磁环结构及使用其的永磁同步电的制造方法
【专利摘要】本实用新型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】
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。 磁环结构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。 实用新型内容
[0003] 本实用新型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。本实用新型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] 本实用新型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，Μ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Θ 2，其中，Θ i和Θ 2之间的关系为：θ 1=(〇. 75?0. 9) θ，θ 2= θ - Θ 1()
[0007] 优选的，当该磁环结构用于M=10、N=12的永磁同步电机，所述θ 1=3Γ、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：h Min=(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 p 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?1mm，优选的，0. 3mm。
[0014] 本实用新型的第二方面，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] 本实用新型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 本实用新型的实施例磁环2-D不意图。
[0021] 图5是 本实用新型的实施例磁环3_D结构不意图。
[0022] 图6是一本实用新型磁环的磁极平行充磁示意图。
[0023] 图7是一本实用新型磁环的磁极径向充磁示意图。
[0024] 图8是本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形图。
[0025] 图9是本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。
[0026] 图10是 本实用新型实施例永磁同步电机不意剖面图。
[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] 为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具 体说明根据本实用新型实施方式的永磁同步电机，本实用新型的实施方式不限于以下示例 的实施方式。
[0030] 根据本实用新型实施方式，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= _____- = 36° Μ
[0032] 设本实用新型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Θ 2，如图4所示。一般情况下Θ ^(0. 75?0. 9) θ，θ 2= θ - Θ i。针对M=10、N=12永磁 同步电机，优选的，^=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_(〇. 4 ?〇. 〇. 65)hmax，hMin-0. 54hmax。
[0034] 基于和hMin来确定磁环磁极外圆弧半径，圆弧的弧度角即为θ1()
[0035] 本实用新型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θ 2，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，仍然属于本实用新型的范围之内。
[0036] 本实用新型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] 为了增强本实用新型磁环的机械强度，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〇
[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] 本实用新型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 子机构仍然属于本实用新型的范围内。
[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Μ和定 子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本实用新型的范围之内。
[〇〇43] 以上，对本实用新型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，在不脱离本实用新型重要内容的范围内，可以对本实用新型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实用新型的范围内。
【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° /M，其中，Μ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Θ1，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为 92，其中，01和02之间的关系为：01=(〇.75?〇.9)0，0 2=0-01。
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01=3r、θ2=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. -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】H02K1/22GK203883566SQ201420149204
【公开日】2014年10月15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