[實(shí)用新型]一種可產(chǎn)生正弦磁通的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720508738.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207166236U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳拯民;楊思雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥硬核派科技有限公司
• 主分類號(hào): H02K1/27
• 分類號(hào): H02K1/27;H02K1/24
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11535
• 代理人: 張祖萍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種可產(chǎn)生正弦磁通的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)，適用于電氣工程的電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

目前，大部分永磁電機(jī)所采用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)波形呈方波形式，其中含有大量的高次諧波。磁場(chǎng)的高次諧波會(huì)對(duì)永磁電機(jī)性能產(chǎn)生不良影響，主要包括：(1)在電機(jī)鐵芯中產(chǎn)生高頻鐵損，降低電機(jī)效率；(2)使電機(jī)的反電勢(shì)諧波含量增高，影響電機(jī)控制精度；(3)使電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大波動(dòng)；(4)高次諧波分散磁極磁場(chǎng)能量，削弱基波能量，降低磁鋼利用率。因此，提高轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的正弦度對(duì)提高永磁電機(jī)性能具有重要意義。

在電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有文獻(xiàn)提出對(duì)磁極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法來(lái)改善轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)波形。主要包括兩種轉(zhuǎn)子類型的永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

(1)內(nèi)嵌式永磁電機(jī)

對(duì)于磁鋼內(nèi)嵌式永磁電機(jī)，為提高轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正弦度，主要采用的方法包括調(diào)整內(nèi)嵌式磁鋼的磁極夾角，個(gè)數(shù)，磁極層數(shù)以及改變轉(zhuǎn)子硅鋼片外形等方法。此類方法僅能對(duì)特定尺寸的電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，若電機(jī)尺寸參數(shù)改變，所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量也要相應(yīng)改變，因此不具有通用性，會(huì)提高電機(jī)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)成本。在電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子硅鋼片可能產(chǎn)生的飽和效應(yīng)，氣隙磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生畸變，不能夠達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所確定的正弦度。與此同時(shí)，對(duì)于內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的磁場(chǎng)優(yōu)化會(huì)增加電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，造成電機(jī)加工難度的增加，提高電機(jī)加工成本。

(2)表貼式永磁電機(jī)

對(duì)于表貼式永磁電機(jī)，為提高轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(huì)造成電機(jī)成本的提高。對(duì)于PWM波形分段的磁極排列方法，磁場(chǎng)優(yōu)化變量較多，優(yōu)化難度較大，且優(yōu)化參數(shù)隨電機(jī)尺寸改變，同樣不具有通用性。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)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(jī)的反電勢(shì)波形正弦度，提高電磁轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)度。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)表貼式磁鋼的外形進(jìn)行特定約束，提出一種可在電機(jī)電樞繞組中產(chǎn)生正弦磁通的新型表貼式永磁電機(jī)的磁極排列結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的一種可產(chǎn)生正弦磁通的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)磁背板和多個(gè)磁極，所述磁極均呈有一定厚度的片狀結(jié)構(gòu)，具有頂面、底面和兩個(gè)相互反向180°對(duì)置的側(cè)邊部，兩個(gè)側(cè)邊部均與頂面和底面垂直，一個(gè)側(cè)邊部的兩端與另一個(gè)側(cè)邊部的兩端分別相連，形成磁極的兩個(gè)呈尖角狀的端部，

多個(gè)磁極沿導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向依次連續(xù)并排平放固定在導(dǎo)磁背板上，多個(gè)磁極的各自兩個(gè)呈尖角狀的端部的連線相互平行，并與導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向形成夾角，

每個(gè)磁極在與導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向垂直的寬度方向上的長(zhǎng)度大致呈前半周期的正弦規(guī)律變化，相鄰的兩個(gè)磁極的內(nèi)部磁場(chǎng)方向相反，所述多個(gè)磁極的內(nèi)部磁場(chǎng)方向與導(dǎo)磁背板垂直。

進(jìn)一步，所述磁極的頂面和底面大體呈四邊形。

進(jìn)一步，所述磁極的一個(gè)側(cè)邊部為向外側(cè)凸出的頂部在后部的曲面，另一個(gè)側(cè)邊部為向外側(cè)凸出的頂部在前部的曲面。

進(jìn)一步，以在導(dǎo)磁背板的寬度方向上過(guò)磁極的左側(cè)端部的線為縱軸并在導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向上過(guò)磁極的下側(cè)端部的線為橫軸構(gòu)建坐標(biāo)系，導(dǎo)磁背板上的磁極的頂面和底面的下側(cè)的曲線與上側(cè)的曲線關(guān)于點(diǎn)(L₁/2，W₁/2)呈中心對(duì)稱；

導(dǎo)磁背板上固定的磁極的頂面和底面的上側(cè)曲線的邊界函數(shù)為：

式中，t滿足

W₁為導(dǎo)磁背板上的單個(gè)磁極在與導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向垂直的寬度方向上的長(zhǎng)度；L₁為導(dǎo)磁背板上的單個(gè)磁極在導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度；a為曲線上各點(diǎn)與該磁極左端端部在導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向上的距離；θ為該磁極端部連線與導(dǎo)磁背板的長(zhǎng)度方向的夾角，h₁為曲線上各點(diǎn)與過(guò)該磁極左端端部的長(zhǎng)度方向延伸線的距離。

本實(shí)用新型提出的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以下有益效果：

(1)本實(shí)用新型提出的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)在電機(jī)工作時(shí)能夠在電樞繞組中產(chǎn)生按正弦變化的磁通量，使得電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形具有極高的正弦度，提高電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性。

(2)本實(shí)用新型提出的永磁體形狀約束條件參數(shù)較少，適合于各種電機(jī)尺寸，具有很強(qiáng)的通用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的永磁電機(jī)磁極排列結(jié)構(gòu)的平面圖；