一种新型磁钢加工方法与流程

1.本发明属于磁钢的加工领域，尤其涉及一种新型磁钢加工方法。


背景技术：

2.由于永磁电机具有体积小、转矩密度高、高可靠性以及高效率等一系列优点，越发广泛的应用于国民经济的各种领域。但由于磁钢的存在，不可避免地在电机中引入脉动，造成输出品质的下降。一方面，在开有齿槽的电机中，磁钢与齿槽的相互作用会让电机即便在空载情况下都会产生齿槽效应导致的脉动；另一方面，即便电机中没有齿槽，对于未经特殊处理或充磁的磁钢，产生的气隙磁场中不可避免的包含谐波成分，这些谐波成分都会造成电机负载运行时的脉动。
3.为此，通过对磁钢的特殊加工，在保证电机输出大小基本不受影响的情况下来改善输出品质具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种新型磁钢加工方法。
5.这种新型磁钢加工方法，包括以下步骤：
6.步骤1、根据六视图的划分原则，将磁钢确定为六个基本面；
7.步骤2、将步骤1中的六个基本面通过两条正交轴线确定主要加工方向和次要加工方向，主要加工方向用于完成一部分主要的加工要求，次要加工方向用于完成剩余的加工要求；
8.步骤3、确定磁钢六个基本面中的主要充磁方向和非主要充磁方向；
9.步骤3.1、磁钢六个基本面中的主要充磁方向上有两个面：主要充磁方向其中一个面和主要充磁方向另外一个面；主要充磁方向其中一个面沿主要加工方向必须由位于中间位置的偏心圆弧和位于两侧的两段同心圆弧构成；主要充磁方向另外一个面沿主要加工方向由同心圆弧、偏心圆弧或直线构成；
10.步骤3.2、磁钢六个基本面中的非主要充磁方向上有四个面，将位于相对位置的两个面分为一组，共分为非主要充磁方向其中一组面和非主要充磁方向另外一组面；非主要充磁方向其中一组面沿主要加工方向由整条直线或整段圆弧中的至少一种构成，非主要充磁方向另外一组面沿主要加工方向由直线或圆弧中的至少一种构成(可以由直线构成，也可以由圆弧构成，或者由直线和圆弧组合构成)；
11.步骤4、将非主要充磁方向其中一组面与沿主要充磁方向的主要充磁方向其中一个面、主要充磁方向另外一个面通过圆弧或直线连接；将非主要充磁方向另外一组面与主要充磁方向其中一个面、主要充磁方向另外一个面也通过圆弧或直线连接；
12.步骤5、将磁钢沿主要加工方向、次要加工方向上的不同直线段、不同圆弧段或不同直线圆弧段相交处用直线或圆弧过渡连接。
13.作为优选，步骤3.1中构成主要充磁方向其中一个面的偏心圆弧和同心圆弧的参
考圆心位置由同心圆弧确定，与同心圆弧圆心不同的圆弧为偏心圆弧。
14.作为优选，步骤3.1中主要充磁方向另外一个面在主要加工方向上由整段圆弧或整条直线构成，整段圆弧为同心圆弧或偏心圆弧；若该整段圆弧对应的圆心与由主要充磁方向另外一个面确定的参考圆心相同，则整段圆弧为同心圆弧，反之整段圆弧为偏心圆弧。
15.作为优选，步骤3中主要充磁方向取决于充磁产生的最强磁场的方向，与具体的充磁方式无关。
16.作为优选，步骤1至步骤3中磁钢的材质为：铝镍钴、铁氧体、钐钴或钕铁硼。
17.作为优选，步骤1中六视图为主视图、后视图、左视图、右视图、俯视图和仰视图。
18.本发明的有益效果是：本发明提出的磁钢加工方法易于实现，材料浪费少，通过合理的确定圆弧和直线的特征参数能够保证所应用的电机输出大且平稳，因此能够广泛应用于各类相关产品上。
附图说明
19.图1为新型磁钢加工方法的示意图；
20.图2为主视图1的投影面，即非主要充磁方向截面示意图；
21.图3
‑
1中主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7由同心圆弧构成；图3
‑
2中主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7由一整段偏心圆弧构成；图3
‑
3中主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7由一段直线构成；
22.图4
‑
1中非主要充磁方向其中一组面沿主要加工方向7由一整段直线构成；图4
‑
2中非主要充磁方向其中一组面沿主要加工方向7由一整段圆弧构成，图4
‑
3为非主要充磁方向其中一组面沿主要加工方向7由直线与圆弧组合构成；
23.图5为实施例2中永磁同步电机的整体的3d结构图；
24.图6为实施例2中的永磁同步电机定子结构图；
25.图7为实施例2提出的改进型磁极结构图；
26.附图标记说明：主视图1、后视图2、左视图3、右视图4、俯视图5、仰视图6、主要加工方向7、次要加工方向8、主要充磁方向9、主要充磁方向其中一个面10、偏心圆弧11、同心圆弧12、主要充磁方向另外一个面13、非主要充磁方向14、非主要充磁方向其中一组面15、非主要充磁方向另外一组面16。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
28.本发明为了解决传统磁钢加工中材料浪费多，加工难度大，效果不亮相的问题，提出了一种新型的磁钢加工方法。本发明可以广泛应用于各种电机产品，特别是对于电机输出品质有较高要求的场合。
29.实施例1：
30.如图1所示，一种新型磁钢加工方法，主要充磁方向9对应有两个面：主要充磁方向其中一个面10和主要充磁方向另外一个面13；图1中以主要充磁方向9旁边的双向箭头强调
了磁钢在加工中最为主要的充磁方向。主要意味着磁场并非完全沿着所示方向，当采用不同的充磁模式时，其余方向依然会有磁场。图1所示的主要充磁方向9与主要充磁方向其中一个面10、主要充磁方向另外一个面13相垂直，对这两个垂直的面利用正交直线确定主要加工方向7和次要加工方向8，主要加工方向7垂直于非主要充磁方向其中一组面15，次要加工方向8垂直于非主要充磁方向另外一组面16；本实施例中沿次要加工方向8为直线，因而可以通过主视图1所示的投影面来阐述与示意的主要充磁方向9垂直面的加工；
31.如图2所示，本实施例将与主要充磁方向9对应的主要充磁方向其中一个面10进行了参数示意。主要充磁方向其中一个面10沿主要加工方向7由一段位于中心的同心圆弧和对称位于该同心圆弧两侧的偏心圆弧构成；该同心圆弧的半径为r1，圆心为o；偏心圆弧半径为r2，圆心为o’；两圆心间的距离为ε；同心圆弧和偏心圆弧的长度由具体的应用所确定。为本发明的核心之处。
32.相较于单纯的同心圆弧、单纯的偏心圆弧、正弦函数及正弦函数叠加高次谐波函数的加工形状，本实施例的加工方案加工难度低，材料浪费少，通过合适的选择参数可以得到满意的结果，非常适合于应用于各种永磁电机中。
33.如图3所示，在主视图1的投影面(非主要充磁方向另外一组面16中的一个面)中，本实施例将与主要充磁方向9对应的主要充磁方向另外一个面13进行了参数示意。如图3
‑
1所示，主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7可以由一整段同心圆弧构成，同心圆弧半径为r3，圆心为o；如图3
‑
2所示，主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7也可以由一整段偏心圆弧构成，偏心圆弧圆心为o”，与参考圆心o之间的距离为ε’；如图3
‑
3所示，主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7还可以由一段直线构成。主要充磁方向另外一个面13沿主要加工方向7的构成类型由实际需求决定，这种加工的灵活性能够满足永磁电机中不同的需求。
34.通过主视图1的投影面(非主要充磁方向另外一组面16中的一个面)，将非主要充磁方向其中一组面15进行参数示意，如图4
‑
1，非主要充磁方向其中一组面15沿主要加工方向7可以由一整段直线构成；如图4
‑
2，非主要充磁方向其中一组面15沿主要加工方向7也可以由一整段圆弧构成，圆弧圆心为c，半径为r
c
；如图4
‑
3，或者非主要充磁方向其中一组面15沿主要加工方向7也可以由直线与圆弧组合构成。采用哪种类型由实际需求决定，这种加工的灵活性能够满足永磁电机中不同的需求。
35.实施例2
36.一台45kw的永磁同步电机，转子采用面贴式永磁体结构；定子槽数为36，转子极数为4，绕组为双层叠绕组形式；线圈节距为8，电机整体的3d结构如图5；其中定转子铁芯都采用硅钢片叠压而成。电机的主要尺寸参数如下表1所示；
37.表1永磁同步电机的主要尺寸参数表
[0038][0039]
更加清楚的定子结构如图6所示，定子槽型为典型的半闭口梨形槽；图中以a相绕组为例展示了相绕组的布置，每极每相槽数为3，以及短距式线圈结构。
[0040]
本实施例基于以上结构提出如图7所示的改进型磁极结构：采用3个关键参数用来定义这种改进磁极结构：总极弧系数(α
pm
)、中心极弧系数(α
pmi
)以及永磁体边缘厚度(hme)。可以看到，该改进型结构的磁极，在中心极弧系数确定的范围内永磁体对的厚度保持不变，为最大厚度(h
m
‑
6mm)。而总极弧系数则确定了永磁体宽度相对于极距的比例。在永磁体的边缘处，其厚度不同于最大值，通过调整这一数值的大小可以改变电机的性能。从中心极弧系数确定的边缘到永磁体边缘之间采用了偏心圆弧进行连接以简化磁极形状。图7中的参数含义如下：w
pm
为永磁体总极弧宽度；w
pmi
为中心极弧宽度；ε为偏心距；r
ro
为转子外半径；r
pm
o为永磁体边缘对应的半径。两个极弧系数可以借助于上述参数以及极距(τ
p
)进行定义：
[0041]
α
pm
＝w
pm
/τ
p
[0042]
α
pmi
＝w
pmi
/τ
p
[0043]
为保证该永磁同步电机能够同时满足：目标1(额定转矩平均值不小于300nm)和目标2(转矩脉动尽可能小)，需要采用多目标优化方法；结果为：总极弧系数α
pm
＝0.93；中心极弧系数α
pmi
＝0.43；永磁体边缘厚度为h
me
＝2.25mm。对于其它结构及要求的电机，尺寸需要重新优化。