高功率密度永磁電機的製作方法

2023-05-16 20:09:16

專利名稱：高功率密度永磁電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及高功率密度永磁電機，屬於電機領域。
背景技術：
圖6所示為傳統的雙邊無鐵心結構直線永磁同步電機的結構示意圖。該電機的次 級由軛板和平板形永磁體構成，永磁體沿與運動方向垂直方向平行充磁，永磁體沿運動方 向N、S相間依次排列固定在次級軛板內側，次級雙邊對應永磁體的充磁方向相同，初級位 於兩個次級板之間。永磁體產生磁力線的法向分量垂直穿過初級，通電的初級繞組與次級 永磁體磁場相互作用，產生電磁力，推動動子作直線運動。但是該直線電機存在以下缺點氣隙磁密低，氣隙磁密波形的正弦度差，因此電機 的效率和推力密度低、推力波動大，電機的振動和噪聲高。同時，次級永磁體用量大，次級的 重量和電機成本高。

發明內容
本發明目的是為了解決傳統的雙邊無鐵心結構直線永磁同步電機氣隙磁密低，氣 隙磁密波形的正弦度差，因此電機的效率和推力密度低、推力波動大，電機的振動和噪聲高 的問題，因此，本發明提供了一種高功率密度永磁電機。本發明提供了五種結構的高功率密度永磁電機，第一種結構為單邊結構的平板形 直線永磁電機它包括初級和次級，初級和次級之間有氣隙，次級包括軛板、m塊隔磁體、m塊輔助 永磁體、m塊主永磁體和m塊聚磁體，軛板為平板形，在軛板的面向初級方向內壁上依次間 隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的內側設置聚磁體，聚磁體與主永磁體沿運動方向 寬度相同；在隔磁體的內側設置輔助永磁體，隔磁體與輔助永磁體沿運動方向寬度相同；m 塊輔助永磁體和m塊聚磁體的外側表面處於同一平面，主永磁體平行充磁，充磁方向垂直 於動子運動方向，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體平行充磁，充磁方向平行於 動子運動方向，每相鄰兩輔助永磁體充磁方向相反。第二種結構為雙邊結構的平板形直線永磁電機它包括初級和兩個次級，初級和每個次級之間均有氣隙，每個次級包括軛板、m塊 隔磁體、m塊輔助永磁體、m塊主永磁體和m塊聚磁體，軛板為平板形，在軛板的內側壁上依 次間隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的內側設置聚磁體，聚磁體與主永磁體沿運動 方向寬度相同；在隔磁體的內側設置輔助永磁體，隔磁體與輔助永磁體沿運動方向寬度相 同；m塊輔助永磁體和m塊聚磁體的外側表面處於同一平面，主永磁體平行充磁，充磁方向 垂直於動子運動方向，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體平行充磁，充磁方向平 行於動子運動方向，每相鄰兩輔助永磁體充磁方向相反；兩個次級相同位置的主永磁體的 充磁方向相同，兩個次級相同位置的輔助永磁體充磁方向相反。第三種結構為外轉子結構的圓筒形永磁電機
它包括定子和轉子，轉子位於定子外部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒、m 塊隔磁體、m塊輔助永磁體、m塊主永磁體和m塊聚磁體，軛筒為圓筒形，在軛筒的內圓表面 依次間隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的內側設置聚磁體，聚磁體與主永磁體沿圓 周方向角度相同；在隔磁體的內側設置輔助永磁體，隔磁體與輔助永磁體沿圓周方向寬度 相同；m塊輔助永磁體和m塊聚磁體的內表面處於同一圓周上，主永磁體徑向充磁或徑向平 行充磁，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體充磁 方向相反。第四種結構為內轉子結構的圓筒形永磁電機它包括定子和轉子，轉子位於定子內部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒、m 塊隔磁體、m塊輔助永磁體、m塊主永磁體和m塊聚磁體，軛筒為圓筒形，在軛筒的外圓表面 依次間隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的外側設置聚磁體，聚磁體與主永磁體沿圓 周方向角度相同；在隔磁體的外側設置輔助永磁體，隔磁體與輔助永磁體沿圓周方向寬度 相同；m塊輔助永磁體和m塊聚磁體的外表面處於同一圓周上，主永磁體徑向充磁或徑向平 行充磁，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體充磁 方向相反。第五種結構為內轉子結構、且轉子外表面為波浪形的圓筒形永磁電機
它包括定子和轉子，轉子位於定子內部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒、m 塊隔磁體、m塊輔助永磁體、m塊主永磁體和m塊聚磁體，軛筒為圓筒形，在軛筒的外圓表面 依次間隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的外側設置聚磁體，聚磁體與主永磁體沿圓 周方向角度相同；在隔磁體的外側設置輔助永磁體，隔磁體與輔助永磁體沿圓周方向寬度 相同；聚磁體的外側面為弧形，m塊輔助永磁體和m塊聚磁體的外表面連續並呈波浪形，主 永磁體徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體切向充磁， 每相鄰兩輔助永磁體充磁方向相反。本發明的優點本發明的永磁電機氣隙磁密高、氣隙磁場的正弦度好、電機的電磁 推力大、推力波動小，成本低。


圖1是實施方式一所述單邊結構的平板形直線永磁電機的結構示意圖；圖2是實施方式二所述雙邊結構的平板形直線永磁電機的結構示意圖；圖3是實施方式三所述外轉子結構的圓筒形永磁電機的結構示意圖；圖4是實施方式四所述內轉子結構的圓筒形永磁電機的結構示意圖；圖5是實施方式五所述的內轉子結構、且轉子外表面為波浪形的圓筒形永磁電機 的結構示意圖；圖6是背景技術中傳統的雙邊無鐵心結構直線永磁同步電機的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式高功率密度永磁電 機，它為單邊結構的平板形直線永磁電機它包括初級和次級，初級和次級之間有氣隙，次 級包括軛板1、m塊隔磁體2、m塊輔助永磁體3、m塊主永磁體4和m塊聚磁體5，軛板1為平板形，在軛板1的面向初級方向內壁上依次間隔設置有主永磁體4和隔磁體2，主永磁體 4的內側設置聚磁體5，聚磁體5與主永磁體4沿運動方向寬度相同；在隔磁體2的內側設 置輔助永磁體3，隔磁體2與輔助永磁體3沿運動方向寬度相同；m塊輔助永磁體3和m塊 聚磁體5的外側表面處於同一平面，主永磁體4平行充磁，充磁方向垂直於動子運動方向， 每相鄰兩主永磁體4充磁方向相反；輔助永磁體3平行充磁，充磁方向平行於動子運動方 向，每相鄰兩輔助永磁體3充磁方向相反。聚磁體5採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體2採用非磁性材料。隔磁體2的厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的0% 50%，輔助永磁體3 厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的20% 90%。聚磁體5的飽和磁密高於主永磁體4的飽和磁密，主永磁體4的剩磁高於輔助永 磁體3的剩磁，輔助永磁體3的矯頑力高於主永磁體4的矯頑力。
具體實施方式
二 下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式高功率密度永磁電 機，它為雙邊結構的平板形直線永磁電機它包括初級和兩個次級，初級和每個次級之間均有氣隙，每個次級包括軛板1、m 塊隔磁體2、m塊輔助永磁體3、m塊主永磁體4和m塊聚磁體5，軛板1為平板形，在軛板1 的內側壁上依次間隔設置有主永磁體4和隔磁體2，主永磁體4的內側設置聚磁體5，聚磁 體5與主永磁體4沿運動方向寬度相同；在隔磁體2的內側設置輔助永磁體3，隔磁體2與 輔助永磁體3沿運動方向寬度相同；m塊輔助永磁體3和m塊聚磁體5的外側表面處於同 一平面，主永磁體4平行充磁，充磁方向垂直於動子運動方向，每相鄰兩主永磁體4充磁方 向相反；輔助永磁體3平行充磁，充磁方向平行於動子運動方向，每相鄰兩輔助永磁體3充 磁方向相反；兩個次級相同位置的主永磁體4的充磁方向相同，兩個次級相同位置的輔助 永磁體3充磁方向相反。聚磁體5採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體2採用非磁性材料。隔磁體2的厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的0% 50%，輔助永磁體3 厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的20% 90%。聚磁體5的飽和磁密高於主永磁體4的飽和磁密，主永磁體4的剩磁高於輔助永 磁體3的剩磁，輔助永磁體3的矯頑力高於主永磁體4的矯頑力。
具體實施方式
三下面結合圖3說明本實施方式，本實施方式高功率密度永磁電 機，它為外轉子結構的圓筒形永磁電機它包括定子和轉子，轉子位於定子外部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒6、 m塊隔磁體2、m塊輔助永磁體3、m塊主永磁體4和m塊聚磁體5，軛筒6為圓筒形，在軛筒 6的內圓表面依次間隔設置有主永磁體4和隔磁體2，主永磁體4的內側設置聚磁體5，聚磁 體5與主永磁體4沿圓周方向角度相同；在隔磁體2的內側設置輔助永磁體3，隔磁體2與 輔助永磁體3沿圓周方向寬度相同；m塊輔助永磁體3和m塊聚磁體5的內表面處於同一 圓周上，主永磁體4徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體4充磁方向相反；輔助永 磁體3切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體3充磁方向相反。聚磁體5採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體2採用非磁性材料。隔磁體2的厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的0% 50%，輔助永磁體3 厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的20% 90%。
聚磁體5的飽和磁密高於主永磁體4的飽和磁密，主永磁體4的剩磁高於輔助永 磁體3的剩磁，輔助永磁體3的矯頑力高於主永磁體4的矯頑力。
具體實施方式
四下面結合圖4說明本實施方式，本實施方式高功率密度永磁電 機，它為內轉子結構的圓筒形永磁電機它包括定子和轉子，轉子位於定子內部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒6、 m塊隔磁體2、m塊輔助永磁體3、m塊主永磁體4和m塊聚磁體5，軛筒6為圓筒形，在軛筒 6的外圓表面依次間隔設置有主永磁體4和隔磁體2，主永磁體4的外側設置聚磁體5，聚磁 體5與主永磁體4沿圓周方向角度相同；在隔磁體2的外側設置輔助永磁體3，隔磁體2與 輔助永磁體3沿圓周方向寬度相同；m塊輔助永磁體3和m塊聚磁體5的外表面處於同一 圓周上，主永磁體4徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體4充磁方向相反；輔助永 磁體3切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體3充磁方向相反。聚磁體5採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體2採用非磁性材料。隔磁體2的厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的0% 50%，輔助永磁體3 厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的20% 90%。
剩磁，輔助永磁體3的矯頑力高於主永磁體4的矯頑力。
具體實施方式
五下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式高功率密度永磁電 機，它為內轉子結構、且轉子外表面為波浪形的圓筒形永磁電機它包括定子和轉子，轉子位於定子內部，定子和轉子之間有氣隙，轉子包括軛筒6、 m塊隔磁體2、m塊輔助永磁體3、m塊主永磁體4和m塊聚磁體5，軛筒6為圓筒形，在軛筒 6的外圓表面依次間隔設置有主永磁體4和隔磁體2，主永磁體4的外側設置聚磁體5，聚磁 體5與主永磁體4沿圓周方向角度相同；在隔磁體2的外側設置輔助永磁體3，隔磁體2與 輔助永磁體3沿圓周方向寬度相同；聚磁體5的外側面為弧形，m塊輔助永磁體3和m塊聚 磁體5的外表面連續並呈波浪形，主永磁體4徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體 4充磁方向相反；輔助永磁體3切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體3充磁方向相反。聚磁體5採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體2採用非磁性材料。隔磁體2的厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的0% 50%，輔助永磁體3 厚度為主永磁體4與聚磁體5厚度之和的20% 90%。聚磁體5的飽和磁密高於主永磁體4的飽和磁密，主永磁體4的剩磁高於輔助永 磁體3的剩磁，輔助永磁體3的矯頑力高於主永磁體4的矯頑力。
權利要求
高功率密度永磁電機，它是平板形永磁電機，它包括初級和次級，初級和次級之間有氣隙，其特徵在於，次級包括軛板(1)、m塊隔磁體(2)、m塊輔助永磁體(3)、m塊主永磁體(4)和m塊聚磁體(5)，軛板(1)為平板形，在軛板(1)的面向初級方向內壁上依次間隔設置有主永磁體(4)和隔磁體(2)，主永磁體(4)的內側設置聚磁體(5)，聚磁體(5)與主永磁體(4)沿運動方向寬度相同；在隔磁體(2)的內側設置輔助永磁體(3)，隔磁體(2)與輔助永磁體(3)沿運動方向寬度相同；m塊輔助永磁體(3)和m塊聚磁體(5)的外側表面處於同一平面，主永磁體(4)平行充磁，充磁方向垂直於動子運動方向，每相鄰兩主永磁體(4)充磁方向相反；輔助永磁體(3)平行充磁，充磁方向平行於動子運動方向，每相鄰兩輔助永磁體(3)充磁方向相反。
2.高功率密度永磁電機，它是雙邊形平板形永磁電機，它包括初級和兩個次級，初級和 每個次級之間均有氣隙，其特徵在於，每個次級包括軛板(1)、m塊隔磁體(2)、m塊輔助永 磁體(3)、m塊主永磁體(4)和m塊聚磁體(5)，軛板(1)為平板形，在軛板(1)的內側壁上 依次間隔設置有主永磁體⑷和隔磁體(2)，主永磁體(4)的內側設置聚磁體(5)，聚磁體(5)與主永磁體(4)沿運動方向寬度相同；在隔磁體(2)的內側設置輔助永磁體(3)，隔磁 體(2)與輔助永磁體(3)沿運動方向寬度相同；m塊輔助永磁體(3)和m塊聚磁體(5)的 外側表面處於同一平面，主永磁體(4)平行充磁，充磁方向垂直於動子運動方向，每相鄰兩 主永磁體(4)充磁方向相反；輔助永磁體(3)平行充磁，充磁方向平行於動子運動方向，每 相鄰兩輔助永磁體(3)充磁方向相反；兩個次級相同位置的主永磁體(4)的充磁方向相同， 兩個次級相同位置的輔助永磁體(3)充磁方向相反。
3.高功率密度永磁電機，它是圓筒形永磁電機，它包括定子和轉子，轉子位於定子外 部，定子和轉子之間有氣隙，其特徵在於，轉子包括軛筒(6)、m塊隔磁體(2)、m塊輔助永磁 體(3)、m塊主永磁體(4)和m塊聚磁體(5)，軛筒(6)為圓筒形，在軛筒(6)的內圓表面 依次間隔設置有主永磁體⑷和隔磁體(2)，主永磁體(4)的內側設置聚磁體(5)，聚磁體 (5)與主永磁體(4)沿圓周方向角度相同；在隔磁體(2)的內側設置輔助永磁體(3)，隔磁 體(2)與輔助永磁體(3)沿圓周方向寬度相同；m塊輔助永磁體(3)和m塊聚磁體(5)的 內表面處於同一圓周上，主永磁體(4)徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體(4)充 磁方向相反；輔助永磁體(3)切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體(3)充磁方向相反。
4.高功率密度永磁電機，它是圓筒形永磁電機，它包括定子和轉子，轉子位於定子內 部，定子和轉子之間有氣隙，其特徵在於，轉子包括軛筒(6)、m塊隔磁體(2)、m塊輔助永磁 體(3)、m塊主永磁體(4)和m塊聚磁體(5)，軛筒(6)為圓筒形，在軛筒(6)的外圓表面 依次間隔設置有主永磁體(4)和隔磁體(2)，主永磁體(4)的外側設置聚磁體(5)，聚磁體 (5)與主永磁體(4)沿圓周方向角度相同；在隔磁體(2)的外側設置輔助永磁體(3)，隔磁 體(2)與輔助永磁體(3)沿圓周方向寬度相同；m塊輔助永磁體(3)和m塊聚磁體(5)的 外表面處於同一圓周上，主永磁體(4)徑向充磁或徑向平行充磁，每相鄰兩主永磁體(4)充 磁方向相反；輔助永磁體(3)切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體(3)充磁方向相反。
5.高功率密度永磁電機，它是圓筒形永磁電機，它包括定子和轉子，轉子位於定子內 部，定子和轉子之間有氣隙，其特徵在於，轉子包括軛筒(6)、m塊隔磁體(2)、m塊輔助永磁 體(3)、m塊主永磁體(4)和m塊聚磁體(5)，軛筒(6)為圓筒形，在軛筒(6)的外圓表面 依次間隔設置有主永磁體(4)和隔磁體(2)，主永磁體(4)的外側設置聚磁體(5)，聚磁體(5)與主永磁體(4)沿圓周方向角度相同；在隔磁體(2)的外側設置輔助永磁體(3)，隔磁 體(2)與輔助永磁體(3)沿圓周方向寬度相同；聚磁體(5)的外側面為弧形，m塊輔助永磁 體(3)和m塊聚磁體(5)的外表面連續並呈波浪形，主永磁體⑷徑向充磁或徑向平行充 磁，每相鄰兩主永磁體⑷充磁方向相反；輔助永磁體⑶切向充磁，每相鄰兩輔助永磁體 ⑶充磁方向相反。
6.根據權利要求1至5任意一個權利要求所述的高功率密度永磁電機，其特徵在於，聚 磁體(5)採用高飽和磁密磁性材料，隔磁體(2)採用非磁性材料。
7.根據權利要求1至5任意一個權利要求所述的高功率密度永磁電機，其特徵在於，隔 磁體(2)的厚度為主永磁體(4)與聚磁體(5)厚度之和的0% 50%，輔助永磁體(3)厚 度為主永磁體(4)與聚磁體(5)厚度之和的20% 90%。
8.根據權利要求1至5任意一個權利要求所述的高功率密度永磁電機，其特徵在於，聚 磁體(5)的飽和磁密高於主永磁體(4)的飽和磁密，主永磁體(4)的剩磁高於輔助永磁體 (3)的剩磁，輔助永磁體(3)的矯頑力高於主永磁體(4)的矯頑力。
全文摘要
高功率密度永磁電機，屬於電機領域，本發明為解決傳統的雙邊無鐵心結構直線永磁同步電機氣隙磁密低，氣隙磁密波形的正弦度差，因此電機的效率和推力密度低、推力波動大，電機的振動和噪聲高的問題。本發明給出的直線電機的初級和次級之間有氣隙，在軛板內壁上依次間隔設置有主永磁體和隔磁體，主永磁體的內側設置聚磁體、且沿運動方向寬度相同；在隔磁體的內側設置輔助永磁體，且沿運動方向寬度相同；m塊輔助永磁體和m塊聚磁體的外側表面處於同一平面，主永磁體平行充磁，充磁方向垂直於動子運動方向，每相鄰兩主永磁體充磁方向相反；輔助永磁體平行充磁，充磁方向平行於動子運動方向，每相鄰兩輔助永磁體充磁方向相反。
文檔編號H02K41/03GK101969261SQ20101051572
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者寇寶泉, 曹海川, 趙斌超 申請人:哈爾濱工業大學