CN106655567A - 一种无铁芯永磁电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明属于永磁电机转子技术领域，具体涉及一种无铁芯永磁电机转子。本发明包括若干个主磁钢，相同数量的副磁钢一和副磁钢二，还包括中空转子轴，副磁钢一与副磁钢二对称安装于主磁钢的两侧，主磁钢、副磁钢一与副磁钢二三块磁钢构成一个磁极，磁极按照N极、S极交替的顺序排列在中空转子轴的外表面上。本发明提供一种无铁芯永磁电机转子，结构简单，可显著降低转子质量和转动惯量，降低转子铁芯损耗，提高电机效率。

Description

一种无铁芯永磁电机转子

技术领域

本发明属于永磁电机转子技术领域，具体涉及一种无铁芯永磁电机转子。

背景技术

随着永磁材料、绝缘材料、电力电子和电机控制技术等相关专业的快速发展，永磁电机技术有了长足的进步和发展。在我国，永磁电机如永磁同步电机和永磁无刷直流电机在航空航天等国防领域以及电力系统、数控机床等工业应用领域有着广泛的应用。

对永磁电机的优化设计，其目的在于提高电机功率重量比密度、提高电机动静态性能。传统永磁电机的基本结构包括定子和转子。转子结构方面一般由转轴、导磁铁芯和磁极三大部分组成。其中，铁芯材料多为导磁性能良好的硅钢片或其他钢材，永磁体多为稀土永磁材料制成。将铁芯套装在转子轴上，其工艺往往为热装，然后将磁极用胶粘接在铁芯外表面，高温固化，如图1所示。可见，这种永磁电机转子不仅结构复杂、体积大、工艺繁复、制造成本高，而且铁芯的存在增大了转子转动惯量，影响电机动态性能，铁芯内部也存在涡流损耗等缺陷降低了电机整体运行效率。

发明内容

本发明解决的问题：本发明提供一种无铁芯永磁电机转子，结构简单，可显著降低转子质量和转动惯量，降低转子铁芯损耗，提高电机效率。

本发明采用的方案：

一种无铁芯永磁电机转子，包括若干个主磁钢，相同数量的副磁钢一和副磁钢二，还包括中空转子轴，副磁钢一与副磁钢二对称安装于主磁钢的两侧，主磁钢、副磁钢一与副磁钢二三块磁钢构成一个磁极，磁极按照N极、S极交替的顺序排列在中空转子轴的外表面上。

所述主磁钢、副磁钢一与副磁钢二三块磁钢构成的磁极，磁极极弧宽度为360°/磁极数，主磁钢的极弧宽度的取值范围为磁极极弧宽度的1/3～2/3。

所述副磁钢一与副磁钢二的充磁方向与主磁钢的充磁方向呈45°～60°机械角度。

所述中空转子轴为不规则多边形，多边形边长与主磁钢底边相等的面为主磁钢安装面，多边形边长与副磁钢一和副磁钢二底边长之和相等的面为副磁钢安装面。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，结构简单紧凑、运行可靠，且永磁磁通经由磁钢内部闭合，漏磁少，同时避免了铁芯损耗，；

(2)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，不规则多边形转子轴结构既可有效增加副磁钢高度，有利于增强副磁钢磁场强度，减小主磁钢漏磁，提高电机转子输出能力，同时，该多边形结构有利于多块磁钢的定位和安装，避免磁钢在转子旋转时沿圆周移动；转子轴设计成空心轴，可进一步减小了转子重量、降低转动惯量；

(3)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，相对于同规格的传统永磁电机，转子质量减小20％～40％，转动惯量减小20％～30％；

(4)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，其组成的各块磁钢极弧宽度可调、磁钢磁化方向各异的结构实现了转子表面磁通可调，进而调节相应电机的输出功率；

(5)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，显著降低了转子铁芯损耗，有效提高了电机效率；

(6)本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，适用于对电机体积、重量、转动惯量有着严苛要求的应用领域。

附图说明

图1为传统永磁电机转子结构示意图；

图2为本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子结构示意图；

图3为本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子磁极(N极)示意图；

图4为传统永磁电机转子铁芯磁力线分布图；

图5为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子轴部分磁力线分布图；

图6为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子主磁钢安装横截面示意图；

图7为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子主磁钢安装三维示意图；

图8为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子副磁钢组合拼接横截面示意图；

图9为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子副磁钢组合拼接三维示意图；

图10为本发明提供的一种无铁芯的永磁电机转子副磁钢组合粘接示意图。

图中：1-主磁钢、2-副磁钢一、3-副磁钢二、4-中空转子轴、5-转子轴、6-导磁铁芯。

具体实施方式

下面结合附图，以“8极”无铁芯永磁电机转子为例，对本发明进一步描述。

如图2所示，本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，包括8个主磁钢1、8个副磁钢一2、8个副磁钢二3和中空转子轴4：副磁钢2一与副磁钢二3对称安装于主磁钢1的两侧，主磁钢1、副磁钢一2与副磁钢二3三块磁钢构成一个磁极，8个磁极按照N极、S极交替的顺序排列在16边形中空转子轴4的外表面上。

如图3所示，以“8极”无铁芯永磁电机转子为例，定义主磁钢1为0角度充磁，即与主磁钢1底边垂直、平行充磁、N极指向转子外表面，副磁钢一2、副磁钢二3分别为-45、+45角度充磁；主磁钢1的极弧宽度为20°机械角度，副磁钢一2、副磁钢二3的极弧宽度为12.5°机械角度，三者之和为45°；主磁钢1、副磁钢一2与副磁钢二3三块磁钢构成N极，保持三块磁钢的位置不变，同时改变三者的磁化方向，即得到S极。

由主磁钢1、副磁钢一2与副磁钢二3三块磁钢构成磁极，磁极极弧宽度为360°/磁极数，主磁钢1的极弧宽度的取值范围为磁极极弧宽度的1/3～2/3，副磁钢一2与副磁钢二3的充磁方向与主磁钢1的充磁方向呈45°～60°机械角度。

中空转子轴4为不规则多边形，多边形边长与主磁钢1底边相等的面为主磁钢安装面，多边形边长与副磁钢一2和副磁钢二3底边长之和相等的面为副磁钢安装面，中空转子轴4材质为不锈钢或其他钢材。

如图4和图5所示，本发明提供的一种无铁芯永磁电机转子，能够将传统永磁电机转子原导磁铁芯处的磁通经由磁钢内部闭合，通过调整主磁钢1的极弧宽度，调节进入气隙的磁通量，进一步可以控制电机最终的输出扭矩、功率等指标。

磁钢与中空转子轴4粘接包括以下步骤：

如图6与图7所示，步骤一：将主磁钢1按照N、S极交替的顺序用胶粘接在中空转子轴4的主磁钢1安装面上；

如图8与图9所示，步骤二：相邻两块副磁钢磁化方向趋于一致，拼接在一起时两者之间产生吸力，故可作为一个整体，粘接在中空转子轴4的副磁钢安装面上；

如图10所示，步骤三：将安装好的磁钢进行高温固化，完成磁钢的安装。

上面结合附图和实施例对本发明进行了描述，显然本发明的具体实现并不受上述方式的限制。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的非实质性改进，或者未经改进，将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无铁芯永磁电机转子，包括若干个主磁钢(1)，相同数量的副磁钢一(2)和副磁钢二(3)，其特征在于：还包括中空转子轴(4)，副磁钢一(2)与副磁钢二(3)对称安装于主磁钢(1)的两侧，主磁钢(1)、副磁钢一(2)与副磁钢二(3)三块磁钢构成一个磁极，磁极按照N极、S极交替的顺序排列在中空转子轴(4)的外表面上。

2.根据权利要求1所述的一种无铁芯永磁电机转子，其特征在于：所述主磁钢(1)、副磁钢一(2)与副磁钢二(3)三块磁钢构成的磁极，磁极极弧宽度为360°/磁极数，主磁钢(1)的极弧宽度的取值范围为磁极极弧宽度的1/3～2/3。

3.根据权利要求2所述的一种无铁芯永磁电机转子，其特征在于：所述副磁钢一(2)与副磁钢二(3)的充磁方向与主磁钢(1)的充磁方向呈45°～60°机械角度。

4.根据权利要求2所述的一种无铁芯永磁电机转子，其特征在于：所述电机转子的磁通经由磁钢内部闭合。

5.根据权利要求1所述的一种无铁芯永磁电机转子，其特征在于：所述中空转子轴(4)为不规则多边形，多边形边长与主磁钢(1)底边相等的面为主磁钢安装面，多边形边长与副磁钢一(2)和副磁钢二(3)底边长之和相等的面为副磁钢安装面。