[發明專利]一種可產生正弦磁通的永磁電機磁極排列結構

在審

• 申請號: 201710322891.6
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN109412289A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 陳拯民;楊思雨
• 申請（專利權）人: 銅陵硬核電機科技有限公司
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/24
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 張祖萍

一種可產生正弦磁通的永磁電機磁極排列結構，包括導磁背板和多個磁極，所述磁極均呈有一定厚度的軸對稱片狀結構，多個磁極沿各自由兩個端部限定的長度方向依次并排平放固定在導磁背板上，所述磁極的軸垂直于其長度方向，相鄰的兩個磁極在導磁背板的平面上相互反向180°，每個磁極在與其長度方向垂直的寬度方向上的長度大致呈前半周期的正弦規律變化，相鄰的兩個磁極的內部磁場方向相反，所述多個磁極的內部磁場方向與導磁背板垂直。本發明的磁極排列結構能夠在電樞繞組中產生正弦變化的磁通量，使得電機反電動勢波形具有極高的正弦度，提高電機電磁轉矩的平穩性，并且永磁體形狀約束條件參數較少，適于各種電機尺寸，具有很強的通用性。

技術領域

本發明涉及電機領域，具體涉及一種可產生正弦磁通的永磁電機磁極排列結構，適用于電氣工程的電機領域尤其涉及永磁電機電磁設計。

背景技術

目前，大部分永磁電機所采用的轉子結構所產生的轉子磁場波形呈方波形式，其中含有大量的高次諧波。磁場的高次諧波會對永磁電機性能產生不良影響，主要包括：(1)在電機鐵芯中產生高頻鐵損，降低電機效率；(2)使電機的反電勢諧波含量增高，影響電機控制精度；(3)使電機電磁轉矩產生較大波動；(4)高次諧波分散磁極磁場能量，削弱基波能量，降低磁鋼利用率。因此，提高轉子磁場的正弦度對提高永磁電機性能具有重要意義。

在電機轉子結構設計中，有文獻提出對磁極進行優化設計的方法來改善轉子磁場波形。主要包括兩種轉子類型的永磁電機的轉子結構優化：

(1)內嵌式永磁電機

對于磁鋼內嵌式永磁電機，為提高轉子磁場正弦度，主要采用的方法包括調整內嵌式磁鋼的磁極夾角，個數，磁極層數以及改變轉子硅鋼片外形等方法。此類方法僅能對特定尺寸的電機進行設計，若電機尺寸參數改變，所對應的優化變量也要相應改變，因此不具有通用性，會提高電機設計的開發成本。在電機運行的同時，由于轉子硅鋼片可能產生的飽和效應，氣隙磁場會產生畸變，不能夠達到設計時所確定的正弦度。與此同時，對于內嵌式永磁電機的磁場優化會增加電機結構的復雜性，造成電機加工難度的增加，提高電機加工成本。

(2)表貼式永磁電機

對于表貼式永磁電機，為提高轉子磁場正弦度，目前主要采用的方法包括采用Halbach磁極陣列或采用類似于PWM波形的分段式磁極陣列。其中，Halbach型磁鋼充磁難度大，成品率低，且需要的磁鋼體量較大，會造成電機成本的提高。對于PWM波形分段的磁極排列方法，磁場優化變量較多，優化難度較大，且優化參數隨電機尺寸改變，同樣不具有通用性。

發明內容

為解決上述技術問題，使各相繞組中所交鏈的永磁體磁通量呈正弦形式變化，提高電機的反電勢波形正弦度，提高電磁轉矩的平穩度。本發明通過對表貼式磁鋼的外形進行特定約束，提出一種可在電機電樞繞組中產生正弦磁通的新型表貼式永磁電機的轉子結構。

本發明的永磁電機磁極排列結構，包括導磁背板和多個磁極，所述磁極均呈有一定厚度的軸對稱片狀結構，多個磁極沿各自由兩個端部限定的長度方向依次并排平放固定在導磁背板上，所述磁極的軸垂直于其長度方向，相鄰的兩個磁極在導磁背板的平面上相互反向180°，每個磁極在與其長度方向垂直的寬度方向上的長度大致呈前半周期的正弦規律變化，相鄰的兩個磁極的內部磁場方向相反，所述多個磁極的內部磁場方向與導磁背板垂直。

進一步地，每個磁極各自具有頂面、底面和兩個對置的側邊部，兩個側邊部均與頂面和底面垂直，一個側邊部的兩端與另一個側邊部的兩端分別相連，形成磁極的兩個呈尖角狀的端部。

進一步地，所述磁極的一個側邊部為具有向外側凸出的弧度的對稱的鐘形曲面。

進一步地，所述磁極的一個側邊部為具有向外側凸出的前半周期正弦曲線形狀的曲面，另一個側邊部為平面。