CN107947407A - 一种永磁转子及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种永磁转子及永磁电机，涉及电机技术领域。主要采用的技术方案为：一种永磁转子包括转子轴和多个转子段；其中，转子段套装在转子轴上；转子段包括转子铁芯和周向均匀分布在转子铁芯上的多个磁体；其中，相邻两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)；其中，N为每个转子段中的磁体数量；α为允许的误差角度。一种永磁电机包括上述的永磁转子。本发明主要用于减弱永磁电机的齿槽转矩，从而减少因齿槽转矩引起的电机的电磁振动和电磁噪音。

Description

一种永磁转子及永磁电机

技术领域

本发明涉及一种电机技术领域，特别是涉及一种永磁转子及永磁电机。

背景技术

目前，永磁电机(如，永磁同步电机和无刷直流电机)一般都是采用永磁转子(又称为永磁体转子)。其中，永磁转子的结构有多种，如塑磁转子、磁钢内嵌式转子、磁钢外粘式转子。

在此，以磁钢外粘式转子为例对永磁转子具体说明如下：如图1所示，磁钢外粘式转子由转子轴11和转子铁芯12及磁钢13组成。一般情况下，由于安装和性能方面的原因，电机可能采用转子铁芯比较长的结构。转子铁芯长会造成磁钢也比较长，而磁钢性能偏脆，细长磁钢则成品合格率低，成本较高；工艺上会采用二圈短磁钢(每圈端磁钢由多片短磁钢相接围成)对接的方式，粘在转子铁芯上(参见图2)，电机性能不会受影响。更特殊的是，如图3所示的这种“细长型”转子，甚至需要3-4圈磁钢对接并粘结在转子铁芯上。采用上述较长转子铁芯结构的电机存在齿槽转矩大的问题，容易造成电机的电磁振动和噪音。因此，如何减弱(或消除)齿槽转矩，是这类长转子电机需要解决的技术问题。

现有技术针主要采用定子斜槽或转子斜磁钢这两种技术方案来削弱永磁电机的齿槽转矩。但是，该两种方案分别存在如下技术问题：

(1)对于定子斜槽，在采用嵌线工艺方案时，操作与直槽区别不大，但崁线工艺本身生产效率低，不适合大批量生产；在采用绕线工艺方案时，则工艺难度增大。

(2)对于转子斜磁钢，转子采用斜磁钢结构时，会产生轴向电磁力，降低电机效率。另外，斜磁钢的制作和充磁都更困难，成本更高。

另外，以上两种方案，电磁力都会产生轴向分量，降低电机效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种永磁转子及永磁电机，主要目的在于减弱永磁电机的齿槽转矩。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种永磁转子；其中，所述永磁转子包括：

转子轴；

多个转子段，所述转子段套装在所述转子轴上；其中，所述转子段包括转子铁芯和周向均匀分布在所述转子铁芯上的多个磁体；

其中，相邻两个所述转子段的磁体在所述永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)；

其中，N为每个转子段中的磁体数量；α为允许的误差角度。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选地，所述0°≤α≤1°。

优选地，所述转子段中的磁体均匀地分布在所述转子铁芯的外周面上。

优选地，所述转子段的磁体按照N-S极交替地分布在所述转子铁芯的外周面上。

优选地，所述磁体的内表面与所述转子铁芯的外周面相适配。

优选地，所述转子段中的磁体均匀地内嵌在所述转子铁芯中。

优选地，所述转子段中的磁体按照N-S极交替地内嵌在所述转子铁芯中。

优选地，所述转子铁芯上设置有磁极容置槽；其中，所述磁极容置槽的数量与所述磁体的数量一致，且一一对应；所述磁体嵌入与其对应的磁极容置槽中。

优选地，所述磁体为瓦状结构；和/或所述磁体选用磁钢。

另一方面，本发明的实施例提供一种永磁电机，其中，所述永磁电机包括上述任一项所述的永磁转子。

与现有技术相比，本发明的一种永磁转子及永磁电机至少具有下列有益效果：

本发明实施例提供的永磁转子通过将套装在转子轴上的转子沿着轴向方向分成多个转子段，使相邻的两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)，达到在永磁电机运行时，能减弱齿槽转矩，及减弱因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音。

进一步地，本发明实施例中的永磁转子为磁体均匀地排布在转子铁芯外周面上的磁体外粘式转子，使磁体外粘式转子中相邻的两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位360°/2N，以实现减弱永磁电机的齿槽转矩，及减少因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音的目的，且同时不产生有害的轴向电磁力。

进一步地，本发明实施例中的永磁转子为磁体沿圆周方向均匀地内嵌在转子铁芯上的磁体内嵌式永磁转子；并通过使磁体内嵌式永磁转子中相邻的两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位360°/2N，以实现减弱永磁电机的齿槽转矩，及减少因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音的目的。

另一方面，本发明实施例还提供一种永磁电机，该永磁电机包括上述的永磁转子，因此，本发明实施例的永磁电机的齿槽转矩较弱，且因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音较小。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有技术中的一种永磁转子的结构示意图；

图2是现有技术中的另一种永磁转子的结构示意图；

图3是现有技术中的一种细长型转子的结构示意图；

图4是本发明的一实施例提供的一种包括两个转子段的永磁转子的结构示意图；

图5是本发明的一实施例提供的一种包括三个转子段的永磁转子的结构示意图；

图6是本发明的一实施例提供的一种包括四个转子段的永磁转子的结构示意图；

图7是本发明的另一实施例提供的一种永磁转子的结构主视图；

图8是图7所示永磁转子的结构透视图；

图9是图7所示永磁转子的结构侧透视图；

图10是永磁转子结构的齿槽力矩在转子表面分布的简化图；其中，波形1是图2所示的永磁转子的齿槽力矩在转子表面分布的简化图、波形2是图4所示的永磁转子的齿槽力矩在转子表面分布的简化图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

本实施例提供一种永磁转子，如图4至图9所示，本实施例的永磁转子包括转子轴2和多个转子段3。其中，转子段3依次套装在转子轴2上。每个转子段3包括转子铁芯31和周向均匀分布在转子铁芯31上的多个磁体32。其中，任意相邻两个转子段3的磁体32在永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)；其中，N为每个转子段3中的磁体数量；α为允许的误差角度。

如图10所示，与现有技术相比，本实施例提供的永磁转子通过将套装在转子轴2上的转子沿着轴向方向分成多个转子段，使相邻的两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)，达到在永磁电机运行时，能减弱齿槽转矩，及减少因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音，且同时不产生有害的轴向电磁力。

另外，需要说明的是：相关技术虽然提出相邻转子段上的磁体错位设置，但是，现有相关技术提出的错位角度(如，10-15°)仅能将图10所示的齿槽力矩在转子表面分布的波峰加宽，而降低波峰有限，而本实施例的方案主要是降低波峰，最大可以降低二分之一，(详见图10中的波形2)，进而能很好地减弱电机的齿槽转矩引起的电机振动和噪声。

在此，以永磁转子包括两个转子段为例，具体说明本实施例提出的永磁转子与现有技术中磁体错位设置的转子的区别如下：

第一、现有技术中沿着转子轴方向相互错位的磁体，仍然属于转子的同1极，但磁力有2个峰值，每个峰值都比未错位时低。而本发明中，转子的每1极只有一个磁力峰值，但在360°的一个周期内，峰值数量是未错位时的两倍，且均匀分布，因此可以认为转子极数加倍，且磁力峰值降低了。

第二、与采用未错位设置转子的电机相比：现有技术提出的转子段的错位角度使电机最大转矩下降比较少，平均转矩不变；而本实施例提出的错位角度能使电机最大转矩下降比较多，平均转矩也不变，而且本发明实施例提出的转子段的错位角度能缩小电机最大转矩和最小转矩之间的差距(降低最大转矩，同时提高最小转矩)，电机运转更平稳(电磁振动和电磁噪声更低)。

第三、如果电机要求短时过载能力强，则采用现有技术提出的错位角度转子的电机有优势；如果电机对振动和噪声要求高，则本实施例提出的转子有优势。

较佳地，本实施例及下述实施例中的磁体为瓦状结构(如，磁瓦)，材质为磁钢。

本实施例中的0°≤α≤1°。

实施例2

较佳地，本实施例提供一种永磁转子，与上一实施例相比，本实施例中的永磁转子为磁体外粘式转子，具体地，如图4至图6所示，本实施例中的永磁转子包括多个转子段3；每个转子段3中的磁体32均匀地分布在转子铁芯31的外周面上。较佳地，转子段3上的磁体32按照N-S极交替地分布在转子铁芯31的外周面上。较佳地，磁体32的内表面与转子铁芯31的外周面相适配。

较佳地，转子铁芯31的外周面上设置有多条轴向凸起的筋线，且多条筋线沿着圆周方向均匀分布；任意相邻的两条筋线之间均安装有一磁体，以限制磁体在圆周方向的位置。

如图4至图6所示，对于磁体外粘式转子而言，相邻的两个转子段3的磁体32在永磁转子的圆周方向上错位设置360°/2N，使得相邻两个转子段3，如第一转子段和第二转子段，那么第一转子段上磁体的磁极中心线和第二转子段上相邻的两个磁体的间隙的中心线对齐设置。较佳地，转子段3上的磁体之间接触设置。

本实施例使磁体外粘式转子中相邻的两个转子段的磁体32在永磁转子的圆周方向上错位360°/2N，以实现减弱永磁电机的齿槽转矩，及减少因齿槽转矩引起的电机的电磁振动和电磁噪音的目的。

实施例3

较佳地，本实施例提供一种永磁转子，与上述实施例相比，本实施例中的永磁转子磁钢内嵌式转子，具体地，如图7至图9所示，本实施例永磁转子的转子段中的磁体32均匀地内嵌在转子铁芯31中。并且，转子段中的磁体32按照N-S极交替地内嵌在转子铁芯31中。

较佳地，转子铁芯31上设置有磁极容置槽；其中，磁极容置槽的数量与磁体的数量一致，且一一对应；磁体32嵌入与其对应的磁极容置槽中。

较佳地，如图8和图9所示，以永磁转子包括两段转子段为例进行如下说明：本实施例中的永磁转子包括第一转子段311和第二转子段312；第一转子段311上内嵌有四个第一磁体321，且多个第一磁体321沿第一转子段311的周向排布；第二转子段312上内嵌有四个第二磁体322，且四个第二磁体322沿第二转子段312的周向排布；其中，第一磁体321相对于第二磁体322沿永磁转子的圆周方向错位22.5°

本实施例使磁体内嵌式转子中相邻的两个转子段的磁体32在永磁转子的圆周方向上错位360°/2N，以实现减弱永磁电机的齿槽转矩，及减少因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音的目的。

较佳地，磁体内嵌式转子中的磁体32可以为方形，也可以为圆弧形。

实施例4

本实施例主要介绍一下上述实施例的永磁转子的制作方法，主要可以采用如下两种制作方式：

第一种是：先将多个转子段(包括转子铁芯及分布在转子铁芯上的磁体)制作好；再将制作好的多个转子段依次套装在转子轴上，在套装过程中，使相邻的两个转子段的磁体在永磁转子的圆周方向上错位360°/2N。

该种制作方式对于磁体外粘式永磁转子(如实施例2所述的永磁转子)、磁体内嵌式永磁转子(实施例3所述的永磁转子)均适用。

第二种是：先将多个转子段中转子铁芯分段套装在转子轴上，并通过工装对转子铁芯段进行圆周方向的定位(即，提前将转子铁芯段之间错位360°/2N)，最后将磁体粘在转子铁芯段上。该种制作方法仅适用于磁体外粘式永磁转子(如实施例2所述的永磁转子)。

实施例5

本实施例提供一种永磁电机，本实施例的永磁电机包括上述任一实施例所述的永磁转子。因此，本发明实施例的永磁电机的齿槽转矩较弱，且因齿槽转矩引起的电机振动和电磁噪音较小。

综上所述，本发明实施例提供的永磁转子及永磁电机，利用了长转子的磁体分段的特点，进行圆周方向的错位，抹平了永磁电机径向力波的振幅，无需增加新的物料，也无需较大的结构变动，同时制作工艺还容易实现。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种永磁转子，其特征在于，所述永磁转子包括：

转子轴；

多个转子段，所述转子段套装在所述转子轴上；其中，所述转子段包括转子铁芯和周向均匀分布在所述转子铁芯上的多个磁体；

其中，相邻两个所述转子段的磁体在所述永磁转子的圆周方向上错位设置，且错位角度为(360°/2N±α)；

其中，N为每个转子段中的磁体数量；α为允许的误差角度。

2.根据权利要求1所述的永磁转子，其特征在于，所述0°≤α≤1°。

3.根据权利要求1所述的永磁转子，其特征在于，所述转子段中的磁体均匀地分布在所述转子铁芯的外周面上。

4.根据权利要求3所述的永磁转子，其特征在于，所述转子段的磁体按照N-S极交替地分布在所述转子铁芯的外周面上。

5.根据权利要求3所述的永磁转子，其特征在于，所述磁体的内表面与所述转子铁芯的外周面相适配。

6.根据权利要求1所述的永磁转子，其特征在于，所述转子段中的磁体均匀地内嵌在所述转子铁芯中。

7.根据权利要求6所述的永磁转子，其特征在于，所述转子段中的磁体按照N-S极交替地内嵌在所述转子铁芯中。

8.根据权利要求6所述的永磁转子，其特征在于，所述转子铁芯上设置有磁极容置槽；其中，所述磁极容置槽的数量与所述磁体的数量一致，且一一对应；所述磁体嵌入与其对应的磁极容置槽中。

9.根据权利要求1-8任一项所述的永磁转子，其特征在于，所述磁体为瓦状结构；和/或所述磁体选用磁钢。

10.一种永磁电机，其特征在于，所述永磁电机包括权利要求1-9任一项所述的永磁转子。