一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种永磁电机，特别是关于一种能够降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机。
【背景技术】
[0002]现代社会已无法离开电机，电机的应用遍及交通运输、工农业生产、信息处理，以及日常生活的各个领域。电机的种类繁多，结构也各有不同，有异步电机、永磁电机、电励磁电机等。各类电机在旋转过程中都会产生振动和噪声，振动噪声是一种环境污染，会对人们健康、日常生活产生不良的影响；在军工领域振动噪声更为重要。因此，降低电机的振动和噪声具有非常重要的意义。
[0003]电机的气隙中存在着基波磁场和一系列的谐波磁场。在电机运行过程中，这些气隙磁场之间相互作用，将会产生作用于电机定子铁芯上的切向及径向的电磁力；其中，切向电磁力产生转矩，而径向电磁激振力引起定子铁芯变形。各种周期、各种转速的径向电磁激振力波都分别作用在定子、转子铁芯上，使定子铁芯和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向形变，因此产生振动和噪声。
[0004]电机的电磁激振力中最主要的包括三类：第一类是与极数相关的极频电磁激振力；第二类是与齿槽数相关的槽频电磁激振力；第三类是与电力电子装置开关频率相关的高频激振力。这三类电磁激振力是电机与电力电子装置本质造成的，减小和削弱这些电磁激振力存在极大的困难。对于第一类电磁激振力，现有方法只能通过降低电机的气隙磁通密度来实现，但是该方法会降低电机的转矩和功率密度。对于第二类电磁激振力，往往采用斜槽或闭口槽，然而斜槽效果不明显，且工艺复杂；闭口槽会增加槽漏抗，且效果也不明显。对于第三类电磁激振力，现有方法是增加滤波电路、降低与开关频率相关的谐波或者提高开关频率，但是增加滤波电路增大了设备重量，并降低了可靠性；提高开关频率会增加损耗，降低效率。由此可见，到目前为止，还没有解决电机振动和噪声的较好的方案。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够降低极频和槽频电磁激振力的永磁电机，从而实现电机系统减振降噪的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，它包括定子机座、定子铁芯、定子绕组、永磁体、转子铁芯、转子轴和轴承；所述定子机座内固设有所述定子铁芯，所述定子铁芯上设置有所述定子绕组；所述转子轴通过所述轴承固定设置在所述定子机座内，所述转子铁芯固定设置在所述转子轴上，所述转子铁芯上布置有所述永磁体；其特征在于：所述永磁体由轴向一致布置永磁体和轴向交替布置永磁体构成；所述轴向一致布置永磁体与所述轴向交替布置永磁体的充磁方向为径向，所述轴向一致布置永磁体的极性交替布置，形成磁极与定子作用，产生转矩和径向电磁力；所述轴向交替布置永磁体由沿轴向分段的若干小块永磁体构成，所述小块永磁体沿圆周方向上布置在相邻两所述轴向一致布置永磁体之间，沿轴向各段小块永磁体为极性交替排列的方式布置。
[0007]所述定子机座采用具有导磁性的材料制成。
[0008]在所述定子铁芯的定子齿对应的铁芯辄部开设有孔，所述孔中插设有导磁棒。
[0009]所述定子铁芯内圆上开设有槽，所述槽两边为定子齿，在所述槽内设置有所述定子绕组。
[0010]所述定子铁芯采用无槽定子结构，所述定子铁芯的内圆表面光滑，所述定子绕组为无槽绕组，所述无槽绕组经过热固材料固化成型，固定在所述定子铁芯的内圆表面。
[0011]将所述轴向一致布置永磁体和轴向交替布置永磁体都进行分段，轴向上相邻的两段永磁体采用错开式结构，先错开再回位形成曲折结构。
[0012]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的永磁体由轴向一致布置永磁体和轴向交替布置永磁体构成，轴向一致布置永磁体布置在转子铁芯上，轴向交替布置永磁体布置在轴向一致布置永磁体之间，轴向一致布置永磁体产生周向磁场实现机电能量转换，而轴向交替布置永磁体产生轴向磁场，轴向磁场与周向磁场一起使定子铁芯内表面上的磁密均匀，变化减小，从而实现减小定子铁芯受到径向电磁激振力的变化，达到减小定子铁芯变形和振动的目的。因此本发明能够减小普通永磁电机磁场相对定子铁芯运动带来的极频径向电磁激振力，降低机械振动和噪声。2、本发明由于永磁体采用分段结构，相邻段之间进行周向扭斜，扭斜角度按照定子槽距角进行设置，从而使永磁体在定子铁芯上产生的与槽频相关的径向电磁激振力减小，能够实现转矩的平滑，从而降低电机的振动和噪声。3、本发明采用导磁的定子机座，使轴向交替布置永磁体产生的轴向磁通经过的磁路的磁阻大大减小，轴向磁场得到增强，轴向交替布置永磁体利用效果提高。4、本发明在定子铁芯上开孔布置导磁棒，避免使用导磁机座，同时使轴向交替布置永磁体产生的轴向磁通经过的磁路的磁阻大大减小，轴向磁场得到增强，轴向交替布置永磁体利用效果提高，使电机结构更为紧凑。5、本发明定子采用无槽绕组，定子铁芯不开槽，彻底消除定子受到的槽频径向电磁激振力，与转子轴向交替布置永磁体相配合，达到大大降低电机定子受到的极频和槽频径向电磁激振力的目的，实现完美结合。
[0013]基于以上优点，本发明可以广泛应用于家用电器、医疗仪器、工业生产、制造业和民用领域的电机系统、航空航天电机电器设备领域、舰船辅助机械和舰船推进等系统领域以及可移动电气系统领域，对系统的减振降噪具有重要意义。
【附图说明】
[0014]图1是现有的普通永磁电机的轴向横截面示意图，也是本发明的永磁电机的横截面不意图，是图2的A-A切面图；
[0015]图2是现有的普通永磁电机的截面示意图，是图1的B-B切面图；
[0016]图3是图2电机转子的展开为平面的示意图；
[0017]图4是图3的C-C截面上的磁密分布和径向电磁激振力密度波分布图；
[0018]图5是本发明永磁电机的截面不意图，是图1的B_B切面图；
[0019]图6是图5中电机转子展开为平面的不意图，以及磁力线分布不意图；
[0020]图7是图6的D-D截面上的磁密分布和径向电磁激振力密度波分布图；[0021 ] 图8是本发明减小槽频径向电磁激振力的转子永磁体布置示意图；
[0022]图9是本发明定子铁芯开孔加轴向导磁棒的方案示意图；
[0023]图10是本发明减小槽频径向电磁激振力的定子无槽绕组方案示意图；
[0024]图11是本发明采用连续斜边永磁体实施例一的示意图；
[0025]图12是本发明采用连续斜边永磁体实施例二的示意图。
【具体实施方式】
[0026]如图1?图3所示，永磁电机包括定子机座1、定子铁芯2、定子绕组3、永磁体7、转子铁芯6、转子轴4和轴承5。定子机座1内固定设置有定子铁芯2,在定子铁芯2上设置有定子绕组3 ;其中，定子机座1可采用常规电机的安装方式固定，定子铁芯2是电机磁路的一部分，定子绕组3 —般为三相绕组。转子轴4通过轴承5固定设置在定子机座1内，转子铁芯6固定设置在转子轴4上，并在转子铁芯6上布置有永磁体7,永磁体7充磁方向为径向，永磁体7的极性交替布置，转子轴4能够带动转子铁芯6和永磁体7绕轴心旋转。其中，在定子铁芯2内圆上还可以开设有槽8,槽8两边为定子齿9,在槽8内设置有定子绕组3〇
[0027]电机内部永磁体产生的磁场由永磁体7的N极出发，经过定子与转子之间的气隙、定子齿9,再沿圆周方向经过定子铁芯2,再经过定子齿9、定转子之间的气隙，最后回到永磁体7的S极（如图3的磁力线10所示），图3是将转子切开展开成平面得到的，磁力线以二维的形式表不。该电机的磁场只存在径向和圆周方向的磁场，不存在轴向的磁场。
[0028]电机运行时，定子绕组通三相交流电，形成旋转磁场，与转子永磁体相互吸引产生转矩带动电机转子与旋转磁场方向一致旋转。此时电机气隙径向磁密波形如图4的b δ #斤示，该气隙磁密波b δ i为平顶波。该磁场作用在定子铁心内圆上，产生径向电磁激振力，该激振力是引起定子铁心振动的根源。磁密波产生的径向电磁激振力与磁密的平方成正比，径向电磁激振力以径向电磁激振力密度衡量，此时的径向电磁激振力密度波如图4的σ ^斤示。可见径向电磁激振力密度波〇/变化的次数为磁密波变化次数的两倍，其引起的振动的频率等于极数与转速的乘积，故称之为极频。正是这样变化的激振力在定子上引起振动。除了极频的振动，由于电机的定子内圆开有槽，形成了很多小的齿，转子磁极经过齿的时候会对齿产生吸引力，也会产生径向电磁力，该电磁力的频率等于槽数与转速的乘积，称之为槽频。
[0029]由前述极频和槽频产生的原理可见，两者是电机内固有的电磁激振力，电机产生转矩需要磁场，该磁场必然产生径向电磁激振力。前人对减小径向电磁激振力进行了很多研究，都没有很好的方法减小。有些方法只能是降低电机性能来实现减小径向电磁激振力，其中较为简单的方法就是减小气隙磁密，径向电磁激振力将平方倍的减小。但是这样做的直接后果就是电机的体积重量会增大，所以也不是很好的解决方案。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0030]如图5、图6所示，本发明提供一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其结构与现有技术中的永磁电机结构类似，也包括定子机座1、定子铁芯2、定子绕组3、转子轴4、轴承5、转子铁芯6和永磁体7。其特征在于，本发明的永磁体7由轴向一致布置永磁体11和轴向交替布置永磁体12构成。轴向一致布置永磁体11与轴向交替布置永磁体12的充磁方向仍为径向，轴向一致布置永磁体11的极性交替布置，形成与普通电机一样