CN108777518B - 一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，所述转子沿垂直圆周方向上设置有若干矩形槽，所述矩形槽分上下两层，两者中间形成通磁带，槽中嵌有矩形铁氧体。在所述上矩形槽底部和下矩形槽上部左右两侧设有对称的牛角槽。所述矩形槽下层靠近转轴处设有凸形槽。所述矩形槽底部设有垂直于转子轴心方向的矩形隔磁槽。所述矩形槽上层与气隙连接处相间设有矩形隔磁槽和T形隔磁槽。所述T形隔磁槽左右两侧对称设有V形槽，所述矩形槽左侧设有与其相连通的一形槽。所述V形槽和一形槽靠铁氧体侧嵌有钕铁硼永磁体。本发明的降低了永磁电机的材料成本，改善了转矩特性，降低了铁芯和涡流损耗，提高了电机的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机的转子结构，尤其是一种不对称混合少稀土永磁电机转子结构，属于电机技术领域。
背景技术
稀土材料广泛应用于电机等工业生产，但稀土作为不可再生资源，常年供应不稳定，价格波动大，甚至引发稀土危机。因此采用价格低廉，且原材料易得的铁氧体部分代替稀土永磁应用于电机中，能够缓解稀土危机。由于铁氧体的磁性能远低于稀土材料，例如钕铁硼，通过合理的转子设计使得电机性能如输出能力保持不变，成为重点。本发明针对以上问题，通过转子结构的不对称设计，和两种永磁体的合理排布，可以降低制造成本且改善转矩输出特性，降低铁芯和涡流损耗，提高了电机的效率。
不对称混合少稀土永磁电机的工作原理为，内置于转子中的两种混合永磁体产生磁场与定子上由电枢绕组产生磁场相互作用，使得转子转动。因为铁芯材料的磁导率比空气高，内置的永磁体会出现自漏磁现象，气隙磁密基波幅值减小，电机输出能力降低。同时，由于铁氧体的矫顽力和剩磁较低，在电枢反应的作用下极易出现不可逆退磁。合理设计两种永磁体的排布位置、隔磁磁障和非对称槽口对电机的输出转矩性能以及电磁性能提升有很大帮助。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，该转子结构不尽能够它不仅能够降低传统纯稀土永磁电机的制造成本，还因为不对称磁障的设计能够改善转矩特性，同时提高电机的效率
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，所述转子结构上沿垂直圆周方向上设置有若干矩形槽(2)，所述矩形槽(2)分上下两层，槽中嵌有矩形铁氧体(5)；所述矩形槽(2)上下两层之间设有通磁带(3)，所述矩形槽(2)下层两边靠近转轴处设有凸形槽(6)，凸形槽(6)中嵌有第一钕铁硼(7)，所述矩形槽(2)底部设有垂直于圆周方向的第一矩形隔磁槽(8)；所述矩形槽(2)上层与气隙连接处相间设有第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)，所述T形隔磁槽(10)左右两侧对称设有V形槽(11)，所述矩形槽(2)左侧设有与其相连通的一形槽(12)，所述V形槽(11)和一形槽(12)靠近矩形铁氧体(5)侧嵌有第二钕铁硼(13)。
进一步，所述通磁带(3)上下两侧均设有对称牛角槽(4)；所述牛角槽(4)为牛角锤结构，包括上下两层，两层结构相同；每层牛角槽(4)包括外侧圆弧和内侧圆弧，内外侧弧平行且于矩形槽(2)左右两侧呈对称分布。
进一步，所述凸形槽(6)为拱桥结构，拱桥上下侧圆弧以轴心为弧心与转子圆周平行。
进一步，所述第一矩形隔磁槽(8)沿圆周垂直分布于转子上，与矩形槽(2)下层下端部和转轴相连通。
进一步，所述第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)相间隔设置于转子圆周上，与矩形槽(2)上端部相连通。
进一步，V形槽(11)的V字顶点处设有斜形切面(14)，所述斜形切面(14)位于V形槽(11)的V形顶点处以限制第二钕铁硼(13)的移动，钕铁硼与斜形切面的夹角成α夹角。
进一步，所述矩形铁氧体(5)切向充磁，所述第一钕铁硼(7)磁钢磁化方向为径向，位于矩形槽(2)两侧的第二钕铁硼(13)径向充磁，与矩形铁氧体(5)形成串联磁路。
进一步，通磁带(3)与牛角槽(4)的宽度比为：1-1.45：1。
进一步，所述第一矩形隔磁槽(8)与铁氧体(5)的宽度比为0.7-0.85：1；所述第二矩形隔磁槽(9)、T形隔磁槽(10)与矩形槽(2)连通处到转子圆周的垂直距离与第二钕铁硼(13)厚度比为2.24-2.9：1；α夹角为45-70°。
进一步，所述凸形槽(6)槽弧长与相邻矩形槽(2)端部的距离比为1：1.4-2.25；所述第一钕铁硼(7)，其宽度与槽宽比为1.08-1.24：1；其长度与槽弧长比为0.75-0.88：1。
本发明的目的是提供一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：
1.转子圆周相间设有T形隔磁槽和矩形隔磁槽，且在T形隔磁槽两侧对称设有V形槽，左侧V形槽下方设有一形槽与矩形槽相连通，在一形槽和靠近矩形槽处的V形槽中嵌有钕铁硼，相邻两极呈不对称结构，电机的直轴和交轴发生偏移，能充分利用磁阻转矩和永磁转矩以此改善电机转矩特性。
2.在V形槽V字顶点处设有斜形切面，且与其端部成α夹角，所述α夹角为45-70°，因此能够限制钕铁硼的移动。
3.高磁能钕铁硼较低磁能铁氧体永磁材料更靠近气隙，能够有效地抵抗电枢影响导致的退磁现象发生，同时为低磁能的铁氧体充磁，电机能够有效避免永磁体退磁导致的转矩性能下降，甚至报废的问题。
4.通磁带的设置，使钕铁硼产生磁通能够直接通过，且增加电机的机械强度。在通磁带上下两侧设对称牛角槽，通磁带与牛角槽的宽度比为：1-1.45：1，合理设计牛角槽的长宽能够阻碍铁氧体自漏磁，提高电机性能。
5.在矩形槽下层两边靠近轴心处，设置有凸形槽，并在其中嵌入小块钕铁硼磁钢。其中凸形槽槽弧长与相邻矩形槽端部的距离比为1：1.4-2.25，钕铁硼宽度与槽宽比为1.08-1.24：1；长度与槽弧长比为0.75-0.88：1；由于钕铁硼较高的磁能，可以改变铁氧体的磁路走向，能够有效抑制端部漏磁，且提高转矩特性。
综上所述，本发明提供一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，该结构不仅能够降低稀土永磁电机的材料成本，而且能够提高转矩和改善转矩脉动，降低铁芯和涡流损耗，提高电机的效率。
附图说明
图1为不对称混合少稀土永磁电机转子结构图。
图2为牛角槽和通磁带图。
图3为T形和矩形隔磁槽以及不对称V形槽、一形槽图。
图4为凸形槽和矩形隔磁槽。
图5为永磁磁钢磁化方向示意图，图中，箭头方向为磁化方向。
其中：1为硅钢片，2为矩形槽，3为通磁带，4为牛角槽，5为铁氧体，6为凸形槽，7为第一钕铁硼，8为第一矩形隔磁槽，9为第二矩形隔磁槽，10为T形隔磁槽，11为V形槽，12为一形槽，13为第二钕铁硼，14为斜形切面，α为钕铁硼与斜形切面的夹角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种不对称混合少稀土永磁电机转子结构，所述转子上沿垂直圆周方向上设置有若干矩形槽(2)，所述矩形槽分上下两层，槽中嵌有矩形铁氧体(5)。所述矩形铁氧体(5)为切向充磁，且上下两层中设有通磁带(3)。所述通磁带(3)上下两侧均设有对称牛角槽(4)。所述矩形槽(2)下层靠近转轴处设有凸形槽(6)，槽中嵌有径向充磁的第一钕铁硼(7)。所述矩形槽(2)底部设有垂直于转子轴心方向的第一矩形隔磁槽(8)。所述矩形槽(2)上层与气隙连接处相间设有第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)。所述T形隔磁槽(10)左右两侧对称设有V形槽(11)，V形槽V字顶点处设有斜形切面(14)，所述矩形槽(2)左侧设有与其相连通的一形槽(12)。所述V形槽(11)和一形槽(12)靠铁氧体侧嵌有第二钕铁硼(13)，径向充磁，与铁氧体(5)形成串联磁路。
所述牛角槽(4)为牛角锤结构，包括上下两层，两层结构相同。每层牛角槽(4)包括外侧圆弧和内侧圆弧，所述内外侧弧平行且于矩形槽(2)左右两侧呈对称分布。
所述凸形槽(6)为拱桥结构，拱桥上下侧圆弧以轴心为弧心与转子圆周平行。
所述第一矩形隔磁槽(8)沿圆周垂直分布于转子(1)上，与矩形槽(2)下层下端部和转轴相连通。
所述第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)相间隔设置于转子圆周上，与矩形槽(2)上端部相连通。所述T形隔磁槽(10)左右两侧对称设有V形槽(11)。
所述矩形槽(2)左侧设有与其相连通的一形槽(12)。所述V形槽(11)和一形槽(12)靠矩形槽(2)侧嵌有第二矩形钕铁硼(13)。
所述斜形切面(14)位于V形槽(11)的“V”形顶点处以限制第二钕铁硼(13)的移动，且与其端部成α夹角。
所述矩形铁氧体(5)切向充磁。所述第一钕铁硼(7)磁钢磁化方向为径向。所述位于矩形槽(2)两侧的第二钕铁硼(13)径向充磁，与铁氧体(5)形成串联磁路。
通磁带(3)与牛角槽(4)的宽度分别为2mm和1.6mm。
所述第一矩形隔磁槽(8)与铁氧体(5)的宽度比:0.8：1；所述第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)与矩形槽(2)连通处到转子圆周的垂直距离为8.5mm与第二钕铁硼(13)厚度为4mm；所述α夹角为68°。
所述凸形槽(6)槽内嵌有第一钕铁硼(7)，其宽度为2mm，长度为3mm，凸形槽内外侧圆弧宽度为1.6mm。
本发明的原理如下：
利用“磁路不对称来改善电机的转矩特性，充分利用磁阻转矩和永磁转矩”的原理，在转子圆周相间设有T形隔磁槽和矩形隔磁槽，且在T形隔磁槽两侧对称设有V形槽，左侧V形槽下方设有一形槽与矩形槽相连通，在一形槽和靠近矩形槽处的V形槽中嵌有钕铁硼，钕铁硼为径向充磁，相邻两极呈不对称结构，电机的直轴和交轴发生偏移，能充分利用磁阻转矩和永磁转矩以此改善电机转矩特性。在V形槽V字顶点处设有斜形切面，能够限制钕铁硼的移动。矩形槽分为上下两层，且嵌有铁氧体，铁氧体为切向充磁，和上述钕铁硼形成串联磁路。在上下层矩形槽之间设有通磁带，能够使钕铁硼产生磁通能够直接通过，且增加电机的机械强度。且高磁能钕铁硼较低磁能铁氧体永磁材料更靠近气隙，能够有效地抵抗电枢影响导致的退磁现象发生，同时由于磁链的串联能为低磁能的铁氧体充磁。在通磁带上下两侧设对称牛角槽，合理设计牛角槽的长宽能够阻碍铁氧体自漏磁，提高电机性能。铁氧体靠近转轴的端部设有凸形槽和小块钕铁硼，能够有效抑制端部漏磁，且提高转矩特性。矩形槽下层靠近转轴处设有凸形槽，槽中嵌有径向充磁的钕铁硼，由于钕铁硼较高的磁能，可以改变铁氧体的磁路走向，阻碍漏磁。通过优化设计不对称隔磁磁障，选择优化的通磁带宽度，缝隙槽宽度，弧形槽宽度弧度，可以改善转矩性能，充分利用磁阻转矩和永磁转矩，降低铁芯损耗与涡流损耗，提高电机效率。
如图1所示，不对称混合少稀土永磁电机转子结构，该转子上沿圆周方向垂直设有20个矩形槽的矩形槽，分为上下两层，槽内嵌有铁氧体磁钢。
如图2所示，上下两层矩形槽之间设有通磁带，通磁带为直轴磁路提供通路，且增加转子机械强度，其宽度2mm。通磁带上下两侧对称设有牛角槽，牛角槽能减少铁氧体的自漏磁，牛角槽宽度为1.6mm。
如图3所述，矩形槽上层与气隙连接处相间设有矩形隔磁槽和T形隔磁槽。T形隔磁槽左右两侧对称设有V形槽，V形槽V字顶点处设有斜形切面以限制钕铁硼的移动。矩形槽左侧设有与其相连通的一形槽，V形槽和一形槽靠铁氧体侧嵌有钕铁硼。T形隔磁槽和矩形隔磁槽与矩形槽连通处到转子圆周的垂直距离为8.5mm与钕铁硼厚度为4mm；所述α夹角为68°。
如图4所示，矩形槽下层两边靠近转轴处设有凸形槽，槽中嵌有径向充磁的钕铁硼，矩形槽底部设有垂直于转子轴心方向的矩形隔磁槽。凸形槽为拱桥结构，拱桥上下侧圆弧以轴心为弧心与转子圆周平行。内嵌的钕铁硼宽度为2mm，长度为3mm。由于钕铁硼较高的磁能，可以该改变铁氧体磁路走向，阻碍漏磁。
如图5所示，轮辐状矩形铁氧体为切向充磁，一形槽和V形槽中的钕铁硼为径向充磁，与铁氧体构成串联磁路。靠近转轴处凸形槽中的钕铁硼为径向充磁。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述转子结构上沿垂直圆周方向上设置有若干矩形槽(2)，所述矩形槽(2)分上下两层，槽中嵌有矩形铁氧体(5)；所述矩形槽(2)上下两层之间设有通磁带(3)，所述矩形槽(2)下层两边靠近转轴处设有凸形槽(6)，凸形槽(6)中嵌有第一钕铁硼(7)，所述矩形槽(2)底部设有垂直于圆周方向的第一矩形隔磁槽(8)；所述矩形槽(2)上层与气隙连接处相间设有第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)，所述T形隔磁槽(10)左右两侧对称设有V形槽(11)，所述矩形槽(2)上层左侧设有与其相连通的一形槽(12)，所述V形槽(11)在与T形隔磁槽(10)连通侧和一形槽(12)中嵌有第二钕铁硼(13)。
2.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述通磁带(3)上下两侧均设有对称牛角槽(4)；所述牛角槽(4)为牛角锤结构，包括上下两层，两层结构相同；每层牛角槽(4)包括外侧圆弧和内侧圆弧，内外侧弧平行且于矩形槽(2)左右两侧呈对称分布。
3.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述凸形槽(6)为拱桥结构，拱桥上下侧圆弧以轴心为弧心与转子圆周平行。
4.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述第一矩形隔磁槽(8)沿圆周垂直分布于转子上，与矩形槽(2)下层下端部和转轴相连通。
5.根据权利要求4所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述第二矩形隔磁槽(9)和T形隔磁槽(10)相间隔设置于转子圆周上，与矩形槽(2)上端部相连通。
6.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，V形槽(11)的V字顶点处设有斜形切面(14)，所述斜形切面(14)位于V形槽(11)的V形顶点处以限制第二钕铁硼(13)的移动，第二钕铁硼(13)的短边与斜形切面的夹角成α夹角。
7.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述矩形铁氧体(5)切向充磁，所述第一钕铁硼(7)磁钢磁化方向为径向，位于矩形槽(2)两侧的第二钕铁硼(13)径向充磁，与矩形铁氧体(5)形成串联磁路。
8.根据权利要求2所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，通磁带(3)与牛角槽(4)的宽度比为：1-1.45：1。
9.根据权利要求6所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述第一矩形隔磁槽(8)与矩形铁氧体(5)的宽度比为0.7-0.85：1；所述第二矩形隔磁槽(9)、T形隔磁槽(10)与矩形槽(2)连通处到转子外径侧圆周的垂直距离与第二钕铁硼(13)厚度比为2.24-2.9：1；α夹角为45-70°。
10.根据权利要求1所述不对称混合少稀土永磁电机的转子结构，其特征在于，所述第一钕铁硼(7)，其宽度与凸形槽(6)靠近转子内径侧的下部槽深比为1.08-1.24：1；其长度与凸形槽(6)靠近转子内径侧的槽弧长比为0.75-0.88：1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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