[发明专利]分段磁体和包括分段磁体的永磁电动机

说明书

本发明涉及一种用于永磁电动机的优化的分段磁体。通过按照一连续循环函数在所述分段磁体内建立磁化曲线，能够利用较少的材料实现所述电动机的最佳运行特性。磁化方向在所述分段磁体中的循环形成还能够与按照另一循环函数的成形相结合，以便进一步增强这种效果。

技术领域

本发明涉及一种分段磁体(segment magnet)，特别是一种用于永磁电动机的分段磁体，以及一种具有分段磁体的永磁电动机。

背景技术

磁场在处于转子和定子之间的电动机的气隙中的流动对电动机的性能具有决定性的影响。特别地是，磁场的流动影响电动机的功率密度、扭矩均匀性以及噪声发生。这里，气隙中的磁场的永磁激励旨在同时最大化磁通基波并最小化干扰高次谐波。

对于具有永久激励的电动机，已知具有径向和平行磁化的磁性分段。磁体的边缘处的磁通密度的增加通过力密度的增加而引起不均匀的力矩，这与噪声发生有关。这种效应对于径向磁化的磁体分段尤其明显，在径向磁化的磁体分段中，与平行磁化的磁体相比，能够实现更高的磁通级联(flux concatenation)。

磁性分段的边缘以各种方式斜切处理，以改善电动机中的噪声发生。这导致磁通密度降低。因此，磁体的利用率降低，有利于降低噪声发射。

除了磁体分段的纯粹平行和径向磁化之外，最近多种磁通模式也变得可行。例如，通过所谓的Halbach结构描述了可能的流动。这里，磁体阵列由永磁体的几个局部分段组成，其磁化方向分别在纵向轴线方向上相互倾斜90°。一侧的磁场线移动得较靠近在一起，而在相反一侧，磁场线离得较远，并且磁场在这里变弱。

传统方法确实能够降低电动机产生的噪声，但这通常导致所用的磁性材料的利用率较差。

因此，存在对于用于永久激励的电动机的分段磁体的需要，其能够实现对磁体材料的优化利用，同时能够改善运行特性，诸如减少噪声产生。特别地是，存在对于能够尽可能自由参数化的分段磁体的需要，其参数化既能够在电动机设计中用于磁场计算，也能够用于相应分段磁体所需的制造工艺。

发明内容

根据一个方面，本发明提供一种用于永磁电动机的分段磁体。该所述分段磁体的特征在于，分段磁体的磁化矢量沿分段磁体的外边缘具有与角度相关的方向。该与角度相关的方向在本文中由一连续循环函数描述。

根据另一方面，本发明涉及一种永磁电动机。该永磁电动机包括定子和以可旋转的方式布置在定子处的转子。转子或定子包括具有多个磁极的磁体。特别地是，转子或定子的磁体包括几个根据本发明的分段磁体。

本发明的优点

本发明基于下列认识，即：由于用于使噪声产生最小化的设计措施，如在永磁电动机中以各种方式使用的传统的分段磁体通常仅能够不充分利用所使用的磁体材料。特别地是，诸如对磁体的边缘斜切处理的结构性措施导致磁通密度降低。

因此，本发明基于将这种认识考虑在内的思想，并且为永久激励的电动机提供分段磁体，除了优化的运行特性(诸如噪声降低)之外，该分段磁体使得能够提高对所需的磁体材料的利用率，并且因而使得能够关于所使用的磁体材料实现高磁通密度。此外，本发明提供一种分段磁体，其参数化能够用数学方法描述。通过这种方式，分段磁体的参数能够很容易地馈送到磁场计算中，例如用于电动机的开发或构造，并且此外，这种分段磁体的参数也能够很容易地馈送到制造方法中。这允许实现时间和成本优势。

按照连续循环函数的磁化矢量的与角度相关的变化允许磁化矢量的方向的适当参数化。

特别地是，磁化矢量的与角度相关的对准允许磁化方向很好地适应电动机外壳的轮廓。

根据一个实施例，用于描述沿着分段磁体的外部曲线的磁化矢量的方向的循环函数包括几个循环项的和。循环项特别为周期函数，诸如正弦或余弦函数。