本实用新型专利技术提出了一种优化形状的磁环结构、轴和永磁同步电机。该磁环结构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。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提出了一种优化形状的磁环结构、轴和永磁同步电机。该磁环结构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。【专利说明】
本技术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。 磁环结构、轴及使用其的永磁同步电机
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术涉及一种永磁同步电机，本技术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。 本技术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，磁极非充磁部分的机械角度为θ2， 其中 Θ i 和 Θ 2 满足关系：Θ ^(0. 70 ?(λ 90) θ，θ 2= θ - Θ lt) 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 θ 1=29°、Θ 2=7°。 优选的，所述磁极厚度最大值为hMax，最小值为hMin，则最大值和最小值之间关系 为：hmn _(〇· 5 ?〇· 75)hmax。 优选的,最大值和最小值之间关系为：hMin=0. 6h_。 优选的，基于Θ p hMax和hMin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。 本技术的第二方面，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。 本技术的第三方面，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。 本技术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。 【专利附图】【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是一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 本技术的实施例磁环2_D不意图。 图5是本技术的实施例磁环3-D结构示意图。 图6是一本技术磁环的磁极平行充磁示意图。 图7是一本技术磁环的磁极径向充磁示意图。 图8是本技术实施例电机的气隙磁通密度波形图。 图9是本技术实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。 图10是本技术实施例永磁同步电机示意剖面图。 附图标记说明： 1-常规磁环；2-常规磁环N极；3-常规磁环S极；4-磁环；401-磁环磁极N极； 402-磁环磁极S极；5-转子；6-永磁同步电机；7-永磁同步电机绕组；8-永磁同步电机定 子铁芯。 【具体实施方式】 为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具 体说明根据本技术实施方式的永磁同步电机，本技术的实施方式不限于以下示例 的实施方式。 根据本技术实施方式，磁环采用稀土永磁材料4,磁环的外表面形状为圆形， 下表面形状为圆弧。 将永磁同步电机的磁极数设为P，参考例和实施例均为磁极数P=10。每极占有的 空间机械角度： .360 360 丫 P 10 设本技术磁环磁极充磁部分的机械角度为Θ i，磁极非充磁部分的机械角度 为Θ 2，如图4所示。一般情况下Θ ^(0. 70?0· 90) θ，θ 2= θ - Θ i。针对p=l〇、Z=12永磁 同步电机，优选的，^=29°、θ2=7°。 设本技术的磁环磁极厚度最大值为hMax，最小值为hMin，如图6所示。 hMin=(0. 5 ?0· 75)hmax，实施例中，优选的 hMin=0. 6hmax。 根据Θ p hMax和hMin这三个限制条件，可以确定磁环磁极内圆弧半径，圆弧的弧度 角即为θ 1?5 本技术磁环的磁极的充磁方式主要有两种，平行充磁和径向充磁，如图6和 图7所示。优选的，平行充磁。 转子轴的形状如图6所示，转子轴设计成多段内凹圆弧状，用以配合磁环，两者采 用过盈配合，过盈量一般为0?0. 03mm。 本技术实施例的永磁同步电机如图10所示。主要部分包括：磁环4、电机绕 组7、电机定子铁芯8。 采用热套的工艺，将磁环4直接安装在转子轴5上。 实施例中永磁同步电机磁极数P=10、定子槽数Z=12,对于适当变更磁极数Μ和定 子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本技术的范围之内。 以上，对本技术的实施方式进行了简要说明，但如果是所谓的本领域的技术 人员，在不脱离本技术重要内容的范围内，可以对本技术的上述实施方式进行适 当变更，而且也可以适当组合利用基于上述实施方式和变更例的方法。换句话说，即使是这 样的加以变更等的技术也包含在本技术的范围内。【权利要求】1. 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。2. 如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于： 所述磁极充磁部分的机械角度为，磁极非充磁部分的机械角度为θ2，其中01和 Θ 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任武，许强，刘缵阁，
申请(专利权)人：湖北立锐机电有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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