的磁极，与定子作用，产生转矩和径向电磁力。轴向交替布置永磁体12由沿轴向分段的若干小块永磁体构成，小块永磁体的个数根据需要进行设置；这些小块永磁体沿圆周方向上布置在相邻两轴向一致布置永磁体11之间，沿轴向各段小块永磁体为极性交替排列的方式布置。此时，本发明的永磁电机与普通电机中只存在径向和周向磁场不同，本发明的永磁电机除了存在径向和周向磁场之外，还存在用于减小径向电磁激振力的由轴向交替布置永磁体12产生的轴向磁场。
[0031]上述实施例中，为了更清楚说明永磁体7布置方式，如图6所示，除了与普通永磁电机的磁力线相同的磁力线1〇(如图3所示），还存在轴向交替布置永磁体12产生的磁力线13,磁力线13由轴向交替布置永磁体12的N极出发，经过定子与转子之间的气隙、定子齿9、定子铁芯2，再沿轴向经过定子机座1，再经过定子铁芯2、定子齿9、定子与转子之间的气隙，最后回到轴向交替布置永磁体12的S极，如磁力线13所示。需要特别说明，图5和图6中的同极性的相邻的永磁体可以合并为一块，本说明为了方便说明采用分开的形式进行说明，合并与分开不影响本发明的效果。
[0032]如图7所示，沿图6的D-D截面上一对极下范围内的气隙径向磁密波形图中的径向磁密波形b51为轴向一致布置永磁体11产生的，与图4中相同，其同样产生如图4的径向电磁激振力密度波σ i。本发明的轴向交替布置永磁体12将产生如图7中b52所示的径向磁密波，该磁密波位于径向磁密波形b51的两极之间，磁力线走向与径向磁密波形b δ1不同，为轴向。该b52磁密波将产生径向电磁激振力密度波σ 2。此时在D-D截面上一对极下范围内的径向电磁激振力密度波〇_为σ :和σ 2的叠加，σ _在图7中画出，径向电磁激振力密度波〇_基本不变。这样的效果是定子齿9受到的径向电磁激振力密度波σ _为大小基本不变的力，该大小不变化的力作用在定子铁芯2上将产生形变，但不产生振动。实际上径向电磁激振力密度波σ _并不是大小完全不变，但其波动已很小，与普通永磁电机相比，定子受到的与极数有关的径向电磁激振力密度波将大幅减小，达到减小径向电磁激振力和减振的目的。
[0033]需要说明，电机进行机电能量转换依靠普通电机的永磁体4或者本发明的轴向一致布置永磁体11。由上述结构可以看出，定子绕组3交链的轴向交替布置永磁体12产生的磁通在轴向上是两种极性的综合，定子绕组3交链的轴向交替永磁体12的磁通之和为零，所以对机电能量转换不产生作用。其作用在于在电机的气隙中形成一个附加的磁场，该磁场主要为轴向分布，且轴向交替永磁体12处于两个轴向一致布置永磁体11之间，产生的磁场填补了轴向一致布置永磁体11两极之间的磁场缺口，使定子铁心在转子转动的情况下其径向磁密的平方几乎不变化，因此产生的径向电磁激振力不变，定子不产生振动，从而达到降低极频电磁激振力的作用，此时的圆周方向的气隙磁密分布近似为水平直线。气隙磁密分布变化越小，电磁激振力变化越小，电机振动越小。
[0034]上述各实施例中，对于普通永磁电机可以采用斜槽或者斜极来达到削弱齿槽转矩，但是斜槽、斜极一般采用整个电机轴向斜一个齿距，实际上这样做径向电磁激振力并不能很好地在轴向上进行综合叠加，并不能达到降低槽频电磁激振力的效果。因此，为了进一步减小电机的槽频相关的径向电磁激振力，本发明采用多段斜极来削弱槽频电磁激振力，将所有的永磁体（包括轴向交替布置永磁体12和轴向一致布置永磁体11)都进行分段，轴向上相邻的两段永磁体错开一定的角度（例如，本实施例中错开定子半个齿距对应的角度），一段先错开，下一段再回位，形成曲折结构。例如，本发明将轴向一致布置永磁体11沿轴向分段，轴向的相邻各段永磁体之间错开一个角度Θ，该角度可以根据需要进行设置，本实施例中选定为定子槽距角的一半，具体的错开方式如图8所示。定子槽距角为α =360° /Ζ，Ζ为定子槽数，本实施例中Ζ=12。θ = α/2,此时Θ =15°。显然，电机轴向分段的方式可以具有多种形式，段数可以任意选择，错开的角度可以选择，不同组合对槽频径向电磁激振力及其高次谐波的削弱作用不同，可进行优化选择。由于转子永磁体分段错位，定子铁芯2受到的槽频径向电磁激振力的相位不同，不再是代数和，而是相量和，定子铁芯2受到的槽频径向电磁激振力将大幅减小，达到减振的目的。
[0035]上述各实施例中，本发明也可以采用普通永磁电机常用的定子斜槽来达到降低槽频电磁激振力的作用。
[0036]上述各实施例中，定子机座1采用具有导磁性的材料制成。由于普通永磁电机的机座不需要导磁，因此可以采用铝壳等非导磁材料制造；而本发明的定子机座1可作为轴向交替布置永磁体12产生的轴向磁通的通路，导磁材料可以减小轴向磁路的磁阻。虽然也可以利用定子铁芯2本身进行轴向磁通的导磁，但定子铁芯2是由硅钢片叠压而成，但是硅钢片之间具有小的空隙，会增加磁阻，降低轴向磁路导磁性能。
[0037]上述各实施例中，定子铁芯2可以采用设置有槽8的结构，也可以采用无槽定子结构。当采用具有槽8结构时，还可以在定子铁芯2的定子齿9对应的铁芯辄部开设有孔14 (如图9所示），作为定子机座1采用导磁材料制成的一种替换结构；在孔14中紧密地插设有导磁棒，用于对轴向交替布置永磁体12产生的轴向磁场进行导通，减小磁路磁阻。孔14可以采用圆形孔、方形孔等其他形状，改变孔14的形状并不会影响效果，不应排除在本发明的保护范围之外。
[0038]如图10所示，当定子铁芯2采用无槽定子结构时，可以彻底消除定子铁芯的槽频电机激振力和振动。定子铁芯2的内圆表面光滑，定子绕组3为无槽绕组，无槽绕组经过热固材料固化成型，固定在定子铁芯2的内圆表面。其中，定子绕组3的加工工艺和固定方法可以采用任何将绕组紧固成型和固定的工艺。由于在定子铁芯2的内圆表面不再开槽，也就不存在齿，不存在与槽数成正比的槽频电机激振力和振动，达到减振的效果。
[0039]如图11、图12所示，本发明的永磁体7还可以采用斜边永磁体结构，进而来削弱槽频径向电磁激振力。
[0040]本发明中的永磁体充磁方向改为平行充磁也不影响效果，不应排除在本发明的保护范围之外。
[0041]上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1.一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。2.如权利要求1所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：所述定子机座采用具有导磁性的材料制成。3.如权利要求1所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：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。4.如权利要求1或2或3所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：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。5.如权利要求1或2或3所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：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。6.如权利要求1?4任一项所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：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。7.如权利要求5所述的一种降低极频和槽频径向电磁激振力的永磁电机，其特征在于：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。
【专利摘要】本发明涉及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，定子机座内固设有定子铁芯，定子铁芯上设置有定子绕组；转子轴通过轴承固定设置在定子机座内，转子铁芯固定设置在转子轴上，转子铁芯上布置有永磁体。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与轴向交替布置永磁体的充磁方向为径向，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；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，小块永磁体沿圆周方向上布置在相邻两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。本发明能够减小极频径向电磁激振力，降低机械振动和噪声。
【IPC分类】H02K1/12, H02K1/27
【公开号】CN105305684
【申请号】CN201510649700
【发明人】王善铭, 孙旭东, 柴建云, 王祥珩
【申请人】清华大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月9日