基于磁极异形阵列的永磁电机制造技术

本发明专利技术涉及永磁电机技术领域，公开了一种基于磁极异形阵列的永磁电机。该电机包括定子、转子、机壳和转轴，所述定子的外圆表面固定在所述机壳的内圆表面上，所述转子设置在定子内并固定在转轴上，所述转子与所述定子之间具有预定气隙，其中，所述定子包括定子铁心和三相定子绕组，所述三相定子绕组通有三相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，其中p为正整数；所述转子包括护套、p极永磁体和转子铁心，所述护套用于保护所述转子，每极永磁体为多块异形阵列冲磁永磁体结构，p极永磁体与所述转子铁心以燕尾槽方式连接。由此，可以解决表贴式永磁电机转子气隙磁密正弦性差、机械强度低等问题。

Permanent magnet motor based on special-shaped pole array

【技术实现步骤摘要】
基于磁极异形阵列的永磁电机
本专利技术涉及永磁电机
，尤其涉及一种基于磁极异形阵列的永磁电机。
技术介绍
常规表贴式永磁电机是一种径向充磁永磁电机，这种结构中瓦片形永磁体位于转子铁心的外表面上，永磁体提供径向磁通，永磁体外表面与定子铁心内圆之间一般仅套以起保护作用的非导磁护套，表贴式永磁电机具有结构简单、制造成本低、控制简单的优点，在数控机床、工业机器人、航空航天领域得到广泛应用。表贴式永磁电机结构容易得到矩形波气隙磁密，导致电机反电势波形畸变严重、转矩波动大。将瓦片形永磁体进行偏心设计可改善气隙磁密波形正弦性，然而，偏心永磁体设计大大减小永磁体与护套的接触面积，使得转子高速旋转时机械强度不足，存在永磁体受离心力过大窜动、飞出或碎裂的风险，电机可靠性下降。此外，转子机械强度对护套厚度有一定要求，护套厚度的增加等效为气隙厚度的增加，阻碍电机性能进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供了一种基于磁极异形阵列的永磁电机，能够解决上述现有技术中表贴式永磁电机转子气隙磁密正弦性差、机械强度低等问题。本专利技术的技术解决方案：一种基于磁极异形阵列的永磁电机，其中，该电机包括定子、转子、机壳和转轴，所述定子的外圆表面固定在所述机壳的内圆表面上，所述转子设置在定子内并固定在转轴上，所述转子与所述定子之间具有预定气隙，其中，所述定子包括定子铁心和三相定子绕组，所述三相定子绕组通有三相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，其中p为正整数；所述转子包括护套、p极永磁体和转子铁心，所述护套用于保护所述转子，每极永磁体为多块异形阵列冲磁永磁体结构，p极永磁体与所述转子铁心以燕尾槽方式连接。优选地，每极永磁体为2块异形阵列冲磁永磁体结构，2块异形阵列冲磁永磁体结构包括以预定间隔分布的一块径向充磁永磁体和一块切向充磁永磁体，且相邻两极永磁体的充磁方向相反。优选地，在径向充磁永磁体的极弧系数为αp1的情况下，切向充磁永磁体的极弧系数为(1-αp1)。优选地，每极永磁体为3块异形阵列冲磁永磁体结构，3块异形阵列冲磁永磁体结构包括以预定间隔分布的一块径向充磁永磁体、一块β角充磁永磁体和一块-β角充磁永磁体，且相邻两极永磁体的充磁方向相反。优选地，在径向充磁永磁体的极弧系数为αp1的情况下，β角充磁永磁体的极弧系数与-β角充磁永磁体的极弧系数均为(1-αp1)/2。优选地，每极永磁体为4块异形阵列冲磁永磁体结构，4块异形阵列冲磁永磁体结构包括以预定间隔分布的一块径向充磁永磁体、一块切向充磁永磁体、一块β角充磁永磁体和一块-β角充磁永磁体，且相邻两极永磁体的充磁方向相反。优选地，在径向充磁永磁体的极弧系数为αp1、切向充磁永磁体的极弧系数为αp2的情况下，β角充磁永磁体的极弧系数与-β角充磁永磁体的极弧系数均为(1-αp1-αp2)/2。优选地，所述定子铁心采用硅钢片、非晶态铁磁复合材料、SMC软磁复合材料或者铁钴钒合金材料。优选地，转子铁心采用硅钢片或实心导磁材料。优选地，护套采用非导磁金属材料或复合材料，永磁体采用铁氧体、钐钴或者钕铁硼，所述转轴采用导磁或非导磁金属材料。通过上述技术方案，电机转子可以采用多块异形阵列充磁永磁体结构(即，分块式异形阵列充磁永磁体结构)，该异形阵列结构可以大幅削减气隙谐波磁场，有效改善反电势正弦性，提高电机输出转矩，降低电机转矩波动。并且，异形阵列充磁永磁体与转子铁心之间以燕尾槽方式连接，可以简化异形阵列充磁永磁体的装配工艺，防止永磁体沿圆周方向窜动。此外，异形阵列充磁永磁体外表面与护套内表面为全面积接触，转子高速旋转时永磁体受力均匀，燕尾槽的连接方式进一步保证了转子机械强度，可使护套厚度适当降低，提高电机性能。本专利技术所述的永磁电机具有结构简单、高功率密度、高机械强度、高可靠性等优点。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于磁极异形阵列的永磁电机的结构示意图；图2为本专利技术实施例中每极永磁体2块异形阵列充磁永磁体的转子结构示意图；图3为本专利技术实施例中每极永磁体3块异形阵列充磁永磁体的转子结构示意图；图4为本专利技术实施例中每极永磁体4块异形阵列充磁永磁体的转子结构示意图；图5为转子为常规表贴式、偏心式、磁极异形阵列结构的平均转矩对比图；图6为转子为常规表贴式、偏心式、磁极异形阵列结构的转矩波动对比图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本专利技术。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本专利技术。在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。图1为本专利技术实施例提供的一种基于磁极异形阵列的永磁电机的结构示意图。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于磁极异形阵列的永磁电机，其中，该电机包括定子1、转子2、机壳3和转轴4，所述定子1的外圆表面固定在所述机壳3的内圆表面上，所述转子2设置在定子1内并固定在转轴4上，所述转子2与所述定子1之间具有预定气隙，其中，所述定子1包括定子铁心101和三相定子绕组102，所述三相定子绕组102通有三相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，其中p为正整数；所述转子2包括护套201、p极永磁体202和转子铁心203，所述护套201用于保护所述转子2，每极永磁体202为多块异形阵列冲磁永磁体结构，p极永磁体202与所述转子铁心203以燕尾槽方式连接。其中，预定气隙的长度可以根据实际情况而定，本专利技术不对此进行限定。通过上述技术方案，电机转子可以采用多块异形阵列充磁永磁体结构(即，分块式异形阵列充磁永磁体结构)，该异形阵列结构可以大幅削减气隙谐波磁场，有效改善反电势正弦性，提高电机输出转矩，降低电机转矩波动。并且，异形阵列充磁永磁体与转子铁心之间以燕尾槽方式连接，可以简化异形阵列充磁永磁体的装配工艺，防止永磁体沿圆周方向窜动。此外，异形阵列充磁永磁体外表面与护套内表面为全面积接触，转子高速旋转时永磁体受力均匀，燕尾槽的连接方式进一步保证了转子机械强度，可使护套厚度适当降低，提高电机性能。本专利技术所述的永磁电机具有结构简单、高功率密度、高机械强度、高可靠性等优点。图2为本专利技术实施例中每极永磁体2块异形阵列充磁永磁体的转子结构示意图。根据本专利技术一种实施例，如图2所示，每极永磁体为2块异形阵列冲磁永磁体结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁极异形阵列的永磁电机，其特征在于，该电机包括定子(1)、转子(2)、机壳(3)和转轴(4)，所述定子(1)的外圆表面固定在所述机壳(3)的内圆表面上，所述转子(2)设置在定子(1)内并固定在转轴(4)上，所述转子(2)与所述定子(1)之间具有预定气隙，其中，/n所述定子(1)包括定子铁心(101)和三相定子绕组(102)，所述三相定子绕组(102)通有三相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，其中p为正整数；/n所述转子(2)包括护套(201)、p极永磁体(202)和转子铁心(203)，所述护套(201)用于保护所述转子(2)，每极永磁体(202)为多块异形阵列冲磁永磁体结构，p极永磁体(202)与所述转子铁心(203)以燕尾槽方式连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁极异形阵列的永磁电机，其特征在于，该电机包括定子(1)、转子(2)、机壳(3)和转轴(4)，所述定子(1)的外圆表面固定在所述机壳(3)的内圆表面上，所述转子(2)设置在定子(1)内并固定在转轴(4)上，所述转子(2)与所述定子(1)之间具有预定气隙，其中，
所述定子(1)包括定子铁心(101)和三相定子绕组(102)，所述三相定子绕组(102)通有三相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，其中p为正整数；
所述转子(2)包括护套(201)、p极永磁体(202)和转子铁心(203)，所述护套(201)用于保护所述转子(2)，每极永磁体(202)为多块异形阵列冲磁永磁体结构，p极永磁体(202)与所述转子铁心(203)以燕尾槽方式连接。


2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，每极永磁体为2块异形阵列冲磁永磁体结构，2块异形阵列冲磁永磁体结构包括以预定间隔分布的一块径向充磁永磁体和一块切向充磁永磁体，且相邻两极永磁体的充磁方向相反。


3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，在径向充磁永磁体的极弧系数为αp1的情况下，切向充磁永磁体的极弧系数为(1-αp1)。


4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，每极永磁体为3块异形阵列冲磁永磁体结构，3块异形阵列冲磁永磁体结构包括以预定间隔分布的一块径向充磁永磁体、一块β角充磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新华，宋志翌，黄建，张兆凯，王贯，王天乙，王传泽，张祎，吴雪琴，洋婷，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11