磁环结构及使用其的永磁同步电的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种磁环结构及使用其的永磁同步电机，该磁环结构包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。
【专利说明】磁环结构及使用其的永磁同步电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种永磁同步电机，更具体涉及一种优化形状的磁环结构以及使用其的永磁同步电机。
【背景技术】
[0002]为了产生较高强度的气隙磁场，永磁同步电机目前普遍使用性能较高的稀土永磁材料。对于小功率、小体积的永磁同步电机，励磁永磁体普遍采用多极环形永磁体，即磁环。多极环形永磁体是指在圆环外圆周或内圆周充以多对(≥ 2)磁极的磁体。图1展示的是一种最常见的5对极的径向充磁磁环，其特征是内外表面均为圆形，且为同心圆，圆环厚度均匀一致。对应的电机气隙磁通密度波形如图2所示。显而易见，气隙磁通密度波形正弦性较差，波形畸变严重，含有较为丰富的高次谐波。高次谐波不仅增加铁心损耗，而且引起电机的震动、噪声。此外，也降低电机的控制精度，导致电机的整体性能下降。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于产生较为正弦的气隙磁通密度波形。本发明提出一种优化形状的磁环结构及使用其的永磁同步电机。该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的上表面形状为圆弧，下表面形状为圆形，两极之间为粘性填充物，整体仍然是环形，该磁环直接热套在转子轴上。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。
[0004]本发明的第一方面提供了一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于:该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。
[0005]优选的，所述每个磁极占有的空间机械角度:Θ =360° /M，其中，M为磁极数。
[0006]优选的，该磁环磁极的充磁部分的机械角度为Θ i，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ2，其中，QjP θ2之间的关系为:0,(0.75-0.9) Θ，θ2=θ-θ10
[0007]优选的，当该磁环结构用于Μ=10、Ν=12的永磁同步电机,所述θ 1=31°、Θ 2=5°。
[0008]优选的,磁环磁极厚度最大值为hMax,最小值为hMin,则最大值和最小值之间关系为:hMin=(0.4 ~0.0.65)hmax。
[0009]优选的,磁环磁极厚度最大值和最小值的关系为:hMin=0.54hmax。
[0010]优选的,基于Θ ! > hMax和hMin来确定磁环磁极外圆弧半径。
[0011 ] 优选的，非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。
[0012]优选的，所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。
[0013]优选的,磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1~Imm,优选的,0.3mm。
[0014]本发明的第二方面，提供了一种永磁同步电机，包括:电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述磁环结构。[0015]优选的，采用热套的工艺，将磁环结构直接安装在转子上。
[0016] 本发明的上述技术方案的有益效果如下:该磁环的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是现有技术中的磁环结构示意图。
[0018]图2是一现有技术中的电机气隙磁通密度波形图。
[0019]图3是现有技术中的电机气隙磁通密度波形的谐波幅值。
[0020]图4是本发明的实施例磁环2-D示意图。
[0021]图5是本发明的实施例磁环3-D结构示意图。
[0022]图6是一本发明磁环的磁极平行充磁示意图。
[0023]图7是一本发明磁环的磁极径向充磁示意图。
[0024]图8是本发明实施例电机的气隙磁通密度波形图。
[0025]图9是一本发明实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。
[0026]图10是本发明实施例永磁同步电机示意剖面图。
[0027]附图标记说明:
[0028]1-常规磁环；2_常规磁环N极；3_常规磁环S极；4_磁环；5_磁环粘性填充物；6-磁环N极；7_磁环S极；8_永磁同步电机；9_永磁同步电机绕组；10-永磁同步电机定子铁芯；11-永磁同步电机的转子。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具体说明根据本发明实施方式的永磁同步电机，本发明的实施方式不限于以下示例的实施方式。
[0030]根据本发明实施方式，磁环具有在图4和图5中示意的两部分材料:粘性填充物5和永磁材料6。
[0031]将永磁同步电机的磁极数设为M，定子槽数N，参考例和实施例均为磁极数M=10、
360°
N=12。每极占有的空间机械角度4 = ^ =
M
[0032]设本发明磁环磁极充磁部分的机械角度为Θ i，磁极非充磁部分的机械角度为θ2,如图4所示。一般情况下θ 1=(0.75~0.9) θ，θ 2= θ - Θ i。针对Μ=10、Ν=12永磁同步电机，优选的，9:=31°、θ2=5°。
[0033]磁环磁极厚度最大值为hMax，最小值为hMin，则最大值和最小值之间关系为:hmn_(0.4 ~0.0.65) hmax, hMin-0.54hmax。
[0034]基于Qphsiax和hMin来确定磁环磁极外圆弧半径，圆弧的弧度角即为θ1()
[0035]本发明磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料。这部分永磁材料的表面形状可以按下面方式实现。连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线，所占机械角度为θ2,如图4所示。将图4展示的2-D结构,沿轴向拉伸，形成3-D结构,如图5所示。非充磁的永磁材料的表面形状是平面。但非充磁永磁材料的表面形状的实现方式不局限上述方式，对于适当变更形成形状，仍然属于本发明的范围之内。[0036]本发明磁环的磁极的充磁方式主要有两种，平行充磁和径向充磁，如图6和图7所示。优选的，平行充磁。
[0037]为了增强本发明磁环的机械强度，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物5，如图4和图5所示。磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1?1mm，实施例，优选的0.3mm。
[0038]对粘性填充物5进行加工处理，保证最后形成的磁环外表面仍然是一个圆形，如图4所示。
[0039]本发明实施例的永磁同步电机如图10所示。主要部分包括:磁环4、电机绕组9、电机定子铁芯10和转子11。
[0040]实施例中永磁同步电机的转子11只包含轴，对于含有转子铁芯的适当变更的转子机构仍然属于本发明的范围内。
[0041]优选的，采用热套的工艺，将磁环4直接安装在转子11上。
[0042]实施例中永磁同步电机磁极数M=10、定子槽数N=12,对于适当变更磁极数M和定子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本发明的范围之内。
[0043]以上，对本发明的实施方式进行了简要说明，但如果是所谓的本领域的技术人员，在不脱离本发明重要内容的范围内，可以对本发明的上述实施方式进行适当变更，而且也可以适当组合利用基于上述实施方式和变更例的方法。换句话说，即使是这样的加以变更等的技术也包含在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于: 该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。
2.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于: 每个磁极占有的空间机械角度: θ=360° /Μ，其中，M为磁极。
3.如权利要求2所述的磁环结构，其特征在于: 该磁环磁极的充磁部分的机械角度为G1，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ2，其中，Θ θ2 之间的关系为:0^(0.75-0.9) θ，θ2=θ-θ10
4.如权利要求3所述的磁环结构，其特征在于: 当该磁环结构用于Μ=10、Ν=12的永磁同步电机,所述θ 1=31°、Θ 2=5°。
5.如权利要求1-4中任一所述的磁环结构，其特征在于: 所述磁极厚度的最大值为hMax，磁极厚度的最小值为hMin，则最大值和最小值之间关系为:hMin=(0.4 ~0.0.65)hmax。
6.如权利要求5所述的磁环结构，其特征在于: 所述磁极厚度最大值和最小值的关系为:hMin=0.54hmax。
7.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于: 非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。
8.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于: 所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。
9.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于: 磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1~1mm。
10.一种永磁同步电机，包括:电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述权利要求1-9中任一所述的磁环结构。
【文档编号】H02K1/22GK103956839SQ201410124171
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】任武, 许强, 刘缵阁 申请人:湖北立锐机电有限公司