內置式永磁同步電機的製作方法
2023-07-10 11:23:36 2
專利名稱：內置式永磁同步電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機技術，特別是涉及一種內置式永磁同步電機的技術。
背景技術：
機電一體化和自動化場合越來越要求高效、節能、低噪、智能化，對為其配套的電機提出高效率、低噪音、高出力、快響應的要求，而目前不少永磁電機存在電磁兼容性差、噪音大、出力小、力矩波動大、過載能力低和功率密度低等缺陷。永磁同步電機的轉子上都鑲有轉子磁極，轉子磁極由多段磁鋼(通常為三段)弧帶狀布設而成，現有永磁同步電機的轉子磁極有兩種:1)平行取向的磁極，這種磁極中，各段磁鋼的磁化方向平行；2)徑向取向的磁極，這種磁極中，各段磁鋼的磁化方向均為法向，即垂直於磁鋼表面。現有永磁同步電機有很多優點，如取消機械換向器和電刷、維護少、效率高等，但其電樞磁場為非圓形跳躍式的旋轉磁場，力矩波動本來就較大，加上齒槽效應，存在更大的力矩波動，影響電機高效、寬調速、平穩低噪運行，因此現有永磁同步電機的綜合品質都較差。
實用新型內容針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能大幅提高電機綜合品質的內置式永磁同步電機。為了解決上述技術問題，本實用新型所提供的一種內置式永磁同步電機，包括定子和轉子，所述定子的內周面與轉子的外周面之間留有氣隙；所述轉子上圍繞轉子的中心軸線軸對稱間隔設有多個永磁槽，每個永磁槽內都設有三個永磁體,每個永磁槽內的三個永磁體中,其中的一個永磁體為中間磁鋼，另兩個永磁體均為側部磁鋼；在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間存在如下關係:永磁槽內的三個永磁體沿一圓弧線依次布設，且中間磁鋼位於兩個側部磁鋼之間，三個永磁體的中心點均落在該圓弧線上，該圓弧線為該永磁槽的磁體布設弧線，磁體布設弧線是一朝向轉子中心軸線弧形凸出的圓弧線，每個永磁體均由經過磁體布設弧線的弧心，且經過該永磁體自身中心點的直線均分成兩個形狀一致的區塊；其特徵在於，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:I)永磁槽內的三個永磁體的取向直線相交於一點,該點為該永磁槽內永磁體的磁化取向點；永磁體的取向直線是指，平行於所屬永磁體的磁化方向，且經過所屬永磁體的中心點的直線；2)中間磁鋼的取向直線經過永磁槽的磁體布設弧線的弧心，且經過轉子的軸心；3)永磁槽的磁體布設弧線的弧心，與該永磁槽內永磁體的磁化取向點互不重合。[0013]進一步的，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:設永磁槽內永磁體的磁化取向點與該永磁槽內的中間磁鋼的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線的曲率半徑為R，則有H > R，且H值在1.2倍R值至6倍R值之間。進一步的，H值為3.6倍R值。進一步的，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:設永磁槽內永磁體的磁化取向點與該永磁槽內的中間磁鋼的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線的曲率半徑為，則有H < R，且H值在0.5倍R值至0.8倍R值之間。進一步的，H值為0.65倍R值。本實用新型提供的內置式永磁同步電機，通過調整兩個側部磁鋼的磁化方向，優化磁鋼取向，使得永磁槽的磁體布設弧線弧心與永磁槽內永磁體的磁化取向點互不重合，能大幅提高電機的綜合品質；當永磁槽內永磁體的磁化取向點與中間磁鋼的中心點之間的間距大於磁體布設弧線的曲率半徑時，有「聚磁效應」，可顯著提高電機定轉子間的氣隙磁通密度，從而有效提高出力、過載能力、功率密度和效率；當永磁槽內永磁體的磁化取向點與中間磁鋼的中心點之間的間距小於磁體布設弧線的曲率半徑時,可改善電機氣隙磁密波形，減少諧波分量，特別是減少幅值較大的3次諧波分量，獲得正弦波磁場，降低力矩波動，減少噪音和震動，使電機即使採用均勻氣隙，也能顯著改善電機氣隙磁密波形，獲得正弦波磁場，既不減少出力，又能減小齒槽引起的力矩波動。本實用新型使電機綜合品質大幅度提高，實現高功率密度、高效、低波動、低噪和高精度平穩運行，實現電機小型輕量化。
圖1是本實用新型第一實施例所提供的內置式永磁同步電機的徑向截面示意圖；圖2、圖3是本實用新型第一實施例所提供的內置式永磁同步電機中的轉子的徑向截面示意圖；圖4是本實用新型第二實施例所提供的內置式永磁同步電機中的轉子的徑向截面示意圖；圖5是本實用新型第二實施例所提供的內置式永磁同步電機與現有電機之間的氣隙磁通密度波形比較圖；圖6是本實用新型第二實施例所提供的內置式永磁同步電機與現有電機之間的齒槽力矩波形比較圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例並不用於限制本實用新型，凡是採用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型的保護範圍。如圖1所示，本實用新型第一實施例所提供的一種內置式永磁同步電機，包括定子I和轉子2，所述定子I的內周面與轉子2的外周面之間留有氣隙；所述轉子2上圍繞轉子2的中心軸線軸對稱間隔設有多個永磁槽，每個永磁槽內都設有三個永磁體31、32、33，每個永磁槽內的三個永磁體中，其中的一個永磁體32為中間磁鋼，另兩個永磁體31、33均為側部磁鋼；如圖2所示，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間存在如下關係:永磁槽內的三個永磁體沿一圓弧線M依次布設,且中間磁鋼32位於兩個側部磁鋼31、33之間，三個永磁體的中心點均落在該圓弧線M上，該圓弧線M為該永磁槽的磁體布設弧線，磁體布設弧線M是一朝向轉子中心軸線弧形凸出的圓弧線，每個永磁體均由經過磁體布設弧線M的弧心E，且經過該永磁體自身中心點的直線均分成兩個形狀一致的區塊；如圖3所示，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:I)永磁槽內的三個永磁體的取向直線C1、C2、C3相交於一點D,該點為該永磁槽內永磁體的磁化取向點；永磁體的取向直線是指，平行於所屬永磁體的磁化方向，且經過所屬永磁體的中心點的直線；圖3中，直線Cl是側部磁鋼31的取向直線，直線C2是中間磁鋼32的取向直線，直線C3是側部磁鋼33的取向直線；2)中間磁鋼32的取向直線C2經過永磁槽的磁體布設弧線M的弧心E，且經過轉子的軸心；3)永磁槽的磁體布設弧線M的弧心E，與該永磁槽內永磁體的磁化取向點D互不
重合；4)設永磁槽內永磁體的磁化取向點D與該永磁槽內的中間磁鋼32的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線M的曲率半徑為R，則有H > R，且H值在1.2倍R值至6倍R值之間，本實施例中H值優選為3.6倍R值。本實用新型第一實施例相比現有技術中，採用平行磁化的磁鋼或徑向磁化的磁鋼組成弧形轉子磁極的永磁同步電機，具有良好的「聚磁效應」，可顯著提高電機定轉子間的氣隙磁通密度8%-10%，由於電機的輸出功率和輸出轉矩，與定轉子間氣隙磁密成正比，因此能有效提高出力、過載能力、功率密度和效率，而電機的機械時間常數與氣隙磁通密度平方成反比，加速度與氣隙磁通密度成正比，因此能大幅度減少機械時間常數，提高快速響應特性。如圖4所示，本實用新型第二實施例所提供的一種內置式永磁同步電機，包括定子和轉子，所述定子的內周面與轉子的外周面之間留有氣隙；所述轉子上圍繞轉子的中心軸線軸對稱間隔設有多個永磁槽，每個永磁槽內都設有三個永磁體231、232、233，每個永磁槽內的三個永磁體中，其中的一個永磁體232為中間磁鋼，另兩個永磁體231、233均為側部磁鋼；在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間存在如下關係:永磁槽內的三個永磁體沿一圓弧線M2依次布設，且中間磁鋼232位於兩個側部磁鋼231、233之間，三個永磁體的中心點均落在該圓弧線M2上，該圓弧線M2為該永磁槽的磁體布設弧線，磁體布設弧線M2是一朝向轉子中心軸線弧形凸出的圓弧線，每個永磁體均由經過磁體布設弧線M2的弧心E2，且經過該永磁體自身中心點的直線均分成兩個形狀一致的區塊；在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:[0039]I)永磁槽內的三個永磁體的取向直線C21、C22、C23相交於一點D2,該點為該永磁槽內永磁體的磁化取向點；永磁體的取向直線是指，平行於所屬永磁體的磁化方向，且經過所屬永磁體的中心點的直線；圖4中，直線C21是側部磁鋼231的取向直線，直線C22是中間磁鋼232的取向直線，直線C23是側部磁鋼233的取向直線；2)中間磁鋼232的取向直線C22經過永磁槽的磁體布設弧線M2的弧心E2，且經過轉子的軸心；3)永磁槽的磁體布設弧線M2的弧心E2，與該永磁槽內永磁體的磁化取向點D2互不重合；4)設永磁槽內永磁體的磁化取向點D2與該永磁槽內的中間磁鋼232的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線M2的曲率半徑為R，則有H < R，且H值在0.5倍R值至0.8倍R值之間，本實施例中H值優選為0.65倍R值。本實用新型第二實施例相比現有技術中，採用平行磁化的磁鋼或徑向磁化的磁鋼組成弧形轉子磁極的永磁同步電機，可改善電機氣隙磁密波形，減少諧波分量，特別是減少幅值較大的3次諧波分量，獲得良好的正弦波磁場，降低齒槽引起的力矩波動，減少噪音和震動，使電機即使採用均勻氣隙，也能顯著改善電機氣隙磁密波形，獲得正弦波磁場，既不減少出力，又能大幅度降低力矩波動，能使電機綜合品質大幅度提聞，實現聞功率密度、聞效、低波動、低噪和高精度平穩運行，實現電機小型輕量化。如圖5所示，圖5中的豎軸Bg為氣隙磁通密度數值軸，曲線S2是現有採用徑向磁化的磁鋼組成弧形轉子磁極的永磁同步電機的氣隙磁通密度波形，可以看出曲線S2接近梯形波，曲線SI是本實用新型第二實施例的內置式永磁同步電機的氣隙磁通密度波形，可以看出曲線SI接近正弦波，能有效減小齒槽引起的力矩波動，使電機綜合品質大幅度提高，實現高功率密度、高效、低波動、低噪和高精度平穩運行。如圖6所示，圖6中的豎軸Tcog為齒槽力矩數值軸，橫軸O為電角度數值軸，曲線Kl是現有採用徑向磁化的磁鋼組成弧形轉子磁極的永磁同步電機的齒槽力矩波形，其齒槽力矩Tcog峰值相對值接近1，曲線K2是本實用新型第二實施例的內置式永磁同步電機的齒槽力矩波形，其齒槽力矩Tcog峰值相對值為0.13，可大幅度降低齒槽引起的力矩波動，減少噪首和震動，使電機綜合品質大幅度提聞，滿足機電一體化和自動化場合對驅動電機的性能要求，實現產業化生產，實現高功率密度、寬調速、快響應、頻繁啟動和平穩運行。
權利要求1.一種內置式永磁同步電機，包括定子和轉子，所述定子的內周面與轉子的外周面之間留有氣隙； 所述轉子上圍繞轉子的中心軸線軸對稱間隔設有多個永磁槽，每個永磁槽內都設有三個永磁體，每個永磁槽內的三個永磁體中，其中的一個永磁體為中間磁鋼，另兩個永磁體均為側部磁鋼； 在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間存在如下關係:永磁槽內的三個永磁體沿一圓弧線依次布設，且中間磁鋼位於兩個側部磁鋼之間，三個永磁體的中心點均落在該圓弧線上，該圓弧線為該永磁槽的磁體布設弧線，磁體布設弧線是一朝向轉子中心軸線弧形凸出的圓弧線，每個永磁體均由經過磁體布設弧線的弧心，且經過該永磁體自身中心點的直線均分成兩個形狀一致的區塊； 其特徵在於，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係: 1)永磁槽內的三個永磁體的取向直線相交於一點，該點為該永磁槽內永磁體的磁化取向點； 永磁體的取向直線是指，平行於所屬永磁體的磁化方向，且經過所屬永磁體的中心點的直線； 2)中間磁鋼的取向直線經過永磁槽的磁體布設弧線的弧心，且經過轉子的軸心； 3)永磁槽的磁體布設弧線的弧心，與該永磁槽內永磁體的磁化取向點互不重合。
2.根據權利要求1所述的內置式永磁同步電機，其特徵在於，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:設永磁槽內永磁體的磁化取向點與該永磁槽內的中間磁鋼的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線的曲率半徑為R，則有H > R，且H值在1.2倍R值至6倍R值之間。
3.根據權利要求2所述的內置式永磁同步電機，其特徵在於:H值為3.6倍R值。
4.根據權利要求1所述的內置式永磁同步電機，其特徵在於，在轉子的徑向截面中，單個永磁槽內的三個永磁體之間還存在如下關係:設永磁槽內永磁體的磁化取向點與該永磁槽內的中間磁鋼的中心點之間的間距為H，該永磁槽的磁體布設弧線的曲率半徑為，則有H< R，且H值在0.5倍R值至0.8倍R值之間。
5.根據權利要求4所述的內置式永磁同步電機，其特徵在於:H值為0.65倍R值。
專利摘要一種內置式永磁同步電機，涉及電機技術領域，所解決的是提高電機綜合品質的技術問題。該電機的轉子上圍繞轉子的中心軸線軸對稱間隔設有多個永磁槽，每個永磁槽內都設有弧帶形布設的三個永磁體，其中的一個永磁體為中間磁鋼，另兩個永磁體均為側部磁鋼；其特徵在於，中間磁鋼的採用垂直於磁鋼表面的法向磁化，兩個側部磁鋼採用非法向磁化，使得永磁槽的磁體布設弧線的弧心與永磁槽內永磁體的磁化取向點互不重合。本實用新型提供的電機，能大幅提高電機的綜合品質。
文檔編號H02K1/27GK202978655SQ20122073423
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者林德芳 申請人:上海特波電機有限公司, 上海川也電機有限公司, 寧德特波電機有限公司