[实用新型]一种可产生正弦磁通的永磁电机磁极排列结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体涉及一种可产生正弦磁通的永磁电机磁极排列结构，适用于电气工程的电机领域尤其涉及永磁电机电磁设计。

背景技术

目前，大部分永磁电机所采用的转子结构所产生的转子磁场波形呈方波形式，其中含有大量的高次谐波。磁场的高次谐波会对永磁电机性能产生不良影响，主要包括：(1)在电机铁芯中产生高频铁损，降低电机效率；(2)使电机的反电势谐波含量增高，影响电机控制精度；(3)使电机电磁转矩产生较大波动；(4)高次谐波分散磁极磁场能量，削弱基波能量，降低磁钢利用率。因此，提高转子磁场的正弦度对提高永磁电机性能具有重要意义。

在电机转子结构设计中，有文献提出对磁极进行优化设计的方法来改善转子磁场波形。主要包括两种转子类型的永磁电机的转子结构优化：

(1)内嵌式永磁电机

对于磁钢内嵌式永磁电机，为提高转子磁场正弦度，主要采用的方法包括调整内嵌式磁钢的磁极夹角，个数，磁极层数以及改变转子硅钢片外形等方法。此类方法仅能对特定尺寸的电机进行设计，若电机尺寸参数改变，所对应的优化变量也要相应改变，因此不具有通用性，会提高电机设计的开发成本。在电机运行的同时，由于转子硅钢片可能产生的饱和效应，气隙磁场会产生畸变，不能够达到设计时所确定的正弦度。与此同时，对于内嵌式永磁电机的磁场优化会增加电机结构的复杂性，造成电机加工难度的增加，提高电机加工成本。

(2)表贴式永磁电机

对于表贴式永磁电机，为提高转子磁场正弦度，目前主要采用的方法包括采用Halbach磁极阵列或采用类似于PWM波形的分段式磁极阵列。其中，Halbach型磁钢充磁难度大，成品率低，且需要的磁钢体量较大，会造成电机成本的提高。对于PWM波形分段的磁极排列方法，磁场优化变量较多，优化难度较大，且优化参数随电机尺寸改变，同样不具有通用性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，使各相绕组中所交链的永磁体磁通量呈正弦形式变化，提高电机的反电势波形正弦度，提高电磁转矩的平稳度。本实用新型通过对表贴式磁钢的外形进行特定约束，提出一种可在电机电枢绕组中产生正弦磁通的新型表贴式永磁电机的磁极排列结构。

本实用新型的可产生正弦磁通的永磁电机磁极排列结构包括导磁背板和多个单体磁极，其特征在于：所述单体磁极均呈有一定厚度的片状结构，各自具有顶面、底面和四个侧边部，顶面和底面大体呈四边形，四个侧边部分别与顶面和底面垂直，第一侧边部与第三侧边部相对设置且相互平行，均呈具有相同尺寸的平面状，

多个单体磁极沿导磁背板的长度方向依次连续同向平放固定在导磁背板上，多个单体磁极的第一侧边部与第三侧边部均平行于导磁背板的长度方向，

每个单体磁极在与导磁背板的长度方向垂直的宽度方向上的长度呈前半周期的正弦规律变化，相邻的两个单体磁极的内部磁场方向相反，所述多个单体磁极的内部磁场方向与导磁背板垂直。

进一步，单体磁极的第二侧边部与第四侧边部相对设置，均呈向外侧凸出的曲面，各侧边部的交界线均垂直于顶面和底面。

进一步，在所述单体磁极中，由第一侧边部和第二侧边部之间的交界线与第三侧边部和第四侧边部之间的交界线限定的平面垂直于第一侧边部和第三侧边部。

本实用新型还提供一种可产生正弦磁通的永磁电机磁极排列结构，包括导磁背板和多个磁极，每个磁极具有多个单体磁极的组合形状，

每个单体磁极呈有一定厚度的片状结构，各自具有顶面、底面和四个侧边部，顶面和底面大体呈四边形，四个侧边部分别与顶面和底面垂直，第一侧边部与第三侧边部相对设置且相互平行，均呈具有相同尺寸的平面状，

在与导磁背板的长度方向垂直的宽度方向上，依次并排接合相邻两个单体磁极的各自一个平面状侧边部，构成磁极的组合形状，

多个磁极沿导磁背板的长度方向依次连续同向平放固定在导磁背板上，磁极具有的平面侧边部平行于导磁背板的长度方向，

多个磁极在与导磁背板的长度方向垂直的宽度方向上的长度呈前半周期的正弦规律变化，相邻的磁极之间的内部磁场方向相反，所述多个磁极的内部磁场方向与导磁背板垂直。

进一步，单体磁极的第二侧边部与第四侧边部相对设置，均呈向外侧凸出的曲面，各侧边部的交界线均垂直于顶面和底面。

进一步，在所述单体磁极中，由第一侧边部和第二侧边部之间的交界线与第三侧边部和第四侧边部之间的交界线限定的平面垂直于第一侧边部和第三侧边部。

进一步，每个磁极为具有两个或四个单体磁极的组合形状。