CN108347113A - 一种双层组合磁极的永磁无刷电机 - Google Patents

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何强
王磊
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Abstract

本发明公开了一种双层组合磁极的永磁无刷电机，包括定子和转子，转子包括转子铁芯和转子磁极，转子磁极由上下两层构成，每极上层包括一段平行磁化的永磁，每极下层包括两段平行磁化的永磁和位于两段永磁之间的一段凸铁；所述每极下层两段永磁的磁化角θ都为锐角，且N极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角；N极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角。本发明不仅降低了成本，而且减小了转矩脉动。

Description

一种双层组合磁极的永磁无刷电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种双层组合磁极的永磁无刷电机。
背景技术
永磁电机具有效率高、体积小以及高功率密度等优点，在航空航天、国防、交通运输、工农业生产和公共生活等领域应用十分广泛。根据永磁所处转子中的位置不同，可分为表贴式和内置式永磁电机。双层组合永磁电机属于表贴式永磁电机。
中国专利CN201510968871.7公开了一种组合磁极式表贴永磁同步电机。所述电机的转子每极是由稀土永磁磁极和两个铁氧体永磁磁极组成，磁化方向均为径向充磁，充磁方向相同，使得气隙磁密基波幅值增大，并且降低了成本。
发明内容
本发明目的就是为了减小传统磁极永磁电机存在的转矩脉动太大的缺陷，从而减小了电磁转矩的脉动，因此，提供了一种双层组合磁极的永磁无刷电机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种双层组合磁极的永磁无刷电机，包括定子和转子，其特征在于：所述转子包括转子铁芯和转子磁极，所述转子磁极由上下两层构成，每极上层包括一段平行磁化的永磁，每极下层包括两段平行磁化的永磁和位于两段永磁之间的一段凸铁，且所述两段永磁与凸铁厚度相等；所述每极下层两段永磁的磁化角θ都为锐角，且N极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角；N极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角。
与相同结构参数的、采用平行磁化的传统永磁电机相比，本发明的有益效果在于：本发明的双层组合磁极的永磁无刷电机，有部分转子铁芯代替了永磁，从而降低了成本，减小了转矩脉动，因此可提高该类电机的转矩密度和功率密度，同样适用于外转子电机。
附图说明
图1为传统磁极永磁电机的结构示意图。
图2为双层组合磁极永磁电机的结构示意图。
图3为双层组合磁极的结构示意图。
图4为双层组合磁极的无槽永磁电机与传统磁极的无槽永磁电机气隙磁密波形的对比图。
图5为双层组合磁极的有槽永磁电机与传统磁极的有槽永磁电机气隙磁密波形的对比图。
图6为双层组合磁极的永磁电机与传统磁极的永磁电机空载感应电动势波形的对比图。
图7为双层组合磁极的永磁电机与传统磁极的永磁电机电磁转矩波形的对比图。
具体实施方式
图1为传统磁极永磁电机的结构示意图。图2为双层组合磁极永磁电机的结构示意图。一种双层组合磁极的永磁无刷电机，包括定子和转子，图1和图2定子完全相同，包括定子铁芯1和定子绕组，不同的是转子部分；转子包括转子铁芯和转子磁极，图3为转子铁芯2半径为无穷大时，双层组合磁极的结构示意图，N极上层永磁3和S极上层永磁4都采用平行充磁。N极下层左侧永磁5为平行充磁，磁化角θ为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角，转子凸铁6位于永磁5、7之间，且永磁5、7与凸铁6厚度相等，N极下层右侧永磁7为平行充磁，磁化角θ为磁化方向与该永磁几何中心逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层左侧永磁8为平行充磁，磁化角为磁化方向与该永磁几何中心逆时针圆周切向方向的夹角，转子凸铁9位于永磁之间，且永磁8、10与凸铁9厚度相等，S极下层右侧永磁10为平行充磁，磁化角θ为磁化方向与该永磁几何中心顺时针圆周切向方向的夹角。
接下来通过实例电机进行对比。该电机额定功率为750W，额定转速为1900r/min。该实例电机的主要结构参数为：6槽4极，轴长为30mm，定子外径为110mm，定子内径为60mm，转子外径为59mm，永磁体采用的是钕铁硼N30，剩磁为1.1T，永磁厚度为3.6mm，且该定子为平行齿，每相绕组串联匝数为110。定子铁芯和转子铁芯均采用50W470硅钢片。实例电机下层磁极的永磁和铁的比例为5:1，磁化角为45度。因此，与相同结构参数的、采用平行磁化的传统磁极永磁电机进行对比。图4为双层组合磁极的无槽永磁电机与传统磁极的无槽永磁电机气隙磁密波形的对比图。图5为双层组合磁极的有槽永磁电机与传统磁极的有槽永磁电机气隙磁密波形的对比图。图6为双层组合磁极的永磁电机与传统磁极的永磁电机空载感应电动势波形的对比图。图7为双层组合磁极的永磁电机与传统磁极的永磁电机电磁转矩波形的对比图。经过有限元计算得到，传统磁极永磁电机的平均电磁转矩为3.781m，转矩脉动为0.91Nm，双层组合磁极永磁电机的平均电磁转矩为3.786Nm，转矩脉动为0.54Nm。从而可以看出，双层组合磁极永磁电机的电机转矩与传统磁极永磁电机的平均电磁转矩基本相等，但降低了转矩脉动，降低了电机的振动和噪声，提高了电机的性能，而且有部分转子铁芯代替了永磁，从而降低了成本。

Claims (2)

1.一种双层组合磁极的永磁无刷电机，包括定子和转子，其特征在于：所述转子包括转子铁芯和转子磁极，所述转子磁极由上下两层构成，每极上层包括一段平行磁化的永磁，每极下层包括两段平行磁化的永磁和位于两段永磁之间的一段凸铁，且所述两段永磁与凸铁厚度相等；所述每极下层两段永磁的磁化角θ都为锐角，且N极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角；N极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层左侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处逆时针圆周切向方向的夹角；S极下层右侧永磁的磁化角为磁化方向与该永磁几何中心处顺时针圆周切向方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的双层组合磁极的永磁无刷电机，其特征在于，所述永磁阵列的凸铁和转子铁芯为一个整体。
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