CN109617279A - 一种模块化内置式混合永磁电机转子结构 - Google Patents

一种模块化内置式混合永磁电机转子结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，包括3n个转子模块(n＝1,2,3…)、转轴、稀土永磁体及非稀土永磁体，具有以下特征，所述3n个转子模块由三种基本的转子结构组成，所述的三个转子模块所占转子圆周角度为120°/n，在所述的三个转子模块上均设置有用于嵌入永磁体的永磁体槽，所述永磁体槽分别为面向转子外圆的V字型槽、倒三角型槽1和倒三角型槽2；通过三种基本转子模块的放置顺序调整实现转子气隙磁场分布的调整。本发明实现了混合永磁电机气隙磁通谐波的降低，提高了永磁利用率，增加了电机的凸极效应；降低了齿槽转矩和转矩脉动，并提高了装配效率，简化了制造工艺。

Description

一种模块化内置式混合永磁电机转子结构
技术领域
本发明涉及一种永磁电机转子结构，尤其是一种内置式模块化混合永磁电机转子结构，属于电机技术领域。
背景技术
永磁电机具有功率密高、效率高、可靠性高等显著特点，在人类生产和生活领域中得到了广泛的应用。然而，由于稀土永磁资源紧缺，稀土永磁电机的制造成本成为该类电机大规模应用的瓶颈。因此，混合少稀土永磁在永磁电机中具有潜在的应用前景，而提高该类电机的转矩、效率等性能成为国内外专家和学者们争相研究的课题。
内置式混合少稀土永磁电机采用两种不同材料的永磁体励磁，通过该混合永磁磁场与定子电枢绕组产生的磁场相互作用，构成旋转气隙磁场，进而使得转子转动。由于两种永磁体具有不同的矫顽力和剩磁，电机的气隙磁场存在较大的畸变，尤其是内置式的结构。而非稀土永磁的应用，在电枢反应的作用下极易出现不可逆退磁。因此，对内置式混合永磁电机两种永磁体的排布位置、隔磁磁障等的合理设计，实现混合少稀土永磁电机性价比和转矩性能的提升具有重要的理论意义和经济价值。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种模块化内置式混合永磁电机的转子结构，采用该结构在相同体积下，可以减少稀土永磁的使用，降低永磁成本，提高电机转矩和效率特性，并提高电机的高效率运行区间。
技术方案：本发明所采用的技术方案是：一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，包括3n个扇形的转子模块(n＝1,2,3…)以及内部的转轴(9-1)；3n个转子模块由三种基本的转子结构顺序排列组成，在三种转子模块上均设置有用于嵌入永磁体的永磁体槽，三种转子模块的永磁体槽分别为面向转子外圆的V型槽(2-1)、倒三角型槽1(1-1)和倒三角型槽2(3-1)，倒三角槽型1和倒三角槽型2的底部均设置有加强筋。
进一步，所述3n个转子模块均由硅钢片叠压而成，并且有3n＝2p，p为电机极对数；所述的三个转子模块所占转子圆周角度为120°/n。
进一步，所述V型槽的双侧均为上窄下宽结构，窄槽中设置有V型槽中的稀土永磁体(2-2)，而宽槽中设置有V型槽中的非稀土永磁体(2-3)。
进一步，所述倒三角型槽1的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽1中的稀土永磁体(1-2)，所述倒三角形槽1的左右侧槽中设置有倒三角型槽1中的非稀土永磁体(1-3)。
进一步，所述倒三角形槽2的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，平底部槽两端为空槽，与窄槽衔接；倒三角形槽2左右侧槽均为上窄下宽结构，所述的窄槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，宽槽中设置有倒三角型槽2中的非稀土永磁体(3-3)。
进一步，所述倒三角型槽1(1-1)模块、V型槽(2-1)模块和倒三角型槽2(3-1)模块中的非稀土永磁用量分别为2Lfm1hfm1Lm，2Lfm2hfm2Lm，2Lfm3hfm3Lm,稀土永磁体用量分别为LNm1hNm1Lm，2LNm2hNm2Lm，LNm3hNm3Lm+2LNm3-1hNm3Lm；其中，
Lm为所述三种模块槽中永磁体的轴向长度；
Lfm1、hfm1分别为倒三角型1中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm1、hNm1分别为倒三角型1中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm2、hfm2分别为倒V型槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm2、hNm2分别为倒V型槽中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm3、hfm3分别为倒三角型2槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3、hNm3分别为倒三角型2槽中圆周方向一字型稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3-1、hNm3分别为倒三角型2槽中左右侧槽中稀土永磁体长度、磁化方向上的长度。
进一步，三种转子模块中的非稀土永磁体和稀土永磁体的用量均相同，所述稀土永磁体的体积与非稀土永磁体的体积比为1/8至1/28之间。
进一步，所述的三个扇形的转子模块在外圆周的模块两端设置有外卡槽(5)，在靠近转轴(9-1)的转子模块两端设置有内卡槽(4)；所述外卡槽(5)为凹字形结构，所述内卡槽(4)为镰刀结构；外卡槽(5)和外销钉(6)配合，内卡槽(4)和内卡扣(9)配合，内卡扣(9)套在转轴(9-1)上，可以将三个转子模块及以上的模块组合构成转子。
在混合永磁电机中，由于采用不同磁能的永磁体，气隙磁场谐波含量较高，且各永磁体之间存在相互影响；本发明通过3n个转子的拼接组合，实现气隙磁场谐波相互抵消，并实现了气隙磁场的调节。本发明的有益效果：
1)采用的模块化转子结构，通过三种结构的转子模块的拼接组合，能够实现大规模标准化生产，简化生产工艺，提高劳动生产率，降低制造成本。
2)采用的三种不同结构模块化转子结构，每个模块所产生的气隙磁通密度谐波含量不同，在气隙磁通密度基波值一致的前提下，通过三种结构的组合可以抵消气隙磁场中的谐波，从而弥补极槽配合的缺陷，降低齿槽转矩。
3)采用混合永磁励磁，实现了永磁成本的降低，并通过隔磁桥减少漏磁，提高了永磁体的利用率，增加了电机的凸极效应，提高了电机的转矩和效率。
4)采用内外固定卡口槽的模块连接方式，有效防止了转子脱离散落，提高了转子应力和可靠性。
5)采用的转子模块加强筋，提高转子强度，并优化了转子磁路，减少了转子极间漏磁。
附图说明
图1为优选的6极混合永磁转子结构。
图2为具有倒三角型槽1的转子模块。
图3为具有倒三角型槽2的转子模块。
图4为具有V型槽的转子模块。
图5为转子模块内卡槽结构。
图6为转子模块外卡槽结构。
图中：1为具有倒三角型槽1的转子模块，2为具有V型槽的转子模块，3为具有倒三角型槽2的转子模块，4为内卡槽结构，5为外卡槽结构，1-1为倒三角型槽1，1-2为倒三角型槽1中的稀土永磁体，1-3为倒三角型槽1中的非稀土永磁体，2-1为V型槽，2-2为V型槽中的稀土永磁体，2-3为V型槽中的非稀土永磁体，3-1为倒三角型槽2，3-2为倒三角型槽2中的稀土永磁体，3-3为倒三角型槽2中的非稀土永磁体。
图7为优选的6极混合永磁转子拼装结构图。
图8为内卡扣结构。
图9为外销钉结构；(a)为外销钉第一个位置图；(b)为外销钉第二个位置图；
图中：6为外销钉，7为固定挡片，8为固定螺杆，9为内卡扣，9-1为转轴，10为转子模块，11为固定螺母，12为销钉固定头。
图10为转子模块1的相关尺寸图；
图11为转子模块2的相关尺寸图；
图12为转子模块3的相关尺寸图。
Lm为三种模块槽中嵌入磁体的轴向长度；Lfm1、hfm1分别为倒三角型1中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm1、hNm1分别为倒三角型1中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；Lfm2、hfm2分别为倒V型槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm2、hNm2分别为倒V型槽中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；Lfm3、hfm3分别为倒三角型2槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3、hNm3分别为倒三角型2槽中圆周方向一字型稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3-1、hNm3分别为倒三角型2槽中左右侧槽中稀土永磁体长度、磁化方向上的长度。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述。
如图1-6所示，一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，包括3n个扇形的转子模块(n＝1,2,3…)以及内部的转轴(9-1)；3n个转子模块由三种基本的转子结构顺序排列组成，在三种转子模块上均设置有用于嵌入永磁体的永磁体槽，三种转子模块的永磁体槽分别为面向转子外圆的V型槽(2-1)、倒三角型槽1(1-1)和倒三角型槽2(3-1)，倒三角槽型1和倒三角槽型2的底部均设置有加强筋。
上述3n个转子模块均由硅钢片叠压而成，并且有3n＝2p，p为电机极对数；所述的三个转子模块所占转子圆周角度为120°/n。
如图4所示，上述V型槽的双侧均为上窄下宽结构，窄槽中设置有V型槽中的稀土永磁体(2-2)，而宽槽中设置有V型槽中的非稀土永磁体(2-3)。
如图2所示，上述倒三角型槽1的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽1中的稀土永磁体(1-2)，所述倒三角形槽1的左右侧槽中设置有倒三角型槽1中的非稀土永磁体(1-3)。
如图3所示，上述倒三角形槽2的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，平底部槽两端为空槽，与窄槽衔接；倒三角形槽2左右侧槽均为上窄下宽结构，所述的窄槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，宽槽中设置有倒三角型槽2中的非稀土永磁体(3-3)。
如图10-12所示，上述倒三角型槽1(1-1)模块、V型槽(2-1)模块和倒三角型槽2(3-1)模块中的非稀土永磁用量分别为2Lfm1hfm1Lm，2Lfm2hfm2Lm，2Lfm3hfm3Lm,稀土永磁体用量分别为LNm1hNm1Lm，2LNm2hNm2Lm，LNm3hNm3Lm+2LNm3-1hNm3Lm；其中，Lm为所述三种模块槽中永磁体的轴向长度；Lfm1、hfm1分别为倒三角型1中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm1、hNm1分别为倒三角型1中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm2、hfm2分别为倒V型槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm2、hNm2分别为倒V型槽中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm3、hfm3分别为倒三角型2槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3、hNm3分别为倒三角型2槽中圆周方向一字型稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3-1、hNm3分别为倒三角型2槽中左右侧槽中稀土永磁体长度、磁化方向上的长度。
三种转子模块中的非稀土永磁体和稀土永磁体的用量均相同，所述稀土永磁体的体积与非稀土永磁体的体积比为1/8至1/28之间。
如图7-9所示，上述的三个扇形的转子模块在外圆周的模块两端设置有外卡槽(5)，在靠近转轴(9-1)的转子模块两端设置有内卡槽(4)；所述外卡槽(5)为凹字形结构，所述内卡槽(4)为镰刀结构；外卡槽(5)和外销钉(6)配合，内卡槽(4)和内卡扣(9)配合，内卡扣(9)套在转轴(9-1)上，可以将三个转子模块及以上的模块组合构成转子。
本发明的实施例给出的一种模块化内置式混合永磁转子结构，包括6个转子模块、外销钉、内卡扣、固定挡板、稀土永磁体及非稀土永磁体；
所述6个转子模块均由硅钢片叠压而成，所述6个转子模块由3种基本的转子结构组成；所述的三个转子模块占转子圆周角度为60°,在所述的三个转子模块上分别设置有面向转子外圆的V字型槽、倒三角型槽1和倒三角型槽2；
所述V字型槽的双侧均为上窄下宽结构，所述的窄槽中设置有稀土永磁体，而所述宽槽中设置有非稀土永磁体；所述倒三角型槽1的平底部面向转子外圆，所述平底部槽中设置有稀土永磁体，所述倒三角形槽的左右侧槽中设置有非稀土永磁体；所述倒三角形槽2的平底部面向转子外圆，所述平底部槽中设置有稀土永磁体，所述倒三角形左右侧槽均为上窄下宽结构，所述的窄槽中设置有稀土永磁体，所述的宽槽中设置有非稀土永磁体；在所述倒三角槽型1和倒三角槽型2的底部均设置有加强筋。所述倒三角型1和V字型槽中中单块非稀土永磁体长度为12mm，磁化方向上长度为8mm；单块稀土永磁体的长度为6.5mm，磁化方向上的长度为2mm；轴向长度均为80mm；所述倒三角型2槽中单块非稀土永磁体长度为12mm，磁化方向上的长度为8mm，倒三角上部一字型稀土永磁体长度为3.5mm，磁化方向的长度为2mm，倒三角左右侧槽中稀土永磁体长度均为1mm。所述永磁体的充磁方向均为径向垂直于永磁体充磁，且相间转子模块的永磁体充磁方向一致。
所述的6个转子模块的扇形的左右边缘上设置有外卡槽(5)和内卡槽(4)，通过外销钉(6)和内卡扣(9)可以将所述的各转子模块构成转子。所述外卡槽为凹字形结构，所述内卡槽为镰刀结构。通过所述固定挡片(7)、所述的固定螺杆(8)、所述的固定螺母及所述的销钉固定头实现6极模块化转子的组装和固定。
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 (8)

1.一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，包括3n个扇形的转子模块(n＝1,2,3…)以及内部的转轴(9-1)；3n个转子模块由三种基本的转子结构顺序排列组成，在三种转子模块上均设置有用于嵌入永磁体的永磁体槽，三种转子模块的永磁体槽分别为面向转子外圆的V型槽(2-1)、倒三角型槽1(1-1)和倒三角型槽2(3-1)，倒三角槽型1和倒三角槽型2的底部均设置有加强筋。
2.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述3n个转子模块均由硅钢片叠压而成，并且有3n＝2p，p为电机极对数；所述的三个转子模块所占转子圆周角度为120°/n。
3.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述V型槽的双侧均为上窄下宽结构，窄槽中设置有V型槽中的稀土永磁体(2-2)，而宽槽中设置有V型槽中的非稀土永磁体(2-3)。
4.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述倒三角型槽1的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽1中的稀土永磁体(1-2)，所述倒三角形槽1的左右侧槽中设置有倒三角型槽1中的非稀土永磁体(1-3)。
5.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述倒三角形槽2的平底部面向转子外圆，平底部槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，平底部槽两端为空槽，与窄槽衔接；倒三角形槽2左右侧槽均为上窄下宽结构，所述的窄槽中设置有倒三角型槽2中的稀土永磁体(3-2)，宽槽中设置有倒三角型槽2中的非稀土永磁体(3-3)。
6.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述倒三角型槽1(1-1)模块、V型槽(2-1)模块和倒三角型槽2(3-1)模块中的非稀土永磁用量分别为2Lfm1hfm1Lm，2Lfm2hfm2Lm，2Lfm3hfm3Lm,稀土永磁体用量分别为LNm1hNm1Lm，2LNm2hNm2Lm，LNm3hNm3Lm+2LNm3-1hNm3Lm；其中，
Lm为所述三种模块槽中永磁体的轴向长度；
Lfm1、hfm1分别为倒三角型1中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm1、hNm1分别为倒三角型1中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm2、hfm2分别为倒V型槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上长度，LNm2、hNm2分别为倒V型槽中单块稀土永磁体长度、磁化方向上长度；
Lfm3、hfm3分别为倒三角型2槽中单块非稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3、hNm3分别为倒三角型2槽中圆周方向一字型稀土永磁体长度、磁化方向上的长度，LNm3-1、hNm3分别为倒三角型2槽中左右侧槽中稀土永磁体长度、磁化方向上的长度。
7.根据权利要求6所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，三种转子模块中的非稀土永磁体和稀土永磁体的用量均相同，所述稀土永磁体的体积与非稀土永磁体的体积比为1/8至1/28之间。
8.根据权利要求1所述的一种模块化内置式混合永磁电机转子结构，其特征在于，所述的三个扇形的转子模块在外圆周的模块两端设置有外卡槽(5)，在靠近转轴(9-1)的转子模块两端设置有内卡槽(4)；所述外卡槽(5)为凹字形结构，所述内卡槽(4)为镰刀结构；外卡槽(5)和外销钉(6)配合，内卡槽(4)和内卡扣(9)配合，内卡扣(9)套在转轴(9-1)上，可以将三个转子模块及以上的模块组合构成转子。
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