專利名稱：一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及永磁電機(jī)的技術(shù)，特別是涉及一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)的技 術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，永磁電機(jī)已廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，其中鐵氧體、釹鐵硼和稀土鉆永磁電 機(jī)作為快速響應(yīng)驅(qū)動(dòng)元件，在設(shè)計(jì)時(shí)不能生搬套地采用鋁鎳鉆磁鋼電機(jī)的傳統(tǒng)磁路。合理的磁路設(shè)計(jì)可以提高氣隙磁密，減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這對于高速電機(jī)是極為重要 的；例如永磁伺服電機(jī)的加速度是由峰值矩與電機(jī)負(fù)載的總慣量之比來決定的，要保證大 轉(zhuǎn)矩，就需要比較大的慣量，而慣量的增加會(huì)使加速度降低，進(jìn)而會(huì)降低電機(jī)的響應(yīng)速度。 由此可見，電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足產(chǎn)生一定加速度所需要的峰值轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn) 矩正比于電樞電流，因此可以通過提高電樞電流的方式來提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩，但是這樣會(huì)加重 電機(jī)的發(fā)熱；如果為了抑制發(fā)熱量而加大電樞組導(dǎo)線的直徑，就會(huì)加大整個(gè)電樞的直徑，從 而使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之加大，會(huì)引起惡性循環(huán)。由于轉(zhuǎn)矩與電樞直徑的平方、電樞長度、線 負(fù)荷、氣隙磁密成正比；因此，如果要提高轉(zhuǎn)矩，在一定的線負(fù)荷下必須提高氣隙磁密；如圖4所示，現(xiàn)有的共極靴永磁電機(jī)中，每個(gè)磁極由兩個(gè)永磁體2’和一個(gè)共用極 靴3’組成，每個(gè)永磁體2’的外側(cè)面與定子1’內(nèi)壁固接，內(nèi)側(cè)面與極靴3’固接，同一磁極 中的兩個(gè)永磁體2’的內(nèi)側(cè)面邊緣連接，而且兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小于180度， 每個(gè)永磁體2’朝向同一磁極中另一永磁體一側(cè)的面均為平面(即其徑向截面中朝向同一 磁極中另一永磁體一側(cè)的線為直線)；現(xiàn)有的共極靴永磁電機(jī)提高氣隙磁通密度(磁密) 的方法是通過加大永磁體的橫截面或增加磁極的厚度進(jìn)行聚磁；但是，在現(xiàn)有共極靴永 磁電機(jī)中磁路結(jié)構(gòu)中，永磁體的磁密最大處不是永磁體的內(nèi)側(cè)面處(即永磁體與極靴的接 合面)，而是在永磁體內(nèi)、外側(cè)面之間，在永磁體內(nèi)側(cè)面處反而降低了，因此現(xiàn)有共極靴永磁 電機(jī)不能有效聚磁，也不能通過提高氣隙磁密的方法有效提高電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩及響 應(yīng)速度。

實(shí)用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具 有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩，而且響應(yīng)速度快的聚磁型共極靴永磁電機(jī)。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所提供的一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)，包括 定子、轉(zhuǎn)子和多個(gè)磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子內(nèi)，所述各磁極軸對稱固定于定子內(nèi)壁，每個(gè) 磁極均由兩塊永磁體和一塊極靴組成，所述兩塊永磁體和極靴的軸線均平行于轉(zhuǎn)子的軸 線，兩塊永磁體的外側(cè)面分別與定子內(nèi)壁接合，內(nèi)側(cè)面分別與極靴接合，而且兩塊永磁體相 鄰一側(cè)的極性相同；所述永磁體的外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面均為平面，且相互平行；所述兩塊永磁 體的內(nèi)側(cè)面邊緣連接，而且兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小于180度；其特征在于所述極靴朝向轉(zhuǎn)子一側(cè)的面為極靴面，所述極靴的極靴面面積小于兩塊永磁體的 內(nèi)側(cè)面面積之和，而且極靴的極靴面與轉(zhuǎn)子周面之間具有氣隙；[0009]所述永磁體的每個(gè)徑向截面的形狀尺寸均相同，其徑向截面中朝向相鄰磁極一側(cè) 的邊線為第一側(cè)邊，朝向同一磁極中另一永磁體一側(cè)的邊線為第二側(cè)邊；所述第一側(cè)邊是 直線，所述第二側(cè)邊是折線或曲線。進(jìn)一步的，所述永磁體的第二側(cè)邊是折線，該折線是聚磁曲線的近似折線，所述聚 磁曲線的曲線方程為y(X) = y0-(H/2LB)x2 ；其中，X為聚磁曲線上的一個(gè)點(diǎn)，χ為點(diǎn)X與永磁體外側(cè)面之間的垂直間距，y⑴ 為點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，y。為X = 0時(shí)點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，H為永磁體的磁 場強(qiáng)度，2L為該永磁體與相鄰磁極之間的間距，B為永磁體的磁密。進(jìn)一步的，所述永磁體的第二側(cè)邊是曲線，該曲線為聚磁曲線，所述聚磁曲線的的 計(jì)算方程為y(X) = y0-(H/2LB)x2 ；其中，X為聚磁曲線上的一個(gè)點(diǎn)，χ為點(diǎn)X與永磁體外側(cè)面之間的垂直間距，y⑴ 為點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，y。為χ = 0時(shí)點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，H為永磁體的磁 場強(qiáng)度，2L為該永磁體與相鄰磁極之間的間距，B為永磁體的磁密。本實(shí)用新型提供的聚磁型共極靴永磁電機(jī)，由于其徑向截面的第二側(cè)邊是最佳磁 密線或是最佳磁密線的近似折線，由第二側(cè)邊組成的面能使磁密在永磁體內(nèi)側(cè)面處達(dá)到最 大值，從而獲得極佳的聚磁效果，能以最磁密“沖向”極靴的極靴面；而且由于極靴的極靴面 面積小于兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面面積之和，在漏磁不變的情況下，兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面處的 磁通同時(shí)擠向極靴的極靴面，使得極靴的極靴面處的磁通密度遠(yuǎn)大于永磁體內(nèi)側(cè)面處的磁 通密度，由于極靴的極靴面是直接面向轉(zhuǎn)子周面的，因此能顯著提高極靴的極靴面和轉(zhuǎn)子 周面之間的氣隙的磁密；從而有效提高電機(jī)出力、功率密度和轉(zhuǎn)矩，具有高功率密度、高轉(zhuǎn) 矩，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的聚磁型共極靴永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的聚磁型共極靴永磁電機(jī)中的磁通密度與磁場強(qiáng)度原 理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的聚磁型共極靴永磁電機(jī)中的磁路分析原理圖；圖4是現(xiàn)有共極靴永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用 于限制本實(shí)用新型，凡是采用本實(shí)用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)，包括定子 1、轉(zhuǎn)子4和多個(gè)磁極，所述轉(zhuǎn)子4套設(shè)于定子1內(nèi)，所述各磁極軸對稱固定于定子1內(nèi)壁， 每個(gè)磁極均由兩塊永磁體2和一塊極靴3組成，所述兩塊永磁體2和極靴3的軸線均平行 于轉(zhuǎn)子4的軸線，兩塊永磁體2的外側(cè)面分別與定子1內(nèi)壁接合，內(nèi)側(cè)面分別與極靴3接合，而且兩塊永磁體2相鄰一側(cè)的極性相同；所述永磁體2的外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面均為平面，且 相互平行；所述兩塊永磁體2的內(nèi)側(cè)面邊緣連接，而且兩塊永磁體2的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小 于180度；其特征在于所述極靴3朝向轉(zhuǎn)子4 一側(cè)的面為極靴面，所述極靴3的極靴面面積小于兩塊永 磁體2的內(nèi)側(cè)面面積之和，而且極靴3的極靴面與轉(zhuǎn)子4周面之間具有氣隙；如圖2所示，所述永磁體2的每個(gè)徑向截面的形狀尺寸均相同，其徑向截面中朝向 相鄰磁極一側(cè)的邊線為第一側(cè)邊6，朝向同一磁極中另一永磁體一側(cè)的邊線為第二側(cè)邊8 ； 所述第一側(cè)邊6是直線，所述第二側(cè)邊8是聚磁曲線7的近似折線，所述聚磁曲線7的曲線 方程為y(X) = y0-(H/2LB)x2其中，X為聚磁曲線7上的一個(gè)點(diǎn)，χ為點(diǎn)X與永磁體外側(cè)面之間的垂直間距，y (X) 為點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，y。為χ = 0時(shí)點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，H為永磁體的磁 場強(qiáng)度，2L為該永磁體與相鄰磁極之間的間距，B為永磁體的磁密；如圖2所示，該圖中的豎軸線B為磁通密度軸，橫軸線H為磁場強(qiáng)度軸，曲線B (χ) 為永磁體的磁通密度變化曲線，曲線H(X)為永磁體的磁場強(qiáng)度變化曲線，Bmax為永磁體磁 密最大值，Br為永磁體的磁體剩余磁感應(yīng)；如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述聚磁曲線的曲線方程按以下步驟推算而 得1)聚磁曲線上任意一個(gè)點(diǎn)的總磁勢為F(X)= ^Hxdx;式中X為聚磁曲線7上的一個(gè)點(diǎn)，F(xiàn)(X)為X點(diǎn)的總磁勢，χ為點(diǎn)X與永磁體外側(cè) 面之間的垂直間距，Hx為X點(diǎn)的場強(qiáng)，dx為聚磁曲線7上的一個(gè)點(diǎn)與X點(diǎn)之間的單位長度， 該點(diǎn)位于X點(diǎn)與永磁體內(nèi)側(cè)面之間；2)得出點(diǎn)X在單位長度dx中的漏磁為d Φ = F(X) (ffdx/L)；式中d Φ為點(diǎn)X在單位長度dx中的漏磁，W為永磁體的軸長，L為該永磁體與相 鄰磁極之間的間距值的一半；3)得出單位長度dx為Ax=F(X) ( φ/dx) =F(X) (W/L) = (W/L) ^Hxdx-,4)假定永磁體任一點(diǎn)上的磁場強(qiáng)度在均為常數(shù)，則X點(diǎn)的漏磁為φ = (W/L) H · χ ；式中Φ為X點(diǎn)的漏磁，H為永磁體任一點(diǎn)上的磁場強(qiáng)度；5)得出永磁體內(nèi)側(cè)面到X點(diǎn)的總漏磁為φχ= J[0(ic= (WH/L) [xdx= (WH/L) χ2；式中Φ χ為永磁體內(nèi)側(cè)面到X點(diǎn)的總漏磁；當(dāng)χ與第一側(cè)邊的長度相等時(shí)(即χ值為最大)，則X點(diǎn)的漏磁為(WH/L) X2 ；將Φχ量畫成二次曲線Μ(參見圖3)，即可確定使磁通全部伸入極靴的聚磁曲線
5的基本形狀，圖3中的曲線N為曲線M上的漏磁量；6)設(shè)Φ mx為X點(diǎn)穿過永磁體徑向截面的磁通，Φ χ為X點(diǎn)的總漏磁，則X點(diǎn)的總 石茲通為Φ tx = Φ mx+ φ χ ；式中Φ tx為X點(diǎn)的總磁通；在χ = 0處，根據(jù)步驟5，得到Φ t0 = Φ m0 ；式中φ tQ為χ = 0處的總磁通，Φπι。為χ = 0處穿過永磁體徑向截面的磁通；7)設(shè)Smx為永磁體在X點(diǎn)的徑向截面面積，B為永磁體的磁密，則永磁體中的磁通 φπιχ可用下式表示φ mx = BSmx ；8)設(shè)第一側(cè)邊至聚磁曲線的最大間距值為Y，y(X)為點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距， 則有(^mx = BWy(X);根據(jù)步驟5和步驟6，得到Φ tx = Bff y (X) + (WH/2L) χ2 ；9)由于磁通的連續(xù)性，因此X點(diǎn)上的總磁通Φ tx為常數(shù)，即Φ tx = = Φ t0 = Φ m0 ；因此，上式可改寫為Φ χ == Φ 0 = Φι 0 = Bwy+(WH/21)x2因此可得y(X) = ((jim0/BW)-(H/2LB)x2 ；設(shè)y。為x = 0時(shí)點(diǎn)X與第一側(cè)邊之間的間距，則Φπι0 = Bff y。，將其代入上式，得 到聚磁曲線的計(jì)算方程y(X) = y0-(H/2LB)x2 ；此方程式所確定的聚磁曲線7的形狀即為永磁體的最佳磁密線(參見圖2)，根據(jù) 該最佳磁密線加工而成的永磁體的磁密和場強(qiáng)，能使磁密在永磁體內(nèi)側(cè)面處達(dá)到最大值， 以最磁密“沖向”極靴3的極靴面，從而使極靴3的極靴面和轉(zhuǎn)子周面之間的氣隙磁密達(dá)最 大；本實(shí)用新型實(shí)施例中，永磁體在實(shí)際加工時(shí)第二側(cè)邊8的形狀按聚磁曲線7(即最 佳磁密線)的近似折線加工，本實(shí)用新型實(shí)施例的第二側(cè)邊8的形狀也可按聚磁曲線7(即 最佳磁密線)加工；本實(shí)用新型實(shí)施例工作時(shí)，由于極靴3的極靴面面積小于兩塊永磁體2的內(nèi)側(cè)面 面積之和，而且兩塊永磁體2的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小于180度；在漏磁不變的情況下，兩塊 永磁體2的內(nèi)側(cè)面處的磁通同時(shí)擠向極靴3的極靴面，使得極靴3的極靴面處的磁通密度 遠(yuǎn)大于永磁體2內(nèi)側(cè)面處的磁通密度，由于極靴3的極靴面是直接面向轉(zhuǎn)子4周面的，因此 能顯著提高極靴3的極靴面和轉(zhuǎn)子周面之間的氣隙的磁密。
權(quán)利要求一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子和多個(gè)磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子內(nèi)，所述各磁極軸對稱固定于定子內(nèi)壁，每個(gè)磁極均由兩塊永磁體和一塊極靴組成，所述兩塊永磁體和極靴的軸線均平行于轉(zhuǎn)子的軸線，兩塊永磁體的外側(cè)面分別與定子內(nèi)壁接合，內(nèi)側(cè)面分別與極靴接合，而且兩塊永磁體相鄰一側(cè)的極性相同；所述永磁體的外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面均為平面，且相互平行；所述兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面邊緣連接，而且兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小于180度；其特征在于所述極靴朝向轉(zhuǎn)子一側(cè)的面為極靴面，所述極靴的極靴面面積小于兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面面積之和，而且極靴的極靴面與轉(zhuǎn)子周面之間具有氣隙；所述永磁體的每個(gè)徑向截面的形狀尺寸均相同，其徑向截面中朝向相鄰磁極一側(cè)的邊線為第一側(cè)邊，朝向同一磁極中另一永磁體一側(cè)的邊線為第二側(cè)邊；所述第一側(cè)邊是直線，所述第二側(cè)邊是折線或曲線。
專利摘要一種聚磁型共極靴永磁電機(jī)，涉及永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是提高電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩及響應(yīng)速度的技術(shù)問題。該電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子和多個(gè)磁極，每個(gè)磁極均由兩塊永磁體和一塊極靴組成，所述兩塊永磁體的外側(cè)面分別與定子內(nèi)壁接合，內(nèi)側(cè)面分別與極靴接合，而且兩塊永磁體相鄰一側(cè)的極性相同；所述兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面邊緣連接，而且兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面之間的夾角小于180度；所述極靴的極靴面面積小于兩塊永磁體的內(nèi)側(cè)面面積之和，而且極靴的極靴面與轉(zhuǎn)子周面之間具有氣隙；所述永磁體的徑向截面中朝向相鄰磁極一側(cè)的邊線是直線，朝向同一磁極中另一永磁體一側(cè)的邊線是折線或曲線。本實(shí)用新型提供的電機(jī)，功率密度及轉(zhuǎn)矩高，響應(yīng)速度快。
文檔編號H02K21/28GK201667595SQ200920215318
公開日2010年12月8日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者林德芳 申請人:上海特波電機(jī)有限公司;上海川也電機(jī)有限公司;寧德特波電機(jī)有限公司