電機、其電磁設計結構及其磁鋼的加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電機，特別是永磁同步電機。本發明還涉及電機的電磁設計結構，特別 是電機的磁極在電機轉子內的布置結構。此外，本發明涉及電機的磁鋼的加工方法。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機（PMSM)由于高功率密度、寬調速范圍和良好的轉矩轉速特性而成 為電動力系應用中最佳的電機選擇。為了保持高速，通常將電機的一個磁極分成兩塊磁鋼。 針對磁鋼在電機轉子內的設計一般存在兩種方式，即：平行磁鋼布置的磁極結構和V形磁 鋼布置的磁極結構。一個磁極在轉子內的傳統設計結構如圖1和2所示，其中圖1顯示的 是平行的磁極結構，圖2顯示的是V形磁極結構，1和1'為磁鋼，2和2'為轉子鐵芯，3和 3'為磁化方向，磁化方向與磁鋼的表面垂直。
[0003] 現有技術中，如圖2所示的具有V形磁極結構的轉子設計目前最為流行。與平行 磁極結構相比，V形磁極結構具有更大的輸出扭矩和輸出功率。不過，V形磁極結構也有缺 點，其在轉子空間需求和最大機械速度上表現較差。下表1中列出了兩種磁極結構之間的 逐項比較結果。
[0004]表1
[0005]
[0006] 兩種磁極結構的應力仿真結果如圖3和圖4所示。如圖所示，V形磁極結構的最 大應力是433MPa，比平行磁極結構高得多。因此，平行磁極結構在機械強度方面要比V形磁 極結構好。
[0007] 另外，現有的這兩種磁極結構的磁力線分布如圖6和7所示。圖6是現有技術的 平行磁極結構的磁力線分布的示意圖，圖6A是其磁鋼周圍的磁力線分布的放大示意圖。圖 7是現有技術的V形磁極結構的磁力線分布的示意圖，圖7A是其磁鋼周圍的磁力線分布的 放大示意圖。
[0008] 現有技術的磁極結構具有以下缺點：
[0009] ?對于電機，平行磁極結構具有較差的性能。
[0010] #V形磁極結構需要轉子提供更多的空間，這是不理想的。在高度集成系統中，對 于轉子的厚度有非常嚴格的要求。
[0011] ?V形磁極結構具有較高的應力水平，這使電機的最大機械速度變得較低。
[0012] ?V形磁極結構需要較高的工藝成本。當針對整個轉子進行磁化時，需要更多的 磁化能量，使得磁化設備要貴得多。
【發明內容】
[0013] 本發明的目的是克服現有技術的上述缺點。這一目的通過以下方式實現：結合現 有技術的V形磁極結構和平行磁極結構的優點，S卩：在平行磁極結構的基礎上應用V形磁 化，以獲得較好的性能。
[0014] 在第一方面，本發明提供一種用于電機、特別是永磁同步電機的電磁設計結構，其 機械布置與平行磁極結構相同，即：轉子內同一個磁極的兩塊磁鋼平行對齊布置，而磁化方 向則不像平行磁極結構的那樣與磁鋼表面垂直，而是與磁鋼表面形成一個傾斜角度，以形 成V形或倒V形，這與V形磁極結構效果相同。由此，本發明結合了兩種傳統磁極結構的優 點。
[0015] 根據本發明，電磁設計結構包括轉子，在轉子內沿周向布置多個磁極，每個磁極由 兩塊磁鋼組成，同一磁極的磁鋼優選彼此平行對齊，并且磁鋼的磁化方向傾斜于磁鋼表面。 以此方式，磁鋼的機械布置與平行磁極結構相同，而每一塊磁鋼的磁化方向與磁鋼表面不 垂直，而是傾斜于磁鋼表面，使得同一個磁極的兩塊磁鋼的磁化方向形成V形或倒V形。
[0016] 在第二方面，本發明提供一種電機，特別是永磁同步電機，其包括上述的電磁設計 結構。
[0017] 由于電磁設計結構的機械布置與平行磁極結構相同，所以其在轉子空間要求和應 力水平方面都表現得較好。另一方面，由于電磁設計結構的磁化方向與V形磁極結構相同， 所以磁力線分布與V形磁極結構相類似，且因此其在性能上要優于平行磁極結構的性能。
[0018] 在第三方面，本發明提供一種電機磁鋼的加工方法，其包括以下步驟：提供磁鋼 還；在切削加工中，沿斜交方向切削磁鋼還以產生磁鋼，使磁化方向傾斜于磁鋼表面。
[0019] 本發明的V形磁化布置可以應用于電機轉子內的一個磁極分成兩塊磁鋼的任何 設計結構。因此，即便一個磁極的兩塊磁鋼不平行，仍能設置V形磁化以提高電機的性能。
【附圖說明】
[0020] 圖1是現有技術的具有平行磁極結構的電機轉子設計結構的示意圖；
[0021] 圖2是現有技術的具有V形磁極結構的電機轉子設計結構的示意圖；
[0022] 圖3是現有技術的平行磁極結構的應力仿真結果；
[0023] 圖4是現有技術的V形磁極結構的應力仿真結果；
[0024] 圖5是本發明的電機轉子設計結構的示意圖；
[0025] 圖6是現有技術的平行磁極結構的磁力線分布的示意圖；
[0026] 圖6A是現有技術的平行磁極結構的磁鋼周圍的磁力線分布的放大示意圖；
[0027] 圖7是現有技術的V形磁極結構的磁力線分布的示意圖；
[0028] 圖7A是現有技術的V形磁極結構的磁鋼周圍的磁力線分布的放大示意圖；
[0029] 圖8是本發明的電磁設計結構的磁力線分布的示意圖；
[0030] 圖8A是本發明的電磁設計結構的磁鋼周圍的磁力線分布的放大示意圖；
[0031] 圖9是本發明的電磁設計結構的磁鋼的加工的示意圖。
[0032] 附圖標記列表
[0033]1磁鋼
[0034] 2轉子鐵芯
[0035] 3磁化方向
[0036] 1' 磁鋼
[0037] 2'轉子鐵芯
[0038] 3'磁化方向
[0039] 10 磁鋼
[0040] 20轉子鐵芯
[0041] 30磁化方向
[0042] 100磁鋼坯
【具體實施方式】
[0043] 下面參照附圖描述本發明的實施例。
[0044] 圖5顯示了本發明的電機轉子設計結構的示意圖。如圖5所示，一個磁極由兩塊 磁鋼10組成，兩塊磁鋼10彼此平行對齊地布置在轉子鐵芯20內，與現有技術的平行磁極 結構一樣。另一方面，磁鋼10的磁化方向30設置成相對于磁鋼10的表面傾斜，形成V形 或倒V形，如現有技術的V形磁極結構那樣。
[0045] 圖8是本發明的電磁設計結構的磁力線分布的示意圖，圖8A是電磁設計結構的磁 鋼周圍的磁力線分布的放大示意圖。如圖8A所示，本發明的磁鋼周圍的磁力線分布與V形 磁極結構的磁鋼周圍的磁力線分布類似。
[0046] 下表2分別列出了現有技術的平行磁極結構、V形磁極結構和本發明的V形磁化 的電磁設計結構隨電角度的峰值扭矩的仿真結果。
[0047] 表 2
[0048]
[0049] 從表2中可以看到，本發明的具有V形磁化方向的電磁設計結構在性能上比傳統 的平行磁極結構提高了 2. 5%，與傳統的V形磁極結構基本相當。
[0050] 圖9示出了本發明的磁鋼的加工方法。首先，提供磁鋼坯100,此時的磁化方向 3(3'）如圖所示。然后，以與磁鋼坯斜交的方式切削磁鋼坯100以產生磁鋼10。以此方式， 所產生的磁鋼10的磁化方向30傾斜于磁鋼表面。
[0051] 本發明的電磁設計結構具有以下優點：與傳統的平行磁極結構相比在性能上得到 提高；節省轉子空間，符合高度集成系統的尺寸要求；與傳統的V形磁極結構相比在轉子鐵 芯上的應力水平較低。
[0052] 本發明不限于以上描述，而是可以在權利要求書的范圍內對本發明作出修改和變 化。除了平行的機械布置之外，本發明也可以適用于電機的其它非平行磁極結構。
【主權項】
1. 電磁設計結構，所述電磁設計結構包括轉子，在轉子內沿周向布置多個磁極，每個磁 極由兩塊磁鋼組成，其特征在于，所述磁鋼的磁化方向傾斜于磁鋼表面。2. 權利要求1所述的電磁設計結構，其特征在于，所述電機為永磁同步電機。3. 權利要求1或2所述的電磁設計結構，其特征在于，同一磁極的磁鋼彼此平行對齊。4. 權利要求1或2所述的電磁設計結構，其特征在于，同一磁極的兩塊磁鋼的磁化方向 形成V形或倒V形。5. 電機，其特征在于，所述電機包括權利要求1-4中任一項所述的電磁設計結構。6. 用于電機磁鋼的加工方法，其特征在于，所述方法包括：提供磁鋼坯；和沿與磁鋼坯 斜交的方向切削磁鋼還以產生磁鋼，使磁鋼的磁化方向傾斜于磁鋼表面。
【專利摘要】本發明提供電機、其電磁設計結構及其磁鋼的加工方法，主要為轉子內部磁極的布置。所述電磁設計結構主要為轉子磁極設計結構，其中在轉子內沿周向布置多個磁極，每個磁極由兩塊磁鋼組成，同一磁極的磁鋼優選彼此平行對齊，磁鋼的磁化方向傾斜于磁鋼表面。所述電機包括上述的電磁設計結構。所述加工方法包括提供磁鋼坯，和沿與磁鋼坯斜交的方向切削磁鋼坯以產生磁鋼，使磁鋼的磁化方向傾斜于磁鋼表面。本發明結合了現有技術的V型磁極結構和平行磁極結構的優點。
【IPC分類】H02K15/03, H02K1/24, H02K1/27
【公開號】CN105186739
【申請號】CN201410249844
【發明人】陳靜, 吳振華, 陳青, 張霞
【申請人】舍弗勒技術股份兩合公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年6月6日
【公告號】WO2015185005A1