[发明专利]磁环结构、轴及使用其的永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机，更具体涉及一种优化形状的磁环结构、轴以及使用其的永磁同步电机。

背景技术

为了产生高强度的气隙磁场，永磁同步电机目前普遍使用性能优异的稀土永磁材料。对于小功率、小体积的永磁同步电机，励磁永磁体普遍采用多极环形永磁体，即磁环。图1展示的是一种最常见的5对极的径向充磁磁环，其特征实内外表面均为圆形，且为同心圆，圆环厚度均匀一致。转子上不存在铁芯，磁环直接套在转子轴上。转子轴为圆柱形。对应的电机气隙磁通密度波形如图2所示。显而易见，气隙磁通密度波形正弦性较差，波形畸变严重，含有较为丰富的高次谐波。高次谐波不仅增加铁心损耗，而且引起电机的震动、噪声。此外，也降低电机的控制精度。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于产生较为正弦的气隙磁通密度波形。本发明涉及一种永磁同步电机，本发明更具体涉及一种优化形状的磁环和转子轴。该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧，转子轴被设计成内凹圆弧状，采用过盈配合的方式将磁环直接热套在转子轴上。该磁环和转子轴的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

本发明的第一方面提供了一种磁环结构，包括稀土永磁材料和磁极，磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，其特征在于：所述磁环结构的外表面形状设置为圆形，下表面形状设置为圆弧；每个磁极占有的空间机械角度：

θ=360°/P，其中P为所述磁环结构所用于的永磁同步电机的磁极数。

优选的，所述磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，其中θ₁和θ₂满足关系：θ₁=(0.70～0.90)θ，θ₂=θ-θ₁。

优选的，当所述磁环结构用于磁极数为10、定子槽数为12的永磁同步电机时，所述θ₁=29°、θ₂=7°。

优选的，所述磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.5～0.75)h_max。

优选的，最大值和最小值之间关系为：h_Min=0.6h_max。

优选的，基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径。

优选的，所述磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

本发明的第二方面，提供了一种用于永磁同步电机的转子轴，设计为多段内凹圆弧状，用以配合所述永磁同步电机的磁环结构，其特征在于：转子轴和磁环采用过盈配合。

优选的，所述转子轴和磁环的过盈量为0～0.03mm。

本发明的第三方面，提供了一种永磁同步电机，包括：电机绕组、转子和电机定子铁芯，其特征在于，该转子包括上述磁环结构和与磁环结构过盈配合的轴。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁环的外表面形状为圆形，下表面形状为圆弧，转子轴被设计成多段内凹圆弧状，采用过盈配合的方式将磁环直接热套在转子轴上。该磁环和转子轴的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

附图说明

图1是---现有技术中参考例的磁环结构示意图。

图2是---现有技术中参考例电机的气隙磁通密度波形图。

图3是---现有技术中参考例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图4是---本发明的实施例磁环2-D示意图。

图5是---本发明的实施例磁环3-D结构示意图。

图6是---本发明磁环的磁极平行充磁示意图。

图7是---本发明磁环的磁极径向充磁示意图。

图8是---本发明实施例电机的气隙磁通密度波形图。

图9是---本发明实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图10是---本发明实施例永磁同步电机示意剖面图。

附图标记说明：