專利名稱：永磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種永磁同步電機(jī)。

背景技術(shù)：
目前在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、國防等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的永磁電機(jī)種類主要有永磁同步發(fā)電機(jī)、永磁直流電機(jī)、異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)以及其它具有特殊用途的永磁特種電機(jī)。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于能在相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的控制方式下不斷的快速啟動(dòng)、定位、調(diào)速運(yùn)行以及快速跟蹤特性，并且通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以減小由定子電流與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩和由定子鐵心與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，這樣可以使電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)仍舊有較低的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)以及較高的定位精度，因而在工控伺服領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)可分為兩類矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)(又稱無刷直流電動(dòng)機(jī)，Burshless DC Motor，簡稱BDCM)，正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)(PermanentMagnet Synchronous Motor簡稱PMSM)。在電機(jī)結(jié)構(gòu)上，前者的定子繞組通常為60度相帶的集中整距繞組，而后者的定子繞組和普通的Y系列異步電動(dòng)機(jī)沒有什么區(qū)別可采用分布繞組，并且可以整矩或短距。兩者轉(zhuǎn)子表面安裝永磁體或者內(nèi)嵌永磁體。與異步電動(dòng)機(jī)相比，由于永磁體的存在，可以省去或減少定子電流中的勵(lì)磁分量，因此定子銅耗減小；同時(shí)由于其轉(zhuǎn)子側(cè)上也沒有鼠籠感應(yīng)電機(jī)所特有的鋁導(dǎo)條，也沒有轉(zhuǎn)子銅耗，因而可以使效率得以提高，同時(shí)減小電機(jī)本身的發(fā)熱，這對(duì)于高精度的伺服系統(tǒng)是很重要的；另外，調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)比普通的異步電動(dòng)機(jī)有更大的功率密度、調(diào)速范圍以及轉(zhuǎn)矩/電流比，這在追求電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，寬調(diào)速范圍的伺服應(yīng)用領(lǐng)域是很重要的一點(diǎn)。
使可調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)作為數(shù)控伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)其除了具備上述的優(yōu)點(diǎn)外，還必須要求其轉(zhuǎn)速脈動(dòng)盡量小，也就是要求電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡可能的小?？烧{(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩主要是指齒槽轉(zhuǎn)矩和紋波轉(zhuǎn)矩。BDCM和PMSM的齒槽轉(zhuǎn)矩在特征上沒有什么不同，都是因?yàn)槎ㄗ育X槽的存在而產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其性質(zhì)同屬于磁阻轉(zhuǎn)矩，是永磁體與定子鐵心作用的結(jié)果，它與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而變化，是電動(dòng)機(jī)空間的函數(shù)。兩者削弱和消除齒槽轉(zhuǎn)矩的措施基本相同。例如，定子斜槽或者轉(zhuǎn)子斜極，或者選擇適當(dāng)?shù)臉O弧系數(shù)等等。目的都是想從轉(zhuǎn)子看上去的磁阻即使在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)也始終保持恒定。一般情況下，將定子槽或者永磁體斜一個(gè)齒距，可以使齒槽轉(zhuǎn)矩減小到額定值的2％以下。因此，BDCM和PMSM相比，兩者的齒槽轉(zhuǎn)矩并沒有明顯的什么不同。
紋波轉(zhuǎn)矩與齒槽無關(guān)，因?yàn)閮烧弋a(chǎn)生的原因不同。紋波轉(zhuǎn)矩是定子電流與永磁體勵(lì)磁磁場相互作用的結(jié)果。無論是BDCM，還是PMSM，當(dāng)定子電流偏離理想波形都會(huì)產(chǎn)生紋波轉(zhuǎn)矩。通過電流控制，能夠使饋入PMSM的電流為正弦波，但是不能使饋入BDCM的電流為矩形波，因?yàn)锽DCM的電感使定子相電流不能發(fā)生突變，所以實(shí)際電流波形為梯形波。這種電流波形的偏離使BDCM的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)較大的換相紋波，而在PMSM這種紋波較小。在高速區(qū)，這種紋波轉(zhuǎn)矩有可能被轉(zhuǎn)子慣量過濾掉。但是在低速區(qū)，它們會(huì)影響伺服系統(tǒng)的性能。因此，對(duì)于性能要求不是很高的速度伺服和位置伺服系統(tǒng)來說，可以選用BDCM，但是對(duì)于高性能的速度伺服和位置伺服系統(tǒng)來說，應(yīng)該優(yōu)先考慮PMSM。于此同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)、微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及70年代德國學(xué)者Blaschke和Hases提出的關(guān)于交流電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行矢量控制的思想在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中的推廣，使正PMSM具備了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還有了更好的動(dòng)態(tài)特性和跟蹤特性。所有這些致使PMSM在高精度的伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
據(jù)不同的磁路結(jié)構(gòu)，通過合理的設(shè)計(jì)使永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場盡量接近正弦分布，從而能在定子相繞組中感應(yīng)更接近正弦波分布的感應(yīng)電動(dòng)勢。轉(zhuǎn)子磁路的不對(duì)稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩也有利于提高電動(dòng)機(jī)的過載能力和功率密度，而且易于“弱磁”擴(kuò)速。對(duì)于PMSM而言，為了減小諧波轉(zhuǎn)矩，要求其空載感應(yīng)電動(dòng)勢和輸入電流盡可能為正弦波。為了使輸入電流接近正弦波，逆變器側(cè)可以通過采用各種先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)來得以實(shí)現(xiàn)。但要求得到正弦的空載感應(yīng)電動(dòng)勢，則必須從電機(jī)的本體出發(fā)。
中國專利ZL200380104515.6提供了一種無刷DC馬達(dá)，包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵，該轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面附近且在圓周方向的長度比永磁鐵的厚度長的非磁性部的磁通屏障，并且在磁極間具有棱，其特征在于，該磁通屏障與轉(zhuǎn)子表面之間形成有橋部；在將希望降低振動(dòng)的頻率設(shè)為f，磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn，電角頻率設(shè)為f0＝Pn×N，馬達(dá)轉(zhuǎn)速設(shè)為N，m為正奇數(shù)，棱相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度設(shè)為θr時(shí)，將磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0，設(shè)定為滿足θ0＝180×m/(Pn×f/f0)的關(guān)系，其中2θ0—θr<90°。但其比較適合無刷DC馬達(dá)，并不太適合永磁同步電機(jī)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種永磁同步電機(jī)，通過合理的設(shè)計(jì)使永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場盡量接近正弦分布，從而能在定子相繞組中感應(yīng)更接近正弦波分布的感應(yīng)電動(dòng)勢，以提高電機(jī)的性能。
本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)永磁鐵，所述轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面且在圓周方向的長度比永磁鐵的厚度長的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁極側(cè)形成棱邊，兩相鄰的棱邊在磁極間形成棱，磁通屏障與轉(zhuǎn)子表面之間形成有橋部，其特征在于所述兩相鄰棱邊的延長線相交于所述棱中心和轉(zhuǎn)子圓心的連線上。
本實(shí)用新型中，所述兩棱邊的延長線既可相交于轉(zhuǎn)子外部，也可以相交于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，并處于所述棱中心和轉(zhuǎn)子圓心的連線上。
轉(zhuǎn)子外圓與定子內(nèi)圓之間采用不均勻氣隙，其中每個(gè)磁極分界處的氣隙大小為磁極軸線處氣隙大小的兩倍，以使永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密為正弦波。
本實(shí)用新型的永磁同步電機(jī)通過合理設(shè)計(jì)永磁轉(zhuǎn)子的槽型及轉(zhuǎn)子外圓結(jié)構(gòu)，來使氣隙磁場盡量接近于正弦，從而減少了諧波轉(zhuǎn)矩，提高了效率及功率因數(shù)。同時(shí)因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)磁路不對(duì)稱，通過合理的弱磁控制，也能提高電機(jī)的過載能力及功率密度。

圖1為本實(shí)用新型永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱截面示意圖。
圖2為圖1所示永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
實(shí)施例1 參見圖1，本實(shí)用新型的永磁同步電機(jī)包括定子1，定子1上形成有多個(gè)齒11，轉(zhuǎn)子2內(nèi)容納有多個(gè)永磁體21，轉(zhuǎn)子2上具有連接于各永磁鐵21的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子2的表面且在圓周方向的長度比永磁鐵21的厚度長的非磁性部的磁通屏障22，磁通屏障在磁極側(cè)形成棱邊23，兩相鄰的棱邊23在磁極間形成棱24，磁通屏障23與轉(zhuǎn)子2表面之間形成有橋部25，上述結(jié)構(gòu)均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再累述。
參見圖2，轉(zhuǎn)子圓心O和棱24中心形成連線OA，相連兩棱邊的延長線交于OA連線上的B點(diǎn)，B點(diǎn)處于轉(zhuǎn)子外部。轉(zhuǎn)子外圓26與定子內(nèi)圓27之間采用不均勻氣隙，其中每個(gè)磁極分界處的氣隙28比磁極軸線處氣隙29大，通過對(duì)采用不同氣隙結(jié)構(gòu)的氣隙磁密進(jìn)行傅立葉分析，當(dāng)磁極分界處的氣隙28為磁極軸線處氣隙29兩倍時(shí)，氣隙磁密最接近于正弦波，進(jìn)而滿足正弦波驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)對(duì)氣隙磁場的要求。
實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于相連兩棱邊的延長線交于OA連線上的C點(diǎn)，且C點(diǎn)處于轉(zhuǎn)子內(nèi)部。
以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)永磁鐵，所述轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面且在圓周方向的長度比永磁鐵的厚度長的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁極側(cè)形成棱邊，兩相鄰的棱邊在磁極間形成棱，磁通屏障與轉(zhuǎn)子表面之間形成有橋部，其特征在于所述兩相鄰棱邊的延長線相交于所述棱中心和轉(zhuǎn)子圓心的連線上。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)，其特征在于所述兩棱邊的延長線相交于轉(zhuǎn)子外部。
3.如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)，其特征在于所述兩棱邊的延長線相交于轉(zhuǎn)子內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子外圓與定子內(nèi)圓之間的氣隙為不均勻氣隙。
5.如權(quán)利要求4所述的永磁同步電機(jī)，其特征在于每個(gè)磁極分界處的氣隙大小為磁極軸線處氣隙大小的兩倍。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種永磁同步電機(jī)，以使定子相繞組中感應(yīng)更接近正弦波分布的感應(yīng)電動(dòng)勢。該永磁同步電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)永磁鐵，所述轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面且在圓周方向的長度比永磁鐵的厚度長的非磁性部的磁通屏障，所述磁通屏障在磁極側(cè)形成棱邊，兩相鄰的棱邊在磁極間形成棱，磁通屏障與轉(zhuǎn)子表面之間形成有橋部，其特征在于所述兩相鄰棱邊的延長線相交于所述棱中心和轉(zhuǎn)子圓心的連線上。本實(shí)用新型機(jī)通過合理設(shè)計(jì)永磁轉(zhuǎn)子的槽型及轉(zhuǎn)子外圓結(jié)構(gòu)，從而減少了諧波轉(zhuǎn)矩，提高了效率及功率因數(shù)。同時(shí)因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)磁路不對(duì)稱，通過合理的弱磁控制，也能提高電機(jī)的過載能力及功率密度。
文檔編號(hào)H02K1/27GK201204529SQ20082016370
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者馮雪晴, 劉立軍 申請人:無錫東元電機(jī)有限公司