CN106357025B - 电机转子以及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机转子以及永磁电机，其中，电机转子包括：转子铁芯；N个弧形永磁体，N个所述弧形永磁体以所述转子铁芯的转子中心为圆心按圆周方向排布设置在所述转子铁芯上，其中任一个所述弧形永磁体在垂直于转子中心的截面上呈弧形，任一个所述弧形永磁体沿切向磁化；其中，任两个相紧邻的所述弧形永磁体中的一个所述弧形永磁体的凸面与另一个所述弧形永磁体的凹面相对设置且极性相同；其中，N为大于或等于4的偶数。根据本发明的电机转子和永磁电机，可以减小电机铁损，提高永磁电机的效率。

Description

电机转子以及永磁电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机转子以及永磁电机。

背景技术

永磁体切向磁化结构的电机由于具有“聚磁”效果，较径向式结构能够产生更高的气隙磁密，使得电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引、办公自动化、家用电器等场合。

一般为了更好的发挥切向永磁电机的“聚磁”效果，需要增加电机的极对数，但随着极对数的增加，相同转速下电机铁损会明显加大，导致电机效率下降。

发明内容

本发明旨在提供一种电机转子以及永磁电机，以解决永磁电机效率不高的问题。

本发明提供了一种电机转子，包括：

转子铁芯；

N个弧形永磁体，N个所述弧形永磁体以所述转子铁芯的转子中心为圆心按圆周方向排布设置在所述转子铁芯上，其中任一个所述弧形永磁体在垂直于转子中心的截面上呈弧形，任一个所述弧形永磁体沿切向磁化；

其中，任两个相紧邻的所述弧形永磁体中的一个所述弧形永磁体的凸面与另一个所述弧形永磁体的凹面相对设置且极性相同；

其中，N为大于或等于4的偶数。

进一步地，所述转子铁芯能沿旋转方向转动，其中任一个所述弧形永磁体的凸面沿所述旋转方向位于该所述弧形永磁体的凹面的前侧。

进一步地，2.5D≥H≥1.5D，其中D表示所述弧形永磁体在垂直于转子中心的截面上的厚度，H表示以所述弧形永磁体的凸面最高点为切点的切线与所述弧形永磁体的凹面最低点之间的距离。

进一步地，2D≥H≥1.8D。

进一步地，任一个弧形永磁体具有朝向所述转子铁芯外侧的第一端和朝向所述转子铁芯内侧的第二端。

进一步地，所述弧形永磁体的第一端的凹面与凸面之间的中点为第一中点，该所述弧形永磁体的第二端的凹面与凸面之间的中点为第二中点，所述第一中点、所述第二中点与所述转子中心共线。

进一步地，至少一个所述弧形永磁体在垂直于转子中心的截面上的厚度自第二端至第一端逐渐增加。

进一步地，0.25≥C*H/M²≥0.1，其中，M表示所述弧形永磁体的磁场焦点与所述弧形永磁体的凸面之间的距离，H表示以所述弧形永磁体的凸面最高点为切点的切线与所述弧形永磁体的凹面最低点之间的距离，C表示所述弧形永磁体在垂直于转子中心的截面上的宽度。

进一步地，所述弧形永磁体的第一端的凹面与凸面之间的中点为第一中点，该所述弧形永磁体的第二端的凹面与凸面之间的中点为第二中点，由所述第一中点与所述转子中心形成的第一线段和由所述第二中点与所述转子中心形成的第二线段所呈的夹角为θ，25°≥θ≥10°。

进一步地，N个所述弧形永磁体以所述转子铁芯的转子中心为圆心按圆周方向均匀排布。

进一步地，所述转子铁芯能沿旋转方向转动，所述弧形永磁体的第一端沿所述旋转方向位于所述弧形永磁体的第二端的前侧。

本发明提供了一种永磁电机，包括电机定子和如上述的电机转子。

根据本发明的电机转子和永磁电机，可以减小电机铁损，提高永磁电机的效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的电机转子的结构示意图；

图2是图1中电机磁链随H/D变化图；

图3是根据本发明另一个实施例的电机转子的结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的电机转子的结构示意图；

图5是根据本发明再一个实施例的电机转子的结构示意图；

附图标记说明：

1、弧形永磁体；11、凸面；12、凹面；13、第一中点；14、第二中点；15、最高点；16、第一端；17、第二端；18、最低点；19、磁场焦点；2、转子铁芯；3、转子中心；41、第一线段；42、第二线段；5、旋转方向。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，根据本发明的电机转子包括转子铁芯2和六个弧形永磁体1，六个弧形永磁体1以所述转子铁芯2的转子中心3为圆心按圆周方向排布设置在所述转子铁芯2上。当然，在其他可选的实施方式中，所述弧形永磁体1的数量可以为4个、8个或其他大于或等于4的正整数。所述弧形永磁体1可以为沿切向磁化的非稀土永磁体。

任一个所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上呈弧形。任两个相紧邻的所述弧形永磁体1中的一个所述弧形永磁体1的凸面11与另一个所述弧形永磁体1的凹面12相对设置。任两个相紧邻的所述弧形永磁体1中的一个所述弧形永磁体1的凸面11与另一个所述弧形永磁体1的凹面12的极性相同。

具体的，位于图1中正上方的弧形永磁体1的凸面11的极性为S极，其凹面12的极性为N极。相邻且位于图1中正上方的弧形永磁体1的左侧的弧形永磁体1的凹面12与位于图1中正上方的弧形永磁体1的凸面11相对。相邻且位于图1中正上方的弧形永磁体1的左侧的弧形永磁体1的凹面12的极性为S极。相邻且位于图1中正上方的弧形永磁体1的右侧的弧形永磁体1的凸面11与位于图1中正上方的弧形永磁体1的凹面12相对。相邻且位于图1中正上方的弧形永磁体1的右侧的弧形永磁体1的凸面11的极性为N极。相似的，在此不再累述。

通过采用弧形永磁体1，并利用弧形永磁体1的凸面11的弧长大于凹面12的弧长的特点，提升了一个磁极下的弧形永磁体1的表磁面积，从而增加了转子在定子绕组上产生的感应磁通，使得切向永磁电机在极数较少的情况下，也能产生很好的聚磁作用，有效增大了电机的转矩密度，减小了电机铁损，提高了电机的效率。

继续参照图1所示，任一个弧形永磁体1具有朝向所述转子铁芯2外侧的第一端16和朝向所述转子铁芯2内侧的第二端17。所述弧形永磁体1的第一端16的凹面12与凸面11之间的中点为第一中点13，该所述弧形永磁体1的第二端17的凹面12与凸面11之间的中点为第二中点14，所述第一中点13、所述第二中点14与所述转子中心3共线。

在一个优选的实施方式中，参照图1所示，所述转子铁芯2能沿旋转方向5转动，其中任一个所述弧形永磁体1的凸面11沿所述旋转方向5位于该所述弧形永磁体1的凹面12的前侧。经过研究发现，弧形永磁体1产生的磁场多数经过旋转前侧的区域进入定子，通过将弧形永磁体1突起方向设置在转子旋转方向5的前侧，可以增大弧形永磁体1旋转前侧的面积，减少在磁场在这一区域的饱和，增大了电机的输出转矩。

在一个优选的实施方式中，经过研究发现，参照图2所示，当H/D大于等于1.5时可有效增大电机磁链，但随着H/D的增加会导致永磁体弧度变深，这会导致永磁体的制造成本显著增加，因此，将H设置成1.5倍到2.5倍永磁体厚度之间，既可以增大电机永磁体磁链也不会带来较大的成本增加。其中，D表示所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上的厚度，H表示以所述弧形永磁体1的凸面11最高点15为切点的切线与所述弧形永磁体1的凹面12最低点18之间的距离。更优选地，2D≥H≥1.8D，可以使得电机兼具更佳的性能与成本比值。

在一个优选的实施方式中，参照图3所示，至少一个所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上的厚度自第二端17至第一端16逐渐增加。参照图3所示，所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上的第一端16的厚度为D1，所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上的第一端16的厚度为D2，其中，D1小于D2。经过研究表明，所述弧形永磁体1靠近所述转子外侧的部分主要产生主磁通，所述弧形永磁体1靠近所述转子内侧的部分容易产生更多的漏磁通。由此采用该种结构，电机转子可以在不增加漏磁通的情况下，增加电机的主磁通，提高电机的性能。

在一个优选的实施方式中，参照图4所示，0.25≥C*H/M²≥0.1，其中，M表示所述弧形永磁体1的磁场焦点19与所述弧形永磁体1的凸面11之间的距离，H表示以所述弧形永磁体1的凸面11最高点15为切点的切线与所述弧形永磁体1的凹面12最低点18之间的距离，C表示所述弧形永磁体1在垂直于转子中心3的截面上的宽度。由于弧形永磁体1磁场方向聚合在永磁体凹进的一侧，可以使得弧形永磁体1的体积不变的情况下增大电机的磁通，有效增大电机转矩密度。

在一个优选的实施方式中，参照图1所示，六个所述弧形永磁体1以所述转子铁芯2的转子中心3为圆心按圆周方向均匀排布，使得该电机转子的磁场分布均匀，从而保证该电机的性能。

在一个优选的实施方式中，参照图5所示，所述弧形永磁体1的第一端16沿所述旋转方向5位于所述弧形永磁体1的第二端17的前侧。如前所述，所述弧形永磁体1靠近所述转子外侧的部分主要产生主磁通，所述弧形永磁体1靠近所述转子内侧的部分容易产生更多的漏磁通。由此，可以在转子体积不变的条件下，增大电机永磁体的磁通面积。

在另一个优选的实施方式中，继续参照图5所示，所述弧形永磁体1的第一端16的凹面12与凸面11之间的中点为第一中点13，该所述弧形永磁体1的第二端17的凹面12与凸面11之间的中点为第二中点14，由所述第一中点13与所述转子中心3形成的第一线段41和由所述第二中点14与所述转子中心3形成的第二线段42所呈的夹角为θ，经过研究表明，在25°≥θ≥10°可以有效增大电机的转矩密度。

根据本发明的永磁电机，包括电机定子和如上述权利要求的电机转子。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电机转子，其特征在于，包括：

转子铁芯(2)；

N个弧形永磁体(1)，N个所述弧形永磁体(1)以所述转子铁芯(2)的转子中心(3)为圆心按圆周方向排布设置在所述转子铁芯(2)上，其中任一个所述弧形永磁体(1)在垂直于转子中心(3)上的截面呈弧形，任一个所述弧形永磁体(1)沿切向磁化；

其中，任两个相紧邻的所述弧形永磁体(1)中的一个所述弧形永磁体(1)的凸面(11)与另一个所述弧形永磁体(1)的凹面(12)相对设置且极性相同；

其中，N为大于或等于4的偶数；

2.5D≥H≥1.5D，其中D表示所述弧形永磁体(1)在垂直于转子中心(3)的截面上的厚度，H表示以所述弧形永磁体(1)的凸面(11)最高点(15)为切点的切线与所述弧形永磁体(1)的凹面(12)最低点(18)之间的距离。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(2)能沿旋转方向(5)转动，其中任一个所述弧形永磁体(1)的凸面(11)沿所述旋转方向(5)位于该所述弧形永磁体(1)的凹面(12)的前侧。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，2D≥H≥1.8D。

4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，任一个弧形永磁体(1)具有朝向所述转子铁芯(2)外侧的第一端(16)和朝向所述转子铁芯(2)内侧的第二端(17)。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述弧形永磁体(1)的第一端(16)的凹面(12)与凸面(11)之间的中点为第一中点(13)，该所述弧形永磁体(1)的第二端(17)的凹面(12)与凸面(11)之间的中点为第二中点(14)，所述第一中点(13)、所述第二中点(14)与所述转子中心(3)共线。

6.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，至少一个所述弧形永磁体(1)在垂直于转子中心(3)的截面上的厚度自第二端(17)至第一端(16)逐渐增加。

7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，0.25≥C*H/M²≥0.1，其中，M表示所述弧形永磁体(1)的磁场焦点(19)与所述弧形永磁体(1)的凸面(11)之间的距离，H表示以所述弧形永磁体(1)的凸面(11)最高点(15)为切点的切线与所述弧形永磁体(1)的凹面(12)最低点(18)的距离，C表示所述弧形永磁体(1)在垂直于转子中心(3)的截面上的宽度。

8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述弧形永磁体(1)的第一端(16)的凹面(12)与凸面(11)之间的中点为第一中点(13)，该所述弧形永磁体(1)的第二端(17)的凹面(12)与凸面(11)之间的中点为第二中点(14)，由所述第一中点(13)与所述转子中心(3)形成的第一线段(41)和由所述第二中点(14)与所述转子中心(3)形成的第二线段(42)所呈的夹角为θ，25°≥θ≥10°。

9.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，N个所述弧形永磁体(1)以所述转子铁芯(2)的转子中心(3)为圆心按圆周方向均匀排布。

10.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(2)能沿旋转方向(5)转动，所述弧形永磁体(1)的第一端(16)沿所述旋转方向(5)位于所述弧形永磁体(1)的第二端(17)的前侧。

11.一种永磁电机，包括电机定子和如权利要求1至10任一项的电机转子。