CN106329776A - 一种内置式转子结构的永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁电机转子结构，包括铁芯和永磁体，铁芯包括设置有中心轴孔的环形圈，所述环形圈外侧凸出形成若干块导磁块，在相邻所述导磁块之间形成用于安装磁钢的凹槽，在相邻所述导磁块之间的所述环形圈的外沿设置凸台使得所述磁钢被安装后被所述凸台支撑，并且所述磁钢的形状为沿径向方向呈梯形，靠近所述环形圈方向的长度一端大于另外一端。按照本发明实现的永磁电机转子结构，结构简单，加工方便，漏磁少，强度高且能提高电机转矩和功率密度。

Description

一种内置式转子结构的永磁电机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种内置式转子结构的永磁电机。
背景技术
传统的永磁无刷直流或同步电机转子结构多采用表贴式磁钢结构，采用内置式磁钢结构的电机由于能够利用磁阻转矩来进一步增大输出转矩而颇受关注。尤其是切向充磁结构可以实现相邻两块磁钢并联提供磁通，明显提高了气隙磁通，使电机额定输出转矩、输出功率增加，但在实际应用中存在转子冲片机械强度与漏磁之间的矛盾，为减小磁钢的漏磁隔磁桥要尽可能窄，过窄的磁桥又会导致冲片不易加工，转子机械强度差，生产成本增加，而隔磁桥的存在为漏磁通提供通路，不宜太宽，否则电机性能降低会很显著。
一般的内置切向充磁转子铁芯冲片中，如图1所示，中心轴孔11外侧为转子轭部21，用于安装磁钢的凹槽31均匀分布在冲片上，凹槽31靠近转子轭部的底部由三段折线构成，开口处两侧导磁块上凸出挡钩51，导磁块的外侧轮廓是由圆弧线61构成，圆弧线61以中心轴孔11的中心为圆心，该结构利用凹槽中的槽口挡钩和槽底部折线对磁钢进行定位，槽底部的空气槽起到一定的隔磁作用，但存在转子铁芯漏磁大，转矩脉动较高等问题。专利CN201601540U和CN104037965A公开了一种采用在转子铁芯冲片上开若干空气隔磁槽/沟来减小漏磁的方法，但磁钢靠近气隙的部分漏磁依然很明显，而且对轭部漏磁的抑制作用也很有限。专利CN103730969A公开了一种利用不导磁的支撑架来减小漏磁的方法，并提供了相关的安装方法，但采用拼块式转子冲片会导致燕尾槽口冲片最窄处应力集中，转子冲片加工难度增加。专利CN202221930U和CN203387314U公开了一种利用凹槽内凸出的导磁块来减小磁钢漏磁的转子结构，但依照给出的实施方案漏磁仍然比较明显，而且安放磁钢的凹槽开口处的挡钩也需要进行强度校核。专利CN204559270U公开了一种利用非磁性材料将磁钢压装在凹槽内的方法，但转子外侧衬套的使用增大了电机气隙会导致电机性能的损失。专利CN205453334U公开了一种应用于无刷直流电机的转子结构，采用了类似凸出导磁块的方法减小转子轭部漏磁，并且采用注塑填充的方式提高转子强度，但凹槽开口部分的漏磁仍没有得到很好的解决。
现有的技术主要是从磁桥入手，采用减小磁桥宽度或是增加空气隔磁槽的方法减小漏磁，但很难达到很好的机械强度使得转子冲片变得易碎，加工很困难；凹槽开口处的挡钩虽然可以起到固定磁钢的作用，但会增加漏磁，而且高速运行时机械强度也很难保证，可能会引起磁钢的甩出等各种问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种结构简单，加工方便，漏磁少，强度高且能提高电机转矩和功率密度的梯形磁钢内置式切向充磁的永磁电机转子结构及具有该转子结构的电机。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁电机转子结构，包括铁芯和永磁体，铁芯包括设置有中心轴孔的环形圈，所述环形圈外侧凸出形成若干块导磁块，在相邻所述导磁块之间形成用于安装磁钢的凹槽，在相邻所述导磁块之间的所述环形圈的外沿设置凸台使得所述磁钢被安装后被所述凸台支撑，并且所述磁钢的形状为沿径向方向呈梯形，靠近所述环形圈方向的长度一端大于另外一端。
进一步地，所述导磁块的外沿为圆弧型。
进一步地，所述导磁块与所述环形圈之间为一圆周切向方向宽度不超过1mm的隔磁桥。
进一步地，所述环形圈的径向宽度不超过1mm。
进一步地，所述导磁块的外侧圆弧线为以偏移轴中心一定距离H的点为圆心的圆弧线。
本发明还公开了一种永磁电机，其特征在于，其包括定子与转子，其中该转子结构为上述的转子结构。
进一步地，所述电机为内转子式永磁电机。
进一步地，所述电机定子绕组采用分数槽集中绕组。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)转子冲片采用梯形的磁钢结构，去掉了凹槽口的挡钩，有效降低了电机漏磁，提高了磁钢利用率，提高了转子冲片机械强度，增大了电机极弧，提高了电机性能。
(2)转子轭部设有凸台实现磁钢的定位，凸台与磁桥间的空气槽在不损失机械强度的前提下有效限制了漏磁。
(3)转子冲片加工、装配简单，可以较经济的实现批量化生产。
附图说明
图1是按照现有技术实现的电机结构示意图；
图2是按照本发明实现的电机结构示意图；
图3是按照本发明实现的铁芯结构的示意图；
图4是按照本发明实现的转子结构的电机结构示意图；
图5是按照本发明实现的转子冲片外弧线采用偏心圆的原理示意图。
在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
11-现有技术中的铁芯冲片的中心轴孔 21-现有技术中的铁芯冲片的转子轭部31-现有技术中的磁钢凹槽 41-现有技术中的导磁块 51-现有技术中的导磁块41的外侧凸起 61-现有技术中的导磁块41的外侧边缘
12-铁芯冲片的中心轴孔 22-转子环形圈 42-本申请中的导磁块71-隔磁桥 81-凸台 91-磁钢 10-定子冲片
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体地，如图2、3所示，本发明所述的梯形磁钢结构的内置切向充磁的永磁电机转子结构。
如图2所示，包括铁芯和磁钢91，铁芯包括设置有中心轴孔12的环形圈22和从环形圈22外侧凸出的若干导磁块42，在相邻两导磁块42之间形成用于安装磁钢91的径向梯形凹槽，导磁块42的外侧面的截面形状是圆弧线。环形圈22、磁桥71、凸台81和导磁块42共同构成转子冲片如图3中所示，转子冲片材料为硅钢片，磁钢91采用钕铁硼材料制成，并且相邻磁钢充磁方向相反。
在应用本发明的转子结构的实施例中，如图4所示，定子冲片10为硅钢片材料，定子绕组为分数槽集中绕组，安装有磁钢91的转子冲片为运动部分，定转子同心，定转子之间间隔有厚度为0.6mm的气隙。转子环形圈22宽度、凸台81宽度和磁桥71宽度均为为1mm，考虑加工能力与机械强度可以取得更小。磁钢91靠近轴孔12的底部宽度为4mm，靠近槽口宽度为3mm，利用梯形形状即使在高速运行时也能固定住磁钢，底部宽度在实施例中要小于6.6mm，增大底部宽度可以提高电机性能。在此基础上，将导磁块42的外侧圆弧线的圆心定在离轴中心H处，实施例中为7mm，如图5所示，可以进一步减小齿槽转矩，降低转矩脉动。
其中，在上述的设置结构的基础上，中心轴孔12外侧的环形圈22在径向方向的宽度不超过1mm。
其中，转子冲片上连接导磁块42与环形圈22的隔磁桥71在圆周切向方向上的宽度不超过1mm。
磁钢91的形状为梯形，且靠近中心轴孔侧的底部宽度要大于靠近气隙侧的宽度，磁钢91靠近中心轴孔侧的底部宽度在满足加工要求的前提下要尽可能宽，一方面提供磁通的面积增大，另一方面很重要的是去掉了磁钢槽口的挡钩的同时磁钢也不会在转子旋转过程中甩出，这在此种类型的中小型电机中是一个很重要的限制电机性能的因素，在底部宽度在满足加工前提之下尽可能宽，主要是为了增大磁钢提供磁通的面积，相同轴向长度下，梯形斜边要大于梯形的高(采用矩形的话)，磁通量增大，空载反电势和输出转矩都有所提高。
其中，更进一步地，导磁块42外侧圆弧线可以采用以偏移轴孔中心O一定距离H的点O1为圆心来减小齿槽转矩，如图5所示。
更进一步地，梯形磁钢内置切向充磁转子结构的每一极磁场由两片磁钢91并联提供。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种永磁电机转子结构，包括铁芯和永磁体，铁芯包括设置有中心轴孔的环形圈(22)，所述环形圈(22)外侧凸出形成若干块导磁块(42)，在相邻所述导磁块之间形成用于安装磁钢(91)的凹槽，在相邻所述导磁块之间的所述环形圈(22)的外沿设置凸台(81)使得所述磁钢(91)被安装后被所述凸台(81)支撑，并且所述磁钢(91)的形状为沿径向方向呈梯形，靠近所述环形圈(22)方向的长度一端大于另外一端。
2.如权利要求1所述的永磁电机转子结构，其特征在于，所述导磁块(42)的外沿为圆弧型。
3.如权利要求1或2所述的永磁电机转子结构，其特征在于，所述导磁块(42)与所述环形圈之间为一圆周切向方向宽度不超过1mm的隔磁桥(71)。
4.如权利要求3所述的永磁电机转子结构，其特征在于，所述环形圈(22)的径向宽度不超过1mm。
5.如权利要求2所述的永磁电机转子结构，其特征在于，所述导磁块(42)的外侧圆弧线为以偏移轴中心一定距离H的点为圆心的圆弧线。
6.一种永磁电机，其特征在于，其包括定子与转子，其中该转子结构为权利要求1-5中任意一项所述的转子结构。
7.如权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述电机为内转子式永磁电机。
8.如权利要求7所述的永磁电机，其特征在于，所述电机定子绕组采用分数槽集中绕组。
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