[發(fā)明專(zhuān)利]無(wú)刷永磁電機(jī)中使用多極環(huán)形磁體增加磁場(chǎng)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011299968.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112910126A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·拉馬努賈姆;V·諾伯特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 博特斯卡普印度私人有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02K1/27
• 分類(lèi)號(hào): H02K1/27
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

所提出設(shè)計(jì)的多極環(huán)形磁體被磁化，從而通過(guò)增加兩個(gè)連續(xù)磁極之間磁體內(nèi)部的磁化有效長(zhǎng)度來(lái)增加磁場(chǎng)。磁化有效長(zhǎng)度由多極磁體的厚度內(nèi)部的弧形表示，并且弧形的數(shù)量等于多極磁體的磁極的數(shù)量。弧形允許具有正弦徑向通量分布，并允許無(wú)槽無(wú)刷PM電機(jī)具有正弦轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及用于無(wú)刷永磁電機(jī)的永磁體。更具體地，本發(fā)明涉及在徑向通量無(wú)槽永磁電機(jī)中使用環(huán)形磁體來(lái)增加氣隙磁場(chǎng)密度。

背景技術(shù)

在背景技術(shù)部分中討論的主題不應(yīng)該僅僅由于在背景技術(shù)部分中提到而被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。類(lèi)似地，在背景技術(shù)部分中提到的或與背景技術(shù)部分的主題相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題不應(yīng)被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)中先前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的。背景技術(shù)部分中的主題僅表示不同的方法，其本身也可以對(duì)應(yīng)于所要求保護(hù)的技術(shù)的實(shí)施方式。

微型可滅菌的無(wú)槽無(wú)刷永磁電機(jī)用于諸如外科電動(dòng)工具之類(lèi)的應(yīng)用中，需要高轉(zhuǎn)矩密度并且需要承受極端的環(huán)境條件。此外，在多種應(yīng)用中使用的無(wú)刷永磁(PM)電機(jī)，例如外科動(dòng)力鉆具，需要更大的軸桿直徑，特別是空心轉(zhuǎn)子軸桿。

無(wú)槽無(wú)刷PM電機(jī)需要高的氣隙通量密度，因?yàn)榫€圈在氣隙中，并且因此需要更大的磁體體積或高的能量密度磁體才能輸送更高的功率。因此，為了提高這種電機(jī)的性能，應(yīng)考慮更大的軸桿直徑設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化永磁特性及其在磁路內(nèi)的操作。

現(xiàn)有技術(shù)利用不同的方式來(lái)布置高能量密度的各向異性燒結(jié)轉(zhuǎn)子磁體，特別是對(duì)于高速應(yīng)用(最高30krpm)。由于電機(jī)的高速運(yùn)行，離心力作用在轉(zhuǎn)子的組件上。為了保護(hù)組件不受離心力影響，磁瓦使用了轉(zhuǎn)子鎖定布置。例如，圖1a示出了具有磁化矢量的四極磁瓦布置的截面圖，其示出了平行磁化。四極磁瓦布置包括第一磁瓦100、第二磁瓦102、第三磁瓦104和第四磁瓦106。圖1a進(jìn)一步示出了空心軸桿108和轉(zhuǎn)子背鐵110。

在一種情況下，在轉(zhuǎn)子磁瓦布置中，可以使用非磁性套筒作為保持套筒。例如，圖1b示出了具有非磁性套筒112的四極磁瓦布置的橫截面圖。非磁性套筒112可以保護(hù)第一磁瓦100、第二磁瓦102、第三磁瓦104和第四磁瓦106抵抗高離心力。然而，非磁性套筒112的使用導(dǎo)致磁體體積的減小，并因此導(dǎo)致電機(jī)性能的降低。另外，轉(zhuǎn)子組件的復(fù)雜性也隨著非磁性套筒112的使用而增加。

在常規(guī)解決方案中，還考慮了各個(gè)磁瓦的平行磁化，以實(shí)現(xiàn)正弦氣隙磁通密度分布。然而，這種布置需要轉(zhuǎn)子背鐵110以更好地利用磁體，因此導(dǎo)致減小的磁體體積。例如，采用傳統(tǒng)方法的無(wú)槽永磁電機(jī)的氣隙中的磁通密度與針對(duì)所選擇的剩余磁通密度(B_r，以特斯拉為單位)的磁體厚度與磁體厚度和有效氣隙長(zhǎng)度(即機(jī)械氣隙和定子線圈厚度)的比值有關(guān)。

圖2a示出了四極磁瓦202至208的布置中的磁體有效長(zhǎng)度。箭頭210指示了磁體的徑向厚度。轉(zhuǎn)子背鐵211顯示為存在于中心處的空心軸桿周?chē)Ｔ谶@樣的布置中，磁體徑向厚度(L_m)被確定為(D_o-D_i)/2，其中D_o表示磁體的外徑212，而D_i表示由四極磁瓦202至208形成的完整磁體的內(nèi)徑214。應(yīng)該理解的是，內(nèi)徑214是基于一個(gè)圓確定的，該圓的面積等于由轉(zhuǎn)子背鐵211覆蓋的面積。從圖2a可以理解，所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)密度取決于磁體的厚度，即(D_o-D_i)/2，如箭頭210所示。通過(guò)增加磁體的外徑以實(shí)現(xiàn)增加的磁強(qiáng)度，離心力對(duì)磁體的影響也增加了，并且電機(jī)的電負(fù)載得到了減小。

圖2b示出了使用八個(gè)單獨(dú)的磁瓦216至230的四極磁體轉(zhuǎn)子的橫截面圖。此外，八個(gè)單獨(dú)的磁瓦216至230可圍繞空心軸桿232存在并且通過(guò)非磁性套筒234保持在其位置。八個(gè)單獨(dú)的磁體段216至230可在所需的磁化方向上存在，例如Halbach陣列布置。將八個(gè)單獨(dú)的磁瓦216至230布置為Halbach布置將導(dǎo)致僅在一側(cè)上產(chǎn)生磁場(chǎng)，即如對(duì)于內(nèi)部轉(zhuǎn)子、外部定子電機(jī)配置所期望的那樣向外產(chǎn)生磁場(chǎng)。