[發明專利]高功率密度永磁電機設計方法

無效

• 申請號: 200810200593.0
• 申請日: 2008-09-27
• 公開（公告）號: CN101686002A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: 林德芳
• 申請（專利權）人: 上海特波電機有限公司
• 主分類號: H02K15/03
• 分類號: H02K15/03
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 林 煒

技術領域

本發明涉及電機技術，特別是涉及一種永磁電機(包括永磁直流、永磁無刷、永磁同步電機)的高功率密度永磁電機設計方法。

背景技術

近年來，永磁交直流伺服電機已廣泛應用于自動控制系統中。作為快速響應的驅動元件，世界各國不斷地采用新技術進行更新換代。為了適應形勢發展，必須更新觀念。最佳的電機設計原則不能滿足達到最佳的性能，而應該達到最佳的性能/價格比、最佳的性能/體積比。永磁電機設計關鍵之一是選定磁鋼工作點，工作點是校核永磁材料選用和磁鋼尺寸是否合理的重要依據。空載工作點依據外磁路磁導，負載工作點依據去磁磁勢。長期以來，永磁電機傳統設計習慣于把磁體工作點(即磁通Φ與磁勢F之交點)選在磁鋼去磁曲線的直線部分，即使過載，在動態磁路情況下，也要求工作點落在去磁曲線拐點以上的直線部分(恒磁區)，從而避免由于電樞反應，特別是暫態下的電樞反應使磁體不可逆去磁，引起工作點磁密下降，影響出力。但磁鋼用量要增加，使電機成本提高，使永磁無刷電機、永磁同步電機和永磁伺服電機轉子慣量增加，降低電機過載能力和快速響應。這是傳統電機設計的弊病。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能使直流電機外徑減小，使交流電機轉子慣量減小，過載能力和快速響應提高，能使電機具有高性價比、高功率密度、高出力、低波動、小型輕量化和平穩運行等特點的高功率密度永磁電機設計方法。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種高功率密度永磁電機設計方法，其特征在于：所述永磁電機磁鋼的負載工作點(即磁鋼磁通密度Bm與磁鋼磁場強度Hm或磁通Φ與磁勢F之交點)設計(選擇)在磁鋼去磁曲線BM＝f(HM)的拐點以下的曲線段，即在磁鋼去磁曲線Bm＝{[(-μo?N?Ic/8)/Kμ(1-σ)Kc?δ]-[(μo?hm)/Kμ(1-σ)Kcδ]}Hm的拐點以下的曲線段()，式中：μo-真空磁導率，N-電樞總導體數，Ic-電樞電流，Kμ-磁路飽和系數，σ-漏磁系數，Kc-卡氏系數，δ-定轉子間氣隙長度，hm-磁鋼厚度；設拐點的坐標為Hmg、Bmg，負載工作點的坐標為Hmw、Bmw，則有Hmg＜Hmw，Bmg＞Bmw。提高電機性價比和伺服性能。

進一步的，所述永磁電機包括有刷和無刷電機。

進一步的，所述永磁電機的磁鋼包括電機定子磁鋼(有刷電機)和轉子部分的磁鋼(無刷電機)。

進一步的，所述負載工作點選擇在拐點以下，同時通過徑向、軸向聚磁或適當增加磁鋼軸向長度來補償磁鋼去磁。

本發明提供的高功率密度永磁電機設計方法的有益效果：

1)電樞磁場引起磁鋼中有2～3％不可逆磁通損失是允許的，本發明設計的永磁電機磁鋼厚度從9mm減為7mm，節省磁體29％，而磁通損失僅為2.8％，使電機的功率密度大幅度提高。因此，從經濟觀點看，小范圍不可逆磁通損失是可以接受的，；

磁通損失可用徑向、軸向聚磁或適當增加磁鋼長度來補償；磁鋼厚度減薄，使直流電機外徑減小，使交流電機轉子慣量減小，過載能力和快速響應提高；

2)適當增加磁鋼長度來補償電樞反應的去磁，節約了一段中孔圓柱磁鋼，僅增加一片環形磁鋼，同時充分發揮了永磁電機優點，使電機具有高性價比、高出力、低波動、低慣量、快響應、小型輕量化和平穩運行等特點。

附圖說明

圖1為本發明實施例永磁無刷電機(a)和永磁有刷電機(b)剖面結構示意圖；

圖2為不同溫度影響下磁鋼去磁曲線的變化示意圖；

圖3為本發明實施例永磁無刷電機磁鋼去磁面示意圖；

圖4為本發明實施例Nd-Fe-B磁鋼去磁曲線(90℃時)和不可逆磁通損失。

在圖1a中：11、定子軛；12、定子齒；13、定子槽；14、轉子磁鋼(磁極)；15、轉子軛；16、轉子軸。在圖1b中：11’、定子軛；12’、定子磁鋼(磁極)；13’、轉子槽；14’、轉子齒；15’、轉子軛；16’、轉子軸；

在圖3中：21、定子軛；22、定子齒；23、定子槽；24、轉子磁鋼(磁極)；25、轉子軛；26、轉子軸；A’為磁鋼去磁面。

具體實施方式

以下結合附圖說明對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似方法及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。