一种永磁转子低谐波充磁方法和装置

摘要

一种永磁转子低谐波充磁方法和装置，其特点是通过设置多个调制式充磁极，使得整个充磁极表面被分割成多个齿状充磁极，每个充磁极的所占圆心角与充磁磁势之间分配成低谐波比例关系，以实现一种调制的永磁转子充磁极；利用调制式充磁极、充磁线圈和充磁电流制备低谐波永磁转子充磁装置，使充磁极在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加调制式磁场作用，使得永磁转子内磁粉材料内部磁畴发生调控性排列；在永磁转子成型后装入电机时产生的气隙磁场波形更加接近正弦波，本发明克服现有永磁转子充磁方法中气隙磁场非正弦波分布的不足，可减少谐波磁场的作用，益于改善永磁电机的性能，降低永磁电机的振动和噪声，提高永磁电机运行稳定性和可靠性。

权利要求

1.一种永磁转子低谐波充磁方法，其特征在于，每个磁极性的充磁头由m个相等圆心角的齿状充磁极构成，每个充磁极所占的位置角配合充磁极上的充磁线圈和充磁电流产生的充磁磁势成低谐波调制比例关系，该充磁极在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加磁场作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性排列，从而使永磁转子成型后装入电机时产生气隙磁场的谐波含量更低。

2.一种利用如权利要求1所述的一种永磁转子低谐波充磁方法的装置，主要由铁心和充磁线圈组成，铁心上每个极性的充磁头由m个充磁极、每个充磁极上的充磁线圈以及包覆在充磁极外周的磁轭构成；所述的每个充磁线圈的匝数不一样，引出线配接脉冲电源的电流也是不一样的，从而产生不同的充磁磁势，为安放在充磁极头下的永磁转子充磁；其特征在于，一个磁极性下m个充磁极中每个充磁极占有的圆心角度为β＝π/m电弧度，第k个充磁极的位置角为kπ/m电弧度，充磁线圈匝数为Wk、配接的充磁电流为Ik，产生的充磁磁势为Fk＝WkIk；第k个和第k+1个充磁极产生的充磁磁势之间满足低谐波调制关系为Fk+1/Fk＝Wk+

1Ik+1/WkIk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，其中，k＝1,2,3,...,m-1；另一个磁极性的m个充磁极与上述磁极性充磁极关于磁极性几何中心线对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种永磁转子低谐波充磁方法的装置，其特征在于每个充磁线圈匝数可以配置成相等关系，即W1＝W2＝...＝Wm，这样，充磁线圈的充磁电流配置成低谐波关系为Ik+1/Ik＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

4.根据权利要求2所述的一种永磁转子低谐波充磁方法的装置，其特征在于，每个充磁线圈的充磁电流可以配置成相等关系，即I1＝I2＝...＝Im，这样充磁线圈匝数配置成低谐波关系为Wk+1/Wk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

5.根据权利要求2所述的一种永磁转子低谐波充磁方法的装置，其特征在于，所述的铁心的轴向长度与永磁转子的轴向长度相等，充磁极之间为了嵌入充磁线圈设置的缺口采用磁性材料填补。

6.根据权利要求5所述的一种永磁转子低谐波充磁方法的装置，其特征在于，所述的铁心由导磁率高的软磁材料制成，充磁线圈采用绝缘漆包线绕制，嵌套在齿状充磁极后进行浸漆和烘干做绝缘处理。

说明书

一种永磁转子低谐波充磁方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种永磁体充磁方法和装置，特别涉及一种实现永磁电机气隙磁场低谐波分布的永磁转子低谐波充磁方法和装置，属于永磁电机转子技术领域。

背景技术

[0002] 目前，永磁电机以其轻型化、高性能化、高效节能等诸多特点，应用日益广泛；同时，也越来越关注永磁电机在振动和噪声方面存在的问题，而永磁转子建立的气隙磁场特征是影响永磁电机振动和噪声的关键因素。

[0003] 传统的充磁方法和装置都是采用单一充磁头配置单一充磁线圈的方式，使得永磁电机转子在电机内建立的气隙磁场多为非正弦波，其中存在的谐波含量较高，从而使得电动机的铜耗、铁耗、杂耗增加，效率下降、温升升高，导致永磁电机很多优势难以体现为市场优势。此外，非低谐波磁场还会产生脉振电磁转矩而引起转速振荡，影响运行稳定性、可靠性和使用寿命，直接影响永磁电机的使用和推广。因此，如何使得永磁转子产生气隙磁场波形的谐波更低，已经成为制约提升永磁电机性能的关键核心技术瓶颈。

[0004] 公布号为CN104319060A的发明专利申请“一种永磁转子正弦充磁方法和装置”(申请号：2014104726101)公布了一种永磁转子正弦充磁方法和装置，两个充磁极与永磁转子的接触表面被分割成2m个关于充磁极几何中心线即NS极交界线对称的弧线段，每个充磁极上的弧线段的宽度和间隔分别成正弦比例关系，该充磁极在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加磁场作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性排列，从而使在永磁转子成型后装入电机时产生的气隙磁场波形更加接近正弦波，即降低了气隙磁场的谐波含量，是一种改进型充磁方法和装置。

[0005] 但是，这种方法和装置中每个调制分段式充磁极借助的充磁安匝是相同的，受到磁场非线性因素的影响，仅靠调控各个充磁极弧线段宽度和间隔成正弦比例关系，可能会存在影响专利技术效果的不足。

发明内容

[0006] 本发明的目的就在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种永磁转子低谐波充磁方法和装置，以克服现有永磁转子充磁方法中永磁转子产生的气隙磁场谐波含量高的不足，使得永磁转子成型后装入电机时产生的气隙磁的谐波含量，与传统的和改进型充磁方法和装置相比更低。

[0007] 本发明给出的技术方案是：

[0008] 一种永磁转子低谐波充磁方法，其特点是，每个磁极性的充磁头由m个相等圆心角的齿状充磁极构成，每个充磁极所占的位置角配合充磁极上的充磁线圈和充磁电流产生的充磁磁势成低谐波调制比例关系，该充磁极在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加磁场作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性排列，从而使永磁转子成型后装入电机时产生气隙磁场的谐波含量更低。

[0009] 一种利用所述的永磁转子低谐波充磁方法的装置，主要由铁心和充磁线圈组成，铁心上每个极性的充磁头由m个充磁极、每个充磁极上的充磁线圈以及包覆在充磁极外周的磁轭构成；所述的每个充磁线圈的匝数和引出线配接脉冲电源的电流是不一样的，从而产生不同的充磁磁势，为安放在充磁极头下的永磁转子充磁；其特点是，所述的一个磁极性下m个充磁极中每个充磁极占有的圆心角度为β＝π/m电弧度，第k个充磁极所在的位置角为kπ/m电弧度，充磁线圈匝数为Wk、配接的充磁电流为Ik，产生的充磁磁势为Fk＝WkIk；第k个和第k+1个充磁极产生的充磁磁势之间满足低谐波调制关系为Fk+1/Fk＝Wk+1Ik+1/WkIk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，其中，k＝1,2,3,...,m-1；另一个磁极性的W1＝W2＝...＝Wm个充磁极与上述磁极性充磁极关于磁极性几何中心线对称设置。

[0010] 进一步，每个充磁线圈匝数可以配置成相等关系，即W1＝W2＝...＝Wm，这样，充磁线圈的充磁电流配置成低谐波关系为Ik+1/Ik＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

[0011] 进一步，每个充磁线圈的充磁电流可以配置成相等关系，即I1＝I2＝...＝Im，这样充磁线圈匝数配置成低谐波关系为Wk+1/Wk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

[0012] 进一步，为了益于永磁磁粉材料内部磁畴的调控性排列，铁心的轴向长度与永磁转子的轴向长度相等，各个充磁极为放入充磁线圈设置的缺口应尽可能小。有益的，采用磁性材料填补此缺口。

[0013] 进一步，充磁装置的铁心由导磁率高的软磁材料制成，以优化充磁效果。充磁线圈益采用绝缘漆包线绕制，嵌套在齿状充磁极后进行浸漆和烘干做绝缘处理。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该充磁方法和装置在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加调制式充磁磁场作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性取向和强度排列，与传统的和改进型充磁方法和装置相比，永磁转子成型后装入电机时产生气隙磁场的谐波含量更低，克服现有永磁转子充磁方法中气隙磁场谐波含量高的不足之处，有益于改善永磁电机的性能，提高运行稳定性和可靠性。

附图说明

[0015] 图1为本发明永磁转子低谐波充磁装置的截面图；

[0016] 图2为本发明永磁转子低谐波充磁装置的参量配置图；

[0017] 图3为本发明永磁转子低谐波充磁装置充磁时磁力线分布图；

[0018] 图4为本发明永磁转子在电机内的气隙磁场波形曲线；

[0019] 图中：1、为铁心，2、为永磁转子，3、为充磁线圈，N1、N2、N3、…、Nm为一个磁极性下m个充磁极，Z1、Z2、Z3、…、Zm为一个磁极性的m个充磁线圈，S1、S2、S3、…、Sm为另一个磁极性的m个充磁极，Y1、Y2、Y3、…、Ym为另一个磁极性下m个充磁线圈。

具体实施方式

[0020] 下面结合说明书附图和实施例对本发明做更详细地说明。

[0021] 本发明方法将每个磁极性的充磁头由m个相等圆心角的齿状充磁极构成，每个充磁极占有的圆心角与该充磁极上的充磁线圈产生的充磁磁势成低谐波比例关系，调制式充磁极在永磁转子成型过程中对永磁磁粉施加磁场作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性排列，从而使在永磁转子成型后装入电机时产生气隙磁场的谐波含量更低。与传统的和改进型充磁方法和装置相比，利用上述方法制得的充磁装置能够使永磁转子产生气隙磁场波形的谐波含量更低。

[0022] 如图1所示，本装置是两极永磁转子4低谐波充磁实施例，主要由铁心1和充磁线圈3组成，充磁线圈3配接充磁电流构成充磁磁势为永磁转子2进行充磁。铁心1的轴向长度与永磁转子2的轴向长度相等。

[0023] 如图2所示，为本发明永磁转子低谐波充磁装置的参量配置示图，铁心1上设置2m个齿状充磁极，每个充磁极占有的圆心角度为β＝π/m电弧度，充磁线圈3由绕在2m个齿状充磁极的Z1、Z2、Z3、…、Zm以及Y1、Y2、Y3、…、Ym构成，铁心3中包覆在充磁极外周的磁轭为充磁磁场提供必要的磁场回路，并联合齿状充磁极兼作充磁装置的支持部件。一个磁极性的充磁头由m个充磁极N1、N2、N3、…、Nm构成、充磁极上分别绕充磁线圈为Z1、Z2、Z3、…、Zm、充磁线圈配接的充磁电流为I1、I2、I3、…、Im；另一个磁极性的充磁头由m个充磁极S1、S2、S3、…、Sm构成、充磁极上分别绕充磁线圈为Y1、Y2、Y3、…、Ym、充磁线圈配接的充磁电流为I1、I2、I3、…、Im。

[0024] 本发明永磁转子低谐波充磁方法和装置中，所述的每个充磁线圈的匝数和引出线配接脉冲电源的充磁电流都是不一样的，以产生调制式的充磁磁势，为永磁转子2进行低谐波方式的充磁；所述的一个磁极性下m个充磁极中，第k个充磁极所在的位置角为kπ/m电弧度，充磁线圈匝数为Wk、配接的充磁电流为Ik，产生的充磁磁势为Fk＝WkIk；第k个和第k+1个充磁极产生的充磁磁势之间满足低谐波调制关系为Fk+1/Fk＝Wk+1Ik+1/WkIk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，其中，k＝1,2,3,...,m-1；同理，另一个磁极性的m个充磁极与上述磁极性充磁极关于磁极性几何中心线对称设置。

[0025] 本发明永磁转子低谐波充磁方法和装置中，为简化充磁线圈制作，每个充磁线圈匝数可以配置成相等关系，即W1＝W2＝...＝Wm，这样，充磁线圈的充磁电流配置成低谐波关系为Ik+1/Ik＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

[0026] 本发明永磁转子低谐波充磁方法和装置中，为简化提供充磁电流的电源结构和成本，每个充磁线圈的充磁电流可以配置成相等关系，即I1＝I2＝...＝Im，这样充磁线圈匝数配置成低谐波关系为Wk+1/Wk＝sin[(k+1)π/m]/sin(kπ/m)，k＝1,2,3,...,m-1。

[0027] 上述实施例中，为了益于永磁磁粉材料内部磁畴的调控性排列，充磁装置的配置应该适合充磁极充磁磁势调制关系的建立和满足，齿状充磁极和充磁线圈均可设计制造成可以更换式的结构。上述各实施例中，铁心1用导磁率高的软磁材料制成，使得充磁磁场处于不饱和状态；为了益于永磁磁粉材料内部磁畴的调控性排列，各个充磁极为放入充磁线圈设置的缺口应尽可能小，采用磁性材料填补此缺口益于实现永磁转子2的低谐波效果。

[0028] 通过本发明永磁转子低谐波充磁方法和装置，实现了在永磁转子2成型过程中对永磁磁粉施加一种调制式充磁磁势作用，使得永磁磁粉材料内部磁畴发生调控性排列，如图3所示为本发明永磁转子低谐波充磁时的磁力线分布情况。与传统的和改进型充磁方法和装置相比，在永磁转子2成型后装入电机时产生的气隙磁场波的谐波含量更低，如图4所示，其中τ为永磁转子2的极距。

[0029] 上述各实施例是两极永磁转子2低谐波充磁方法和装置，但是也推广适用于多极情况。

[0030] 以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，比如将本实施例中的内转子结构改为外转子结构或者改为盘式结构等，均应包含在本发明的保护范围之内。