專利名稱：減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁電機(jī)由于其緊湊的結(jié)構(gòu)、高轉(zhuǎn)矩密度、高效率、無勵磁發(fā)熱等而在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。永磁電機(jī)中永磁體磁極對按N、S極交替排列，其中永磁直線電機(jī)參見圖1，永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)參見圖2。參見圖7，永磁電機(jī)單個齒在靠近永磁體兩端部時，所受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/ 齒槽力幅值最大，當(dāng)齒的中心線與永磁體重合時，所受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力為零，現(xiàn)有技術(shù)中由于單塊永磁體周向?qū)拵Ч潭?，單個齒所受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力含有復(fù)雜的諧波成分，因此所有齒的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力疊加后的合成齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力因諧波的影響難以相互抵消，存在較大的峰值，影響永磁電機(jī)的性能。永磁電機(jī)的設(shè)計必須考慮機(jī)械系統(tǒng)振動等因素的影響，由于電樞開槽產(chǎn)生的齒槽效應(yīng)，永磁體與齒槽存在隨動子位置變化的吸引力，由此產(chǎn)生的永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力是影響永磁電機(jī)性能的關(guān)鍵因素，在低速時的影響尤為顯著。斜槽或斜極結(jié)構(gòu)是一種被廣泛采用的減小齒槽方法，通過將定子疊片或動子磁體傾斜一定角度，理想情況下，齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力會在傾斜定子槽間距整數(shù)倍時消失，該方案的缺點(diǎn)在于會使永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)/推力常數(shù)下降。另外，使用輔助齒槽來增加齒槽頻率，可以有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值；磁極形狀、電樞齒的形狀、極弧系數(shù)的合理選擇，也可以有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值；不對稱磁極布置、極數(shù)和槽數(shù)配合、不同槽口寬度組合及不等極弧系數(shù)組合等方法均可以一定程度削弱齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值。

實用新型內(nèi)容本實用新型對永磁電機(jī)的永磁體的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行改進(jìn)，從而減小永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力，即減小了齒槽效應(yīng)。一種減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，包括用于產(chǎn)生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構(gòu)成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體。作為優(yōu)化選擇，所述的永磁體采用曲面永磁體或進(jìn)行倒角處理的永磁體。例如一對磁極中，每個磁極均有兩塊小塊永磁體，則這四塊永磁體的磁極排列為
N/N/S/S。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，所述的永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外圓周面或定子的內(nèi)園周面，每個磁極中的多塊永磁體繞圓周向依次布置。如果是直線電機(jī)，則永磁體設(shè)置在動子或定子上，每個磁極中的多塊永磁體沿動子和定子之間相對運(yùn)動的方向依次布置。本實用新型減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)設(shè)計方法，包括通過調(diào)整永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用有限元計算方法反復(fù)計算得到永磁電機(jī)齒槽效應(yīng)
3最小時所對應(yīng)的永磁電機(jī)的永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述的永磁電機(jī)參數(shù)主要有η每個磁極中磁極同向布置的永磁體的塊數(shù)，且η ^ 2 ；永磁電機(jī)中包括用于產(chǎn)生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構(gòu)成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體；W1每塊永磁體的寬度；W2相鄰的兩塊永磁體之間的距離。得到永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)后，其余過程可利用現(xiàn)有技術(shù)按要求制成整機(jī)。本實用新型主要是確定了永磁體的尺寸和布置方式，作為優(yōu)化選擇，所述永磁電機(jī)設(shè)計時，如果是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述的永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外圓周面或定子的內(nèi)園周面；如果是直線電機(jī)，則永磁體設(shè)置在動子或定子上。作為優(yōu)化選擇，所述的永磁體可采用具有圓弧形頂面的永磁體，所述的永磁電機(jī)參數(shù)還包括γ圓弧形頂面的弧邊所對應(yīng)的圓心角；R圓弧形頂面的弧邊所對應(yīng)的曲率半徑；dh圓弧形頂面的弧邊的高度。h永磁體的高度。作為優(yōu)化選擇，所述的永磁體可采用倒角處理的永磁體，所述的永磁電機(jī)參數(shù)還包括α倒角的傾角；dh倒角的高度。h永磁體的高度。本實用新型永磁電機(jī)，具有以下特點(diǎn)通過調(diào)整永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用有限元計算方法反復(fù)計算得到永磁電機(jī)齒槽效應(yīng)最小時所對應(yīng)的永磁電機(jī)的永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述的永磁電機(jī)參數(shù)為η每個磁極中磁極同向布置的永磁體的塊數(shù)，且η ^ 2 ；永磁電機(jī)中包括用于產(chǎn)生磁場的永磁體，所述的磁場由交替布置的磁極對構(gòu)成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體；W1每塊永磁體的寬度；W2相鄰的兩塊永磁體之間的距離；其中主要是確定了永磁體的尺寸和布置方式。作為優(yōu)化選擇，所述永磁電機(jī)，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，所述的永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外圓周面或定子的內(nèi)園周面，每個磁極中的多塊永磁體繞圓周向依次布置。如果是直線電機(jī)，則永磁體設(shè)置在動子或定子上，每個磁極中的多塊永磁體沿動子和定子之間相對運(yùn)動的方向依次布置。作為優(yōu)化選擇，所述的永磁體可采用圓弧形頂面永磁體，所述的永磁電機(jī)參數(shù)還包括γ圓弧形頂面的弧邊所對應(yīng)的圓心角；[0039]R圓弧形頂面的弧邊所對應(yīng)的曲率半徑；dh圓弧形頂面的弧邊的高度。h永磁體的高度。作為優(yōu)化，所述的永磁體可采用倒角處理的永磁體，所述的永磁電機(jī)參數(shù)還包括α倒角的傾角；dh倒角的高度。h永磁體的高度。而永磁電機(jī)的其他參數(shù)均可以利用現(xiàn)有技術(shù)或根據(jù)實際要求來確定。在本實用新型中采取將單塊表面式安裝的永磁體沿電機(jī)運(yùn)動方向分為若干塊相同極性小塊永磁體，小塊永磁體采用圓弧頂面的永磁體或進(jìn)行倒角處理的永磁體，小塊永磁體的形狀、尺寸及相互的間距可以根據(jù)電磁場有限元計算等數(shù)值計算方法優(yōu)化計算確定，以獲得最小的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力。本實用新型永磁電機(jī)可以降低單齒受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值、減少復(fù)雜的諧波成分，從而可以有效減小表面式永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力。本實用新型永磁體結(jié)構(gòu)方式適用于各種表面式永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)、永磁直線電機(jī)，尤其適用于無中間機(jī)械傳動裝置的低速大扭矩/推力永磁電機(jī)。


置曲線圖
圖1是現(xiàn)有技術(shù)永磁體排列和結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)另一種永磁體排列和結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型永磁體排列和結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3中永磁體倒角處理后的排列和結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本實用新型另一種永磁體排列和結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是圖5中永磁體倒角處理后的排列和結(jié)構(gòu)示意圖7是現(xiàn)有技術(shù)中單塊永磁體下單齒所受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力-動子位置曲線
圖8(a)是采用圓弧頂面小塊永磁體時的優(yōu)化參數(shù)圖8(b)是采用倒角處理的小塊永磁體時的優(yōu)化參數(shù)圖9是本實用新型分塊永磁體下單齒所受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力-動子位置曲線
圖10是本實用新型分塊永磁體下電機(jī)所受到的合成齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力-動子位
具體實施方式參見圖3 6，本實用新型選擇適當(dāng)?shù)那嬗来朋w，或適當(dāng)?shù)菇翘幚淼挠来朋w，將每個磁極的單塊永磁體沿旋轉(zhuǎn)電機(jī)的周向或直線電機(jī)的移動方向分成幾個永磁體小塊，小塊永磁體按照一定的間距布置在定子或動子表面，可以降低單齒齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值、 減少復(fù)雜的諧波成分，可以有效減小表面式永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力并降低成本。[0061]利用電磁場的解析或數(shù)值計算方法，以永磁電機(jī)所受齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力最小為目標(biāo)，將每個磁極的單塊永磁體沿旋轉(zhuǎn)電機(jī)的周向或直線電機(jī)的移動方向優(yōu)化分成適當(dāng)形狀、大小、間隔的幾塊小塊永磁體，分割后的永磁體塊形狀為曲面永磁體或倒角處理的永磁體。下面以直線電機(jī)為例來進(jìn)行說明，永磁體排列在動子上，即朝向定子的一面。對比圖7和圖9可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中單塊永磁體下單齒受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力含有復(fù)雜的諧波成分，因此所有齒的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力疊加后的合成齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力因諧波的影響難以相互抵消，存在較大的峰值。參見圖8(a)，圖中γ為永磁體具有的圓弧形頂面所對應(yīng)的圓心角；R為永磁體具有的圓弧形頂面所對應(yīng)的曲率半徑；h為永磁體具有的圓弧形頂面的高度；W1為永磁體寬度；W2為相鄰的兩塊永磁體之間的距離。以采用圓弧面永磁體為例，通過有限元數(shù)值計算等方法優(yōu)化選擇適合的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖9為利用圖8 (a)中的永磁體結(jié)構(gòu)制成的直線永磁電機(jī)，其中永磁體排列在動子上，圖9中縱坐標(biāo)頂部的θ值為動子位置。本實用新型旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)可以降低單齒齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值、減少復(fù)雜的諧波成分，可以有效減小表面式永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力并降低成本。單齒受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力可以獲得近似單一頻率的諧波成分。參見圖 10，所有齒的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力疊加后可以近似抵消。
權(quán)利要求1.一種減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，包括用于產(chǎn)生磁場的永磁體，其特征在于，所述的磁場由交替布置的磁極對構(gòu)成，其中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體。
2.如權(quán)利要求1所述的減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，其特征在于，所述的永磁體采用圓弧頂面永磁體或進(jìn)行倒角處理的永磁體。
3.如權(quán)利要求2所述的減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，其特征在于，所述的永磁電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述的永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外圓周面或定子的內(nèi)園周面，每個磁極中的多塊永磁體繞圓周向依次布置。
4.如權(quán)利要求2所述的減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，其特征在于，所述的永磁電機(jī)為直線電機(jī)，所述的永磁體設(shè)置在動子或定子上，每個磁極中的多塊永磁體沿動子和定子之間相對運(yùn)動的方向依次布置。
專利摘要本實用新型公開了一種減小齒槽效應(yīng)的永磁電機(jī)，永磁電機(jī)中每個磁極至少包括兩塊磁極方向相同的永磁體，利用有限元計算方法得到永磁電機(jī)齒槽效應(yīng)最小時所對應(yīng)的圓弧頂面或倒角處理的永磁體參數(shù)，所述的永磁體參數(shù)主要有每個磁極中磁極同向布置的永磁體的塊數(shù)n，且n≥2；每塊永磁體的寬度；相鄰的兩塊永磁體之間的距離。本實用新型永磁電機(jī)可以降低單齒受到的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力峰值、減少復(fù)雜的諧波成分，從而可以有效減小表面式永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩/齒槽力。
文檔編號H02K1/08GK201956759SQ201020690018
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張玲莉, 曾理湛, 李健, 陳學(xué)東, 陳霈 申請人:華中科技大學(xué), 天津藍(lán)馬工業(yè)工程技術(shù)有限公司, 張玲莉