电机小型轻量化。
图1是本发明第一实施例所提供的内置式永磁同步电机的径向截面示意 图2、图3是本发明第一实施例所提供的内置式永磁同步电机中的转子的径向截面示意 图4是本发明第二实施例所提供的内置式永磁同步电机中的转子的径向截面示意图；图5是本发明第二实施例所提供的内置式永磁同步电机与现有电机之间的气隙磁通密度波形比较 图6是本发明第二实施例所提供的内置式永磁同步电机与现有电机之间的齿槽力矩波形比较图。
具体实施例方式以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种内置式永磁同步电机，包括定子I和转子2，所述定子I的内周面与转子2的外周面之间留有气隙；
所述转子2上围绕转子2的中心轴线轴对称间隔设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有三个永磁体31、32、33，每个永磁槽内的三个永磁体中，其中的一个永磁体32为中间磁钢，另两个永磁体31、33均为侧部磁钢； 如图2所示，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间存在如下关系永磁槽内的三个永磁体沿一圆弧线M依次布设，且中间磁钢32位于两个侧部磁钢31、33之间，三个永磁体的中心点均落在该圆弧线M上，该圆弧线M为该永磁槽的磁体布设弧线，磁体布设弧线M是一朝向转子中心轴线弧形凸出的圆弧线，每个永磁体均由经过磁体布设弧线M的弧心E，且经过该永磁体自身中心点的直线均分成两个形状一致的区块；
如图3所示，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系
1)永磁槽内的三个永磁体的取向直线C1、C2、C3相交于一点D,该点为该永磁槽内永磁体的磁化取向点；
永磁体的取向直线是指，平行于所属永磁体的磁化方向，且经过所属永磁体的中心点的直线；
图3中，直线Cl是侧部磁钢31的取向直线，直线C2是中间磁钢32的取向直线，直线C3是侧部磁钢33的取向直线；
2)中间磁钢32的取向直线C2经过永磁槽的磁体布设弧线M的弧心E，且经过转子的轴心；
3)永磁槽的磁体布设弧线M的弧心E，与该永磁槽内永磁体的磁化取向点D互不重合；
4)设永磁槽内永磁体的磁化取向点D与该永磁槽内的中间磁钢32的中心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线M的曲率半径为R，则有H > R，且H值在1. 2倍R值至6倍R值之间，本实施例中H值优选为3. 6倍R值。本发明第一实施例相比现有技术中，采用平行磁化的磁钢或径向磁化的磁钢组成弧形转子磁极的永磁同步电机，具有良好的“聚磁效应”，可显著提高电机定转子间的气隙磁通密度8%-10%，由于电机的输出功率和输出转矩，与定转子间气隙磁密成正比，因此能有效提高出力、过载能力、功率密度和效率，而电机的机械时间常数与气隙磁通密度平方成反t匕，加速度与气隙磁通密度成正比，因此能大幅度减少机械时间常数，提高快速响应特性。如图4所示，本发明第二实施例所提供的一种内置式永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子的内周面与转子的外周面之间留有气隙；
所述转子上围绕转子的中心轴线轴对称间隔设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有三个永磁体231、232、233，每个永磁槽内的三个永磁体中，其中的一个永磁体232为中间磁钢，另两个永磁体231、233均为侧部磁钢；
在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间存在如下关系永磁槽内的三个永磁体沿一圆弧线M2依次布设，且中间磁钢232位于两个侧部磁钢231、233之间，三个永磁体的中心点均落在该圆弧线M2上，该圆弧线M2为该永磁槽的磁体布设弧线，磁体布设弧线M2是一朝向转子中心轴线弧形凸出的圆弧线，每个永磁体均由经过磁体布设弧线M2的弧心E2，且经过该永磁体自身中心点的直线均分成两个形状一致的区块；
在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系
I)永磁槽内的三个永磁体的取向直线C21、C22、C23相交于一点D2,该点为该永磁槽内永磁体的磁化取向点；
永磁体的取向直线是指，平行于所属永磁体的磁化方向，且经过所属永磁体的中心点的直线；
图4中，直线C21是侧部磁钢231的取向直线，直线C22是中间磁钢232的取向直线，直线C23是侧部磁钢233的取向直线；
2)中间磁钢232的取向直线C22经过永磁槽的磁体布设弧线M2的弧心E2，且经过转子的轴心；
3)永磁槽的磁体布设弧线M2的弧心E2，与该永磁槽内永磁体的磁化取向点D2互不重
合；
4)设永磁槽内永磁体的磁化取向点D2与该永磁槽内的中间磁钢232的中心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线M2的曲率半径为R，则有H < R，且H值在O. 5倍R值至
O.8倍R值之间，本实施例中H值优选为O. 65倍R值。本发明第二实施例相比现有技术中，采用平行磁化的磁钢或径向磁化的磁钢组成弧形转子磁极的永磁同步电机，可改善电机气隙磁密波形，减少谐波分量，特别是减少幅值较大的3次谐波分量，获得良好的正弦波磁场，降低齿槽引起的力矩波动，减少噪音和震动，使电机即使采用均匀气隙，也能显著改善电机气隙磁密波形，获得正弦波磁场，既不减少出力，又能大幅度降低力矩波动，能使电机综合品质大幅度提闻，实现闻功率密度、闻效、低波动、低噪和高精度平稳运行，实现电机小型轻量化。如图5所示，图5中的竖轴Bg为气隙磁通密度数值轴，曲线S2是现有采用径向磁化的磁钢组成弧形转子磁极的永磁同步电机的气隙磁通密度波形，可以看出曲线S2接近梯形波，曲线SI是本发明第二实施例的内置式永磁同步电机的气隙磁通密度波形，可以看出曲线SI接近正弦波，能有效减小齿槽引起的力矩波动，使电机综合品质大幅度提闻，实现高功率密度、高效、低波动、低噪和高精度平稳运行。如图6所示，图6中的竖轴Tcog为齿槽力矩数值轴，横轴O为电角度数值轴，曲线Kl是现有采用径向磁化的磁钢组成弧形转子磁极的永磁同步电机的齿槽力矩波形，其齿槽力矩Tcog峰值相对值接近1，曲线K2是本发明第二实施例的内置式永磁同步电机的齿槽力矩波形，其齿槽力矩Tcog峰值相对值为O. 13，可大幅度降低齿槽引起的力矩波动，减少噪首和震动，使电机综合品质大幅度提闻，满足机电一体化和自动化场合对驱动电机的性能要求，实现产业化生产，实现高功率密度、宽调速、快响应、频繁启动和平稳运行。
权利要求
1.一种内置式永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子的内周面与转子的外周面之间留有气隙； 所述转子上围绕转子的中心轴线轴对称间隔设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有三个永磁体，每个永磁槽内的三个永磁体中，其中的一个永磁体为中间磁钢，另两个永磁体均为侧部磁钢； 在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间存在如下关系:永磁槽内的三个永磁体沿一圆弧线依次布设，且中间磁钢位于两个侧部磁钢之间，三个永磁体的中心点均落在该圆弧线上，该圆弧线为该永磁槽的磁体布设弧线，磁体布设弧线是一朝向转子中心轴线弧形凸出的圆弧线，每个永磁体均由经过磁体布设弧线的弧心，且经过该永磁体自身中心点的直线均分成两个形状一致的区块； 其特征在于，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系: 1)永磁槽内的三个永磁体的取向直线相交于一点，该点为该永磁槽内永磁体的磁化取向点； 永磁体的取向直线是指，平行于所属永磁体的磁化方向，且经过所属永磁体的中心点的直线； 2)中间磁钢的取向直线经过永磁槽的磁体布设弧线的弧心，且经过转子的轴心； 3)永磁槽的磁体布设弧线的弧心，与该永磁槽内永磁体的磁化取向点互不重合。
2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系:设永磁槽内永磁体的磁化取向点与该永磁槽内的中间磁钢的中 心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线的曲率半径为R，则有H > R，且H值在1.2倍R值至6倍R值之间。
3.根据权利要求2所述的内置式永磁同步电机，其特征在于:H值为3.6倍R值。
4.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，在转子的径向截面中，单个永磁槽内的三个永磁体之间还存在如下关系:设永磁槽内永磁体的磁化取向点与该永磁槽内的中间磁钢的中心点之间的间距为H，该永磁槽的磁体布设弧线的曲率半径为，则有H< R，且H值在0.5倍R值至0.8倍R值之间。
5.根据权利要求4所述的内置式永磁同步电机，其特征在于:H值为0.65倍R值。
全文摘要
一种内置式永磁同步电机，涉及电机技术领域，所解决的是提高电机综合品质的技术问题。该电机的转子上围绕转子的中心轴线轴对称间隔设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有弧带形布设的三个永磁体，其中的一个永磁体为中间磁钢，另两个永磁体均为侧部磁钢；其特征在于，中间磁钢的采用垂直于磁钢表面的法向磁化，两个侧部磁钢采用非法向磁化，使得永磁槽的磁体布设弧线的弧心与永磁槽内永磁体的磁化取向点互不重合。本发明提供的电机，能大幅提高电机的综合品质。
文档编号H02K1/27GK103078464SQ20121057967
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者林德芳 申请人:上海特波电机有限公司, 上海川也电机有限公司, 宁德特波电机有限公司