CN106558931A - 电机及其切向式永磁转子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机及切向式永磁转子，切向式永磁转子包括转子铁芯(2)及设置于所述转子铁芯(2)上的永磁体(1)，所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的外边缘的一侧的宽度为H2，所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧的宽度为H1，H2＞H1。本发明提供的切向式永磁转子，使得靠近转子铁芯的外边缘的永磁体部分的宽度H2较大，而靠近转子铁芯的中心的永磁体部分的宽度H1较小，使得永磁体在两侧(靠近转子铁芯的中心的一侧及靠近转子铁芯的外边缘的一侧)的工作点与现有技术中等宽度的永磁体的工作点一致性较高，进而降低了永磁体局部退磁的效果，确保了电机效率。

Description

电机及其切向式永磁转子
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，特别是涉及一种电机及其切向式永磁转子。
背景技术
永磁体切向磁化结构的电机由于具有“聚磁”效果，较永磁体径向磁化电机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，越来越多地应用于伺服系统、电力牵引、办公自动化及家用电器等场合。
切向永磁电机由于采用单个永磁体并联的磁路结构，永磁体的工作点比径磁电机低。而永磁体多为矩形，其沿转子的径向的宽度基本相同。但是，由于永磁体不同部位承受的退磁磁场强度不相同，造成了同一块永磁体在不同部位的工作点不相同，成的同一块永磁体不同部位的工作点不相同，导致电机整体抗退磁能力的下降。尤其是永磁体越靠近转子外侧承受的退磁磁场越强，进而引起电机效率下降。
因此，如何降低永磁体局部退磁效果，确保电机效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种切向式永磁转子，以降低永磁体局部退磁效果，确保电机效率。本发明还提供了一种具有上述切向式永磁转子的电机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种切向式永磁转子，包括转子铁芯及设置于所述转子铁芯上的永磁体，
所述永磁体靠近所述转子铁芯的外边缘的一侧的宽度为H2，所述永磁体靠近所述转子铁芯的中心的一侧的宽度为H1，H2＞H1。
优选地，上述切向式永磁转子中，2.2≥H2/H1≥1.2。
优选地，上述切向式永磁转子中，相邻两个永磁体之间导磁通道的最大夹角为A2，所述永磁体的最小夹角为A1；A2≥A1；
A1为所述永磁体靠近所述转子铁芯的外边缘的一侧的面的两端分别与所述转子铁芯的中心之间的连线的夹角；A2为相邻两个所述永磁体之间的导磁通道靠近所述转子铁芯的外边缘的一侧的面的两端分别与所述转子铁芯的中心之间的连线的夹角。
优选地，上述切向式永磁转子中，A2≤1.6A1。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述永磁体沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为等腰梯形，其上底位于靠近所述转子铁芯的中心的一侧。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述永磁体沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为不等腰梯形，其上底位于靠近所述转子铁芯的中心的一侧，其腰包括位于所述切向式永磁转子的旋转方向前侧的第一腰及位于所述切向式永磁转子的旋转方向后侧的第二腰；所述第一腰的长度大于所述第二腰的长度。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述转子铁芯具有位于所述永磁体靠近所述转子铁芯的外边缘的一侧的外侧隔磁桥；
所述外侧隔磁桥包括位于所述切向式永磁转子旋转方向前侧的第一外侧隔磁桥及位于所述切向式永磁转子旋转方向后侧的第二外侧隔磁桥；
第一外侧隔磁桥的厚度B1大于第二外侧隔磁桥的厚度B2，第一外侧隔磁桥的长度D1小于第二外侧隔磁桥的长度D2。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述转子铁芯还具有位于相邻两个所述永磁体靠近所述转子铁芯的中心的一侧之间的内侧隔磁结构；
所述内侧隔磁结构沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为三角形或梯形结构，其小端朝向所述转子铁芯的中心。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述内侧隔磁结构与位于其所述切向式永磁转子旋转方向前侧的所述永磁体之间形成的第一内侧隔磁桥，所述内侧隔磁结构与位于其所述切向式永磁转子旋转方向后侧的所述永磁体之间形成的第二内侧隔磁桥；
所述第一内侧隔磁桥的厚度C1大于所述第二内侧隔磁桥的厚度C2。
优选地，上述切向式永磁转子中，所述永磁体的中线位于其直径线的所述切向式永磁转子旋转方向前侧；
所述直径线为垂直于该永磁体靠近所述转子铁芯的中心的一侧的所述转子铁芯的直径所在的直线。
本发明还提供了一种电机，包括切向式永磁转子，所述切向式永磁转子为如上述任一项所述的切向式永磁转子。
本发明提供的切向式永磁转子，使得靠近转子铁芯的外边缘的永磁体部分的宽度H2较大，而靠近转子铁芯的中心的永磁体部分的宽度H1较小，使得永磁体在两侧(靠近转子铁芯的中心的一侧及靠近转子铁芯的外边缘的一侧)的工作点与现有技术中等宽度的永磁体的工作点一致性较高，进而降低了永磁体局部退磁的效果，确保了电机效率。
本发明还提供了一种具有上述切向式永磁转子的电机。由于上述切向式永磁转子具有上述技术效果，具有上述切向式永磁转子的电机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的切向式永磁转子的第一种结构示意图；
图2为本发明所提供的切向式永磁转子的永磁体宽度比值与磁链的关系示意图；
图3为本发明所提供的切向式永磁转子的夹角比值与退磁电流及输出转矩的关系示意图；
图4为本发明所提供的切向式永磁转子的第二种结构示意图；
图5为本发明所提供的切向式永磁转子的第三种结构示意图；
图6为本发明所提供的切向式永磁转子的第四种结构示意图；
图7为本发明所提供的切向式永磁转子的第五种结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种切向式永磁转子，以降低永磁体局部退磁效果，确保电机效率。本发明还提供了一种具有上述切向式永磁转子的电机。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的切向式永磁转子的第一种结构示意图；图2为本发明所提供的切向式永磁转子的永磁体宽度比值与磁链关系示意图。
在这一具体实施方式中，切向式永磁转子包括转子铁芯2及设置于转子铁芯2上的永磁体1，其中，永磁体1的数量为偶数个且均匀设置于转子铁芯2上，相邻两个永磁体1的同极相对。
在本实施例中，永磁体1靠近转子铁芯2的外边缘的一侧的宽度为H2，永磁体1靠近转子铁芯2的中心的一侧的宽度为H1，H2＞H1。
本发明实施例提供的切向式永磁转子，使得靠近转子铁芯2的外边缘的永磁体部分的宽度H2较大，而靠近转子铁芯2的中心的永磁体部分的宽度H1较小，使得永磁体1在两侧(靠近转子铁芯2的中心的一侧及靠近转子铁芯2的外边缘的一侧)的工作点与现有技术中等宽度的永磁体的工作点一致性较高，进而降低了永磁体局部退磁的效果，确保了电机效率。
进一步地，本发明实施例提供的切向式永磁转子中，永磁体1两侧的宽度取值范围是：2.2≥H2/H1≥1.2。
下面，结合图2进行说明：
研究发现，在电机带负载运行时，永磁体1靠近转子外侧的工作点要低于靠近内侧的部分，而永磁体产生定子磁通的部分主要集中在转子外侧，通过将永磁体靠近外侧的宽度H2设置成大于靠近转子内侧的宽度H1，可有效提高永磁体1靠近转子外侧部分的工作点，进一步的由于外侧厚度的增加，使得定子外加在转子上的反向磁场更多的施加在永磁体靠近转子内侧的位置，使得永磁体1在工作点较高的位置承受退磁磁场大，工作点较低的位置承受退磁磁场小，使得整块永磁体的磁场更加均匀，电机永磁产生的气隙磁密谐波含量更低。但是，H2/H1的值也不是越高越好，当H2/H1＞2.2时，定子磁链基本不再增加，进而使得定子磁通不再增加。因此，为了确保永磁体1的利用率，降低成本，永磁体1中，2.2≥H2/H1。
进一步的为了达到更佳的效果，通过将H2/H1≥1.2时，定子磁链增加更加明显，使电机具有更高的效率。
此外，通过有限元仿真发现，转子磁通都的通过两个相邻永磁体中间的硅钢片导磁通道进入定子，而在电机重负载时，此处最容易发生磁路饱和导致电机转矩下降，通过将相邻两个永磁体1之间导磁通道的最大夹角为A2，与永磁体1的最小夹角为A1设置成A2≥A1。如图2所示，A1为永磁体1靠近转子铁芯2的外边缘的一侧的面的两端分别与转子铁芯2的中心之间的连线的夹角；A2为相邻两个永磁体1之间的导磁通道靠近转子铁芯2的外边缘的一侧的面的两端分别与转子铁芯2的中心之间的连线的夹角。如图3所示，使得相邻两个永磁体1之间的导磁通道在重负载下不发生明显饱和，确保电机的输出转矩不下降。
进一步地，永磁体之间导磁通道也不是越大越好，随着A2角度的增大，容易导致电机的抗退磁能力下降，如图3所示，优选为A2小于或等于1.6倍的A1。因此，本实施例中，1≤A2/A1≤1.6。
如图1所示，在本实施例中，永磁体1沿垂直于切向式永磁转子的轴线的截面形状为等腰梯形，其上底位于靠近转子铁芯2的中心的一侧。通过上述设置，使得永磁体1为中心对称结构，该中心线为等腰梯形的中线。通过上述设置，方便了永磁体1的加工及装配。
如图4所示，在本实施例中，永磁体1沿垂直于切向式永磁转子的轴线的截面形状为不等腰梯形，其上底位于靠近转子铁芯2的中心的一侧，其腰包括位于切向式永磁转子的旋转方向前侧的第一腰及位于切向式永磁转子的旋转方向后侧的第二腰；第一腰的长度大于第二腰的长度。通过上述设置，使得永磁体1位于切向式永磁转子的旋转方向前侧的面的面积大于永磁体1位于切向式永磁转子的旋转方向后侧的面的面积，以便于使永磁体1产生更大的定子磁通。
转子铁芯2具有位于永磁体1靠近转子铁芯2的外边缘的一侧的外侧隔磁桥；外侧隔磁桥包括位于切向式永磁转子旋转方向前侧的第一外侧隔磁桥及位于切向式永磁转子旋转方向后侧的第二外侧隔磁桥。即，第一外侧隔磁桥与第二外侧隔磁桥之和小于永磁体1的宽度H2。通过上述设置，保证了永磁体1固定在转子铁芯2的内部，同时，减少了永磁体1在切向式永磁转子外侧的漏磁。电机旋转时，切向式永磁转子的外侧第一外侧隔磁桥与第二外侧隔磁桥所承受的应力是不相同的，切向式永磁转子旋转方向前侧的第一外侧隔磁桥应力始终大于后侧的第二外侧隔磁桥，为此，第一外侧隔磁桥的厚度B1大于第二外侧隔磁桥的厚度B2，第一外侧隔磁桥的长度D1小于第二外侧隔磁桥的长度D2。通过上述设置，减少了应力集中，增强了切向式永磁转子的机械强度。
如图5和图6所示，更进一步地，转子铁芯2还具有位于相邻两个永磁体1靠近转子铁芯2的中心的一侧之间的内侧隔磁结构；内侧隔磁结构沿垂直于切向式永磁转子的轴线的截面形状为三角形或梯形结构，其小端朝向转子铁芯2的中心。相邻两个永磁体1之间设置有两个隔磁桥，为了简化结构布置，两个隔磁桥均位于内侧隔磁结构内。由于永磁体1为梯形结构，使得两个隔磁桥分别为内侧隔磁结构的两个边，且二者间具有夹角，使得内侧隔磁结构的沿垂直于切向式永磁转子的轴线的截面形状为三角形或梯形结构，进而使得两个永磁体1之间的硅钢片结构强度更好，不容易倾斜，进而保证转子铁芯2中容纳永磁体1的永磁体槽的尺寸稳定性。
进一步地，内侧隔磁结构与位于其切向式永磁转子旋转方向前侧的永磁体1之间形成的第一内侧隔磁桥，内侧隔磁结构与位于其切向式永磁转子旋转方向后侧的永磁体1之间形成的第二内侧隔磁桥；第一内侧隔磁桥的厚度C1大于所述第二内侧隔磁桥的厚度C2。通过上述设置，避免了第一内侧隔磁桥的应力集中。
如图7所示，永磁体1的中线位于其直径线的切向式永磁转子旋转方向前侧；直径线为垂直于该永磁体1靠近转子铁芯2的中心的一侧的转子铁芯2的直径所在的直线。
通过上述设置，使得永磁体1向转子转动方向前侧倾斜，进而使得电机在相同电流下能够产生更大的转矩，并使得电机转矩脉动下降，降低了电机的电磁噪音。
本发明实施例还提供了一种电机，包括切向式永磁转子，切向式永磁转子为如上述任一种的切向式永磁转子。由于上述切向式永磁转子具有上述技术效果，具有上述切向式永磁转子的电机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
以上对本发明所提供的切向式永磁转子进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种切向式永磁转子，包括转子铁芯(2)及设置于所述转子铁芯(2)上的永磁体(1)，其特征在于，
所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的外边缘的一侧的宽度为H2，所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧的宽度为H1，H2＞H1。
2.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，2.2≥H2/H1≥1.2。
3.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，相邻两个永磁体(1)之间导磁通道的最大夹角为A2，所述永磁体(1)的最小夹角为A1；A2≥A1；
A1为所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的外边缘的一侧的面的两端分别与所述转子铁芯(2)的中心之间的连线的夹角；A2为相邻两个所述永磁体(1)之间的导磁通道靠近所述转子铁芯(2)的外边缘的一侧的面的两端分别与所述转子铁芯(2)的中心之间的连线的夹角。
4.根据权利要求3所述的切向式永磁转子，其特征在于，A2≤1.6A1。
5.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述永磁体(1)沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为等腰梯形，其上底位于靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧。
6.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述永磁体(1)沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为不等腰梯形，其上底位于靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧，其腰包括位于所述切向式永磁转子的旋转方向前侧的第一腰及位于所述切向式永磁转子的旋转方向后侧的第二腰；所述第一腰的长度大于所述第二腰的长度。
7.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述转子铁芯(2)具有位于所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的外边缘的一侧的外侧隔磁桥；
所述外侧隔磁桥包括位于所述切向式永磁转子旋转方向前侧的第一外侧隔磁桥及位于所述切向式永磁转子旋转方向后侧的第二外侧隔磁桥；
第一外侧隔磁桥的厚度B1大于第二外侧隔磁桥的厚度B2，第一外侧隔磁桥的长度D1小于第二外侧隔磁桥的长度D2。
8.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述转子铁芯(2)还具有位于相邻两个所述永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧之间的内侧隔磁结构；
所述内侧隔磁结构沿垂直于所述切向式永磁转子的轴线的截面形状为三角形或梯形结构，其小端朝向所述转子铁芯(2)的中心。
9.根据权利要求8所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述内侧隔磁结构与位于其所述切向式永磁转子旋转方向前侧的所述永磁体(1)之间形成的第一内侧隔磁桥，所述内侧隔磁结构与位于其所述切向式永磁转子旋转方向后侧的所述永磁体(1)之间形成的第二内侧隔磁桥；
所述第一内侧隔磁桥的厚度C1大于所述第二内侧隔磁桥的厚度C2。
10.根据权利要求1所述的切向式永磁转子，其特征在于，所述永磁体(1)的中线位于其直径线的所述切向式永磁转子旋转方向前侧；
所述直径线为垂直于该永磁体(1)靠近所述转子铁芯(2)的中心的一侧的所述转子铁芯(2)的直径所在的直线。
11.一种电机，包括切向式永磁转子，其特征在于，所述切向式永磁转子为如权利要求1-10任一项所述的切向式永磁转子。
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