CN107994704A - 电机转子和永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机转子和永磁电机。该电机转子包括转子铁芯(1)和设置在转子铁芯(1)内的多个磁极，各磁极包括两个第一永磁体(2)和两个第二永磁体(3)，两个第一永磁体(2)关于电机d轴对称，两个第二永磁体(3)关于电机d轴对称，同一磁极内，第二永磁体(3)相对于第一永磁体(2)靠近电机d轴设置，第一永磁体(2)的矫顽力低于第二永磁体(3)的矫顽力。根据本发明的电机转子，能够提高电机低频运行效率，提高电机性能。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机转子和永磁电机。
背景技术
传统永磁电机依靠永磁体提供磁通，但永磁体提供磁场固定，电机内部磁场难以调节，使永磁电机难以兼顾高频和低频时的效率。且在供电电源电压固定的情况下，限制了电机的最高运行频率。目前，大多永磁电机只能通过弱磁控制扩大运行范围，为保证高频的运行正常及高效，电机反电势设计不能太高，导致低频效率受限。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机转子和永磁电机，能够提高电机低频运行效率，提高电机性能。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯内的多个磁极，各磁极包括两个第一永磁体和两个第二永磁体，两个第一永磁体关于电机d轴对称，两个第二永磁体关于电机d轴对称，同一磁极内，第二永磁体相对于第一永磁体靠近电机d轴设置，第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力。
优选地，位于同一磁极的两个第二永磁体形成V形结构，V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置。
优选地，转子铁芯还包括第一安装槽和第三安装槽，第一永磁体设置在第一安装槽内，第三安装槽与第一安装槽相连，并沿第一安装槽的径向向内侧延伸。
优选地，在电机转子的横截面上，第一安装槽的周向宽度H1与第三安装槽的周向宽度H2之间的关系满足2H2≤H1≤2.6H2。
优选地，当第一永磁体从第一安装槽延伸至第三安装槽内时，在电机转子的横截面上，第一永磁体的径向长度为L1，第一安装槽的径向外边缘至第三安装槽的径向内边缘之间的径向长度为L，其中L1和L满足0.25L≤L1≤L。
优选地，转子铁芯还包括中心转轴、中心轴孔和第二安装槽，中心转轴设置在中心轴孔内，第二永磁体设置在第二安装槽内，当中心转轴为非导磁轴时，第三安装槽与第二安装槽的交汇点与中心轴孔之间的最小距离L2满足0.5L≤L2≤0.7L；当中心转轴为导磁轴时，第三安装槽与第二安装槽的交汇点与中心轴孔之间的最小距离L2满足0.3L≤L2≤0.5L。
优选地，相邻的两个磁极中，相邻的两个第三安装槽之间的夹角为θ4，其中，0°≤θ4≤15°。
优选地，在电机转子的横截面上，位于同一磁极的两个第二永磁体之间的夹角为θ，第一永磁体的靠近第二永磁体的侧边与第二永磁体的靠近第一永磁体的侧边之间的夹角为θ2，磁极的机械角度为θ3，其中，0.5θ3≤θ≤0.7θ3；0.7θ3≤θ2≤1.3θ3。
优选地，在电机转子的横截面上，转子铁芯还包括设置在第一永磁体靠近第二永磁体一侧的第一隔磁槽，第一隔磁槽沿着远离第一永磁体的方向向着转子外圆延伸。
优选地，第一隔磁槽靠近第二永磁体一侧的侧边与第一永磁体靠近第二永磁体一侧的侧边之间的夹角为θ1，磁极的机械角度为θ3，其中0.3θ3≤θ1≤0.5θ3。
优选地，第一隔磁槽靠近第一永磁体一侧的侧边为弧形，第一隔磁槽远离第一永磁体一侧的侧边为直边。
优选地，转子铁芯还包括第一安装槽，第一永磁体设置在第一安装槽内，第一隔磁槽与第一安装槽间隔设置，第一隔磁槽的径向外边缘与转子外圆之间的距离不变，第一隔磁槽的径向内边缘与第一永磁体的径向内边缘之间的间距H3随第一永磁体的径向长度的变化而变化，且H3满足0≤H3≤1。
优选地，转子铁芯还设置有第二隔磁槽，第二隔磁槽设置在第三安装槽远离第二永磁体的一侧。
优选地，磁极还包括两个第三永磁体，第三永磁体位于第一永磁体的径向内侧，并与第二永磁体形成V形结构，第三永磁体的矫顽力高于第一永磁体的矫顽力。
优选地，第三永磁体沿第一永磁体的径向延伸，并与第一永磁体间隔设置。
优选地，当转子铁芯包括第三安装槽时，第三永磁体设置在第三安装槽内。
优选地，第一永磁体为铝镍钴、钐钴、铁氧体磁钢，第二永磁体和第三永磁体为钕铁硼磁钢。
根据本发明的另一方面，提供了一种永磁电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
本发明提供的电机转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯内的多个磁极，各磁极包括两个第一永磁体和两个第二永磁体，两个第一永磁体关于电机d轴对称，两个第二永磁体关于电机d轴对称，同一磁极内，第二永磁体相对于第一永磁体靠近电机d轴设置，第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力。由于同一磁极内，第二永磁体相对于第一永磁体靠近电机d轴设置，且第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力，因此在电机转子运行过程中，可以通过控制器中施加相应的充退磁电流，从而达到电机磁通变化的目的，从而实现低频高反电势运行，高频低反电势运行，提高电机低频运行效率，提高电机运行性能。
附图说明
图1为本发明实施例的电机转子的结构图；
图2为本发明实施例的电机转子的第一结构关系图；
图3为本发明实施例的电机转子的第二结构关系图；
图4为本发明实施例的电机转子的第三结构关系图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；2、第一永磁体；3、第二永磁体；4、第三永磁体；5、第一安装槽；6、第二安装槽；7、第三安装槽；8、中心轴孔；9、第一隔磁槽；10、第二隔磁槽；11、中心转轴。
具体实施方式
结合参见图1至4所示，根据本发明的实施例，电机转子包括转子铁芯1和设置在转子铁芯1内的多个磁极，各磁极包括两个第一永磁体2和两个第二永磁体3，两个第一永磁体2关于电机d轴对称，两个第二永磁体3关于电机d轴对称，同一磁极内，第二永磁体3相对于第一永磁体2靠近电机d轴设置，第一永磁体2的矫顽力低于第二永磁体3的矫顽力。
由于同一磁极内，第二永磁体3相对于第一永磁体2靠近电机d轴设置，且第一永磁体2的矫顽力低于第二永磁体3的矫顽力，因此在电机转子运行过程中，可以通过控制器中施加相应的充退磁电流，从而达到电机磁通变化的目的，从而实现低频高反电势运行，高频低反电势运行，提高电机低频运行效率，提高电机运行性能。
优选地，位于同一磁极的两个第二永磁体3形成V形结构，V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置，从而可以使第二永磁体3的结构布置更加合理，更加有效地提高电机低频运行效率，提高电机运行性能。
优选地，转子铁芯1还包括第一安装槽5和第三安装槽7，第一永磁体2设置在第一安装槽5内，第三安装槽7与第一安装槽5相连，并沿第一安装槽5的径向向内侧延伸。第三安装槽7可以作为第一安装槽5的延伸来安装第一永磁体2，从而使得第一永磁体2的径向长度可以根据需要进行调节，加大第一永磁体2的尺寸范围，增大电机调磁范围，实现更宽的运行频率设计。第三安装槽7也可以作为安装第三永磁体4的安装槽，从而能够在第一永磁体2的径向内侧设置矫顽力大于第一永磁体2的第三永磁体4，提高电机性能调整的灵活性。该第三安装槽7可以用来设置第一永磁体2，从而增加第一永磁体2的径向长度，增大电机调磁范围，也可以用来设置第三永磁体4，改善电机的工作性能。
优选地，在电机转子的横截面上，第一安装槽5的周向宽度H1与第三安装槽7的周向宽度H2之间的关系满足2H2≤H1≤2.6H2。
优选地，当第一永磁体2从第一安装槽5延伸至第三安装槽7内时，在电机转子的横截面上，第一永磁体2的径向长度为L1，第一安装槽5的径向外边缘至第三安装槽7的径向内边缘之间的径向长度为L，其中L1和L满足0.25L≤L1≤L，从而可以使得第一永磁体2的径向长度具有较大的调整范围，改变电机的调磁范围。
通过对第一安装槽5和第三安装槽7的结构尺寸进行设计优化，能够在保证电机性能的同时，减低电机充退磁电流，缓解变频器成本，提高电机工作性能。
优选地，转子铁芯1还包括中心转轴11、中心轴孔8和第二安装槽6，中心转轴11设置在中心轴孔8内，第二永磁体3设置在第二安装槽6内，当中心转轴11为非导磁轴时，第三安装槽7与第二安装槽6的交汇点与中心轴孔8之间的最小距离L2满足0.5L≤L2≤0.7L；当中心转轴11为导磁轴时，第三安装槽7与第二安装槽6的交汇点与中心轴孔8之间的最小距离L2满足0.3L≤L2≤0.5L。
由于L2的尺寸会影响到转子磁路，且中心转轴11是否为导磁轴，也会对转子磁路造成影响，因此，在设计L2的尺寸时，需要考虑到中心转轴11的材质影响，从而使得L2的尺寸设计更加合理，减小L2尺寸对转子磁路的影响。
优选地，相邻的两个磁极中，相邻的两个第三安装槽7之间的夹角为θ4，其中，0°≤θ4≤15°，以避免角度过大影响整体永磁体的长度。
优选地，在电机转子的横截面上，位于同一磁极的两个第二永磁体3之间的夹角为θ，第一永磁体2的靠近第二永磁体3的侧边与第二永磁体3的靠近第一永磁体2的侧边之间的夹角为θ2，磁极的机械角度为θ3，其中，0.5θ3≤θ≤0.7θ3；0.7θ3≤θ2≤1.3θ3。通过该结构，能够合理设计第一永磁体2和第二永磁体3的结构，提升电机性能。
优选地，在电机转子的横截面上，转子铁芯1还包括设置在第一永磁体2靠近第二永磁体3一侧的第一隔磁槽9，第一隔磁槽9沿着远离第一永磁体2的方向向着转子外圆延伸。由于两种永磁体的矫顽力相差较大，导致电机在正常运行过程中，矫顽力较低的永磁体受到矫顽力较高的永磁体的影响，出现了局部退磁，因此本结构通过在两种永磁体中间加入隔磁结构，缓解了矫顽力较高的永磁体对矫顽力较低的永磁体的影响。
优选地，第一隔磁槽9靠近第二永磁体3一侧的侧边与第一永磁体2靠近第二永磁体3一侧的侧边之间的夹角为θ1，磁极的机械角度为θ3，其中0.3θ3≤θ1≤0.5θ3。从而可以避免磁极的角度过大影响第二永磁体3的磁路，也避免磁极的角度过小限制第二永磁体3的磁路结构。
优选地，第一隔磁槽9靠近第一永磁体2一侧的侧边为弧形，第一隔磁槽9远离第一永磁体2一侧的侧边为直边，从而可以简化第一隔磁槽9的结构设计，使得第一隔磁槽9的结构尺寸更加容易得到保证，加工更加简单方便，加工精度更高。
优选地，转子铁芯1还包括第一安装槽5，第一永磁体2设置在第一安装槽5内。
优选地，第一隔磁槽9与第一安装槽5间隔设置，第一隔磁槽9的径向外边缘与转子外圆之间的距离不变，第一隔磁槽9的径向内边缘与第一永磁体2的径向内边缘之间的间距H3随第一永磁体2的径向长度的变化而变化，且H3满足0≤H3≤1。在本实施例中，第一隔磁槽9的径向外边缘与电机的转子外圆为同心圆，从而使得第一隔磁槽9的径向外边缘与电机的转子外圆之间所形成的隔磁桥的宽度均匀。
优选地，转子铁芯1还设置有第二隔磁槽10，第二隔磁槽10设置在第三安装槽7远离第二永磁体3的一侧。第二隔磁槽10沿着第一安装槽5的径向方向向内侧延伸，且第二隔磁槽10远离第一永磁体2的一侧为弧形。通过设计第二隔磁槽10，能够更进一步改善高矫顽力磁钢对低矫顽力的影响，有效改善矫顽力较低的永磁体的局部退磁问题。
在本实施例中，第一隔磁槽的弧形圆心为R1，第二隔磁槽10的弧形圆心为R。
优选地，磁极还包括两个第三永磁体4，第三永磁体4位于第一永磁体2的径向内侧，并与第二永磁体3形成V形结构，第三永磁体4的矫顽力高于第一永磁体2的矫顽力。当第一永磁体2径向方向的长度为L时，此时无需设置第三永磁体4，当第一永磁体2的径向方向的长度小于L时，此时可以在第三安装槽7内设置第三永磁体4，从而对电机结构进行调整，满足电机性能的设计要求。优选地，第三永磁体4可以设置在第三安装槽7内。
优选地，第三永磁体4沿第一永磁体2的径向延伸，并与第一永磁体2间隔设置。
优选地，第一永磁体2为铝镍钴、钐钴、铁氧体磁钢，第二永磁体3和第三永磁体4为钕铁硼磁钢。
根据本发明的实施例，永磁电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
本领域的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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)和设置在所述转子铁芯(1)内的多个磁极，各所述磁极包括两个第一永磁体(2)和两个第二永磁体(3)，两个所述第一永磁体(2)关于电机d轴对称，两个所述第二永磁体(3)关于电机d轴对称，同一磁极内，所述第二永磁体(3)相对于所述第一永磁体(2)靠近电机d轴设置，所述第一永磁体(2)的矫顽力低于所述第二永磁体(3)的矫顽力。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，位于同一磁极的两个所述第二永磁体(3)形成V形结构，所述V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置。
3.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)还包括第一安装槽(5)和第三安装槽(7)，所述第一永磁体(2)设置在所述第一安装槽(5)内，所述第三安装槽(7)与所述第一安装槽(5)相连，并沿所述第一安装槽(5)的径向向内侧延伸。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，在所述电机转子的横截面上，所述第一安装槽(5)的周向宽度H1与所述第三安装槽(7)的周向宽度H2之间的关系满足2H2≤H1≤2.6H2。
5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，当所述第一永磁体(2)从所述第一安装槽(5)延伸至所述第三安装槽(7)内时，在所述电机转子的横截面上，所述第一永磁体(2)的径向长度为L1，所述第一安装槽(5)的径向外边缘至所述第三安装槽(7)的径向内边缘之间的径向长度为L，其中L1和L满足0.25L≤L1≤L。
6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)还包括中心转轴(11)、中心轴孔(8)和第二安装槽(6)，所述中心转轴(11)设置在所述中心轴孔(8)内，所述第二永磁体(3)设置在所述第二安装槽(6)内，
当所述中心转轴(11)为非导磁轴时，所述第三安装槽(7)与所述第二安装槽(6)的交汇点与所述中心轴孔(8)之间的最小距离L2满足0.5L≤L2≤0.7L；
当所述中心转轴(11)为导磁轴时，所述第三安装槽(7)与所述第二安装槽(6)的交汇点与所述中心轴孔(8)之间的最小距离L2满足0.3L≤L2≤0.5L。
7.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，相邻的两个磁极中，相邻的两个第三安装槽(7)之间的夹角为θ4，其中，0°≤θ4≤15°。
8.根据权利要求1或2、4至7中任一项所述的电机转子，其特征在于，在所述电机转子的横截面上，位于同一磁极的两个所述第二永磁体(3)之间的夹角为θ，所述第一永磁体(2)的靠近所述第二永磁体(3)的侧边与所述第二永磁体(3)的靠近所述第一永磁体(2)的侧边之间的夹角为θ2，所述磁极的机械角度为θ3，其中，0.5θ3≤θ≤0.7θ3；0.7θ3≤θ2≤1.3θ3。
9.根据权利要求1或2、4至7中任一项所述的电机转子，其特征在于，在所述电机转子的横截面上，所述转子铁芯(1)还包括设置在所述第一永磁体(2)靠近所述第二永磁体(3)一侧的第一隔磁槽(9)，所述第一隔磁槽(9)沿着远离所述第一永磁体(2)的方向向着转子外圆延伸。
10.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，所述第一隔磁槽(9)靠近所述第二永磁体(3)一侧的侧边与所述第一永磁体(2)靠近所述第二永磁体(3)一侧的侧边之间的夹角为θ1，所述磁极的机械角度为θ3，其中0.3θ3≤θ1≤0.5θ3。
11.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，所述第一隔磁槽(9)靠近所述第一永磁体(2)一侧的侧边为弧形，所述第一隔磁槽(9)远离所述第一永磁体(2)一侧的侧边为直边。
12.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)还包括第一安装槽(5)，所述第一永磁体(2)设置在所述第一安装槽(5)内，所述第一隔磁槽(9)与所述第一安装槽(5)间隔设置，所述第一隔磁槽(9)的径向外边缘与所述转子外圆之间的距离不变，所述第一隔磁槽(9)的径向内边缘与所述第一永磁体(2)的径向内边缘之间的间距H3随所述第一永磁体(2)的径向长度的变化而变化，且H3满足0≤H3≤1。
13.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)还设置有第二隔磁槽(10)，所述第二隔磁槽(10)设置在所述第三安装槽(7)远离所述第二永磁体(3)的一侧。
14.根据权利要求1或2、6或7中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述磁极还包括两个第三永磁体(4)，所述第三永磁体(4)位于所述第一永磁体(2)的径向内侧，并与所述第二永磁体(3)形成V形结构，所述第三永磁体(4)的矫顽力高于所述第一永磁体(2)的矫顽力。
15.根据权利要求14所述的电机转子，其特征在于，所述第三永磁体(4)沿所述第一永磁体(2)的径向延伸，并与所述第一永磁体(2)间隔设置。
16.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，当所述转子铁芯(1)包括第三安装槽(7)时，所述第三永磁体(4)设置在所述第三安装槽(7)内。
17.根据权利要求14所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(2)为铝镍钴、钐钴、铁氧体磁钢，所述第二永磁体(3)和所述第三永磁体(4)为钕铁硼磁钢。
18.一种永磁电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至17中任一项所述的电机转子。
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