CN111555491A - 一种永磁电机转子及电机 - Google Patents

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曹光华
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Abstract

本发明提供了一种永磁电机转子，包括转子永磁体、转子铁芯以及转子磁障，转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布在转子铁芯之中，转子永磁体包括永磁体A以及永磁体B，永磁体A以及永磁体B沿转子铁芯的径向方向设置，且永磁体B位于永磁体A的外侧，转子磁障以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B的外侧。本发明的永磁电机转子具有气隙磁密高、转子结构强度高、转矩密度大及成本低等优势，适合于风力发电及电动汽车等应用场合。相应地，本发明还提供了一种电机，其包括永磁电机转子以及定子，转子与定子之间采取不均匀气隙的方式产生磁场。

Description

一种永磁电机转子及电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体而言，涉及一种永磁电机转子及电机。
背景技术
磁负荷Bg又称气隙磁密，是空载时沿气隙表面的平均磁通密度(T)。在现有永磁同步电机中，在定子内侧壁与转子外侧壁之间的气隙中存在大量的高次谐波磁场，从而产生各个阶次的电磁激振力，使得定子、转子以及永磁体产生振动，形成严重的电磁噪声。因此，有必要改善并提高电机的气隙磁密，以降低电机的电磁噪音。
经过大量检索发现一些典型的现有技术，如图4所示，申请号为 201611095911.2的专利公开了一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构，其通过正弦化电机的气隙磁密波形，可以降低气隙磁场和定子绕组内的谐波含量。又如图5所示，申请号为201610910491.2的专利公开了一种永磁同步电机的转子及电机，其解决了定子内侧壁与转子外侧壁之间的气隙中存在大量谐波的问题，降低了电机的电磁噪声，气隙磁密高正弦化。又如图6所示，申请号为201110371397.1的专利公开了一种永磁同步电机转子结构，其有效提高了转子的激磁效果，同样明显提高了电机的磁负荷
可见，对于永磁电机的转子结构，其实际应用中的亟待处理的实际问题(如提高气隙磁密，降低电磁噪音等)还有很多未提出具体的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的不足提供了一种永磁电机转子及电机，本发明的具体技术方案如下：
一种永磁电机转子，包括转子永磁体、转子铁芯以及转子磁障，所述转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯之中，所述转子永磁体包括永磁体A以及永磁体B，所述永磁体A以及永磁体B沿转子铁芯的径向方向设置，且所述永磁体B位于永磁体A的外侧，所述转子磁障以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B的外侧。
可选的，所述永磁体A切向充磁，所述永磁体B径向充磁。
可选的，所述永磁体A位于永磁体B的磁极中心位置。
可选的，所述永磁体B呈U字形，所述永磁体B设有8个，8个所述永磁体B构成正八边形结构。
可选的，所述转子磁障包括多个横截面呈U字形的空气槽A，所述空气槽A位于转子铁芯的外圆周之上。
可选的，所述转子磁障还包括多个空气槽B，所述空气槽B位于转子铁芯的外圆周之上，所述空气槽B的横截面为由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形，所述空气槽B中的两个矩形分别与相邻两个永磁体B 连通。
相应地，本发明提供一种电机，其包括上述所述的永磁电机转子。
可选的，所述电机还包括定子，所述定子包括定子铁芯、定子槽以及定子绕组，所述定子绕组缠绕于定子铁芯的轭部。
可选的，所述定子铁芯包括N个定子模块，所述定子模块的齿部的两侧设有用于放置定子绕组的平底槽，N个所述定子模块首尾依次连接形成闭合环。
可选的，所述定子模块的轭部开设有圆形槽，所述圆形槽中设有固定销。
本发明所取得的有益效果包括：
1、转子永磁体采用切向充磁和径向充磁混合的方式，可以提高电机的气隙磁密幅值，增加电机的输出扭矩；
2、由于转子磁障采用异形结构，其在提高电机弱磁范围的同时，还可以提高转子的机械强度；
3、将切向充磁的永磁体A放置于径向充磁永磁体B的磁极中心位置，其有效减少了极间漏磁。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明，将重点放在示出实施例的原理上。
图1是本发明实施例中一种永磁电机转子的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中定子的整体结构示意图；
图3是本发明实施例中定子模块的结构示意图；
图4是现有技术中，一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构的示意图；
图5是现有技术中，一种永磁同步电机的转子的结构示意图；
图6是现有技术中，一种永磁同步电机转子结构的示意图。
附图标记说明：1、永磁体B；2、永磁体A；3、空气槽A；4、空气槽B；5、转子铁芯；6、定子绕组；7、定子铁芯；8、定子模块；9、空气槽C。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、
“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明为一种永磁电机转子及电机，根据附图所示讲述以下实施例：
实施例一：
如图1所示，一种永磁电机转子，包括转子永磁体、转子铁芯5以及转子磁障，所述转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述转子永磁体包括永磁体 A2以及永磁体B1，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧，所述转子磁障以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B1的外侧。所述永磁体A2 切向充磁，并采用轴向分段的方式设置，其由低成本的铁氧体材料制成；所述永磁体B1径向充磁，并采用轴向分段方式设置，其由高性能的钕铁硼材料制成。
转子永磁体采用切向充磁和径向充磁混合的方式，可以提高电机的气隙磁密幅值，增加电机的输出扭矩。
作为一种优选的技术方案，所述永磁体A2位于永磁体B1的磁极中心位置。将切向充磁的永磁体A2放置于径向充磁永磁体B1的磁极中心位置，其有效减少了极间漏磁。
所述永磁体B1呈U字形，并且永磁体B1的开口朝向转子铁芯5的外侧，其一共设有8个，8个所述永磁体B1构成正八边形结构。再次参考图1，永磁体A2与永磁体B1具有相同的数量，二者皆以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧。
实施例二：
如图1所示，一种永磁电机转子，包括转子永磁体、转子铁芯5以及转子磁障，所述转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述转子永磁体包括永磁体 A2以及永磁体B1，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧，所述转子磁障以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B1的外侧。所述永磁体A2 切向充磁，并采用轴向分段的方式设置，其由低成本的铁氧体材料制成；所述永磁体B1径向充磁，并采用轴向分段方式设置，其由高性能的钕铁硼材料制成。
转子永磁体采用切向充磁和径向充磁混合的方式，可以提高电机的气隙磁密幅值，增加电机的输出扭矩。
作为一种优选的技术方案，所述永磁体A2位于永磁体B1的磁极中心位置。将切向充磁的永磁体A2放置于径向充磁永磁体B1的磁极中心位置，其有效减少了极间漏磁。
所述永磁体B1呈U字形，并且永磁体B1的开口朝向转子铁芯5的外侧，其一共设有8个，8个所述永磁体B1构成正八边形结构。再次参考图1，永磁体A2与永磁体B1具有相同的数量，二者皆以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障包括多个横截面呈U字形的空气槽A3，所述空气槽A3位于转子铁芯5的外圆周位置之上且均匀周向分布在转子铁芯5之上。空气槽A3由两个矩形的空气槽组合而成，两个相邻空气槽之间的夹角在120度至145度之间。由于空气槽A3的形状与径向充磁的永磁体B1的形状相似，故而可以提高电机的磁阻扭矩。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障还包括多个空气槽B4，所述空气槽B4位于转子铁芯5的外圆周之上且均匀周向分布在转子铁芯5 之上，所述空气槽B4的横截面为由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形，所述空气槽B4中的两个矩形分别与相邻两个永磁体B1连通。将空气槽B4设置成由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形形状，可减小气隙中气隙谐波的含量，使得气隙磁密更加接近正弦的分布，减小脉动转矩。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障还包括空气槽C9，空气槽 C9由两个处在同一水平面的两个空气槽组成，其位于空气槽A3的外侧且均匀周向分布在转子铁芯5之上。由于转子磁障采用异形结构，其在提高电机弱磁范围的同时，还可以提高转子的机械强度。
实施例三：
本实施例提供一种电机，所述电机包括定子以及永磁电机转子。所述定子与永磁电机转子之间采取不均匀气隙的方式，产生磁场。
如图1所示，所述永磁电机转子包括转子永磁体、转子铁芯5以及转子磁障，所述转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述转子永磁体包括永磁体A2 以及永磁体B1，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧，所述转子磁障以转子铁芯 5的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B1的外侧。所述永磁体A2切向充磁，并采用轴向分段的方式设置，其由低成本的铁氧体材料制成；所述永磁体B1径向充磁，并采用轴向分段方式设置，其由高性能的钕铁硼材料制成。
转子永磁体采用切向充磁和径向充磁混合的方式，可以提高电机的气隙磁密幅值，增加电机的输出扭矩。
作为一种优选的技术方案，所述永磁体A2位于永磁体B1的磁极中心位置。将切向充磁的永磁体A2放置于径向充磁永磁体B1的磁极中心位置，其有效减少了极间漏磁。
所述永磁体B1呈U字形，并且永磁体B1的开口朝向转子铁芯5的外侧，其一共设有8个，8个所述永磁体B1构成正八边形结构。再次参考图1，永磁体A2与永磁体B1具有相同的数量，二者皆以转子铁芯5的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯5之中，所述永磁体A2以及永磁体B1沿转子铁芯5的径向方向设置，且所述永磁体B1位于永磁体A2的外侧。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障包括多个横截面呈U字形的空气槽A3，所述空气槽A3位于转子铁芯5的外圆周位置之上且均匀周向分布在转子铁芯5之上。空气槽A3由两个矩形的空气槽组合而成，两个相邻空气槽之间的夹角在120度至145度之间。由于空气槽A3的形状与径向充磁的永磁体B1的形状相似，故而可以提高电机的磁阻扭矩。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障还包括多个空气槽B4，所述空气槽B4位于转子铁芯5的外圆周之上且均匀周向分布在转子铁芯5 之上，所述空气槽B4的横截面为由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形，所述空气槽B4中的两个矩形分别与相邻两个永磁体B1连通。将空气槽B4设置成由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形形状，可减小气隙中气隙谐波的含量，使得气隙磁密更加接近正弦的分布，减小脉动转矩。
作为一种优选的技术方案，所述转子磁障还包括空气槽C9，空气槽 C9由两个处在同一水平面的两个空气槽组成，其位于空气槽A3的外侧且均匀周向分布在转子铁芯5之上。由于转子磁障采用异形结构，其在提高电机弱磁范围的同时，还可以提高转子的机械强度。
所述转子永磁体先进行轴向分段，再利用胶粘接成整体，最后进行整体切向充磁和径向充磁。
如图2以及图3所示，所述定子包括定子铁芯7、定子槽以及定子绕组6，所述定子铁芯7采用模块化结构，所述定子绕组6采用集中绕组的形式，所述定子绕组6缠绕于定子铁芯7的轭部。
所述定子铁芯7包括N个定子模块8，所述定子模块8的齿部的两侧设有用于放置定子绕组6的平底槽，该平底槽沿定子铁芯7的轴心轴向均匀分布，N个所述定子模块8首尾依次连接形成闭合环，其中，N是能够被3整除的整数。
作为一种优选的技术方案，所述定子模块8的轭部开设有圆形槽，所述圆形槽中设有固定销。通过设置圆形槽以及固定销，可以加强定子的结构强度。
作为一种优选的技术方案，空气槽B4中，等腰梯形的长边位于内侧，其短边位于外侧，并且短边与转子铁芯5的外圆周表面的距离在2.5mm至 4mm之间，如此可以保证转子的机械结构的同时，减少空气槽B4部位的漏磁，提高气隙磁密。
综上所述，本发明公开的一种永磁电机转子及电机，所产生的有益技术效果包括：
1、转子永磁体采用切向充磁和径向充磁混合的方式，可以提高电机的气隙磁密幅值，增加电机的输出扭矩；
2、由于转子磁障采用异形结构，其在提高电机弱磁范围的同时，还可以提高转子的机械强度；
3、将切向充磁的永磁体A放置于径向充磁永磁体B的磁极中心位置，其有效减少了极间漏磁。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法、系统和设备是示例，各种配置可以适当地省略、替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法和/或可以添加、省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本发明公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置,例如已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本发明公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种永磁电机转子，包括转子永磁体、转子铁芯以及转子磁障，其特征在于，所述转子永磁体采用混合充磁方式，且以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布在所述转子铁芯之中，所述转子永磁体包括永磁体A以及永磁体B，所述永磁体A以及永磁体B沿转子铁芯的径向方向设置，且所述永磁体B位于永磁体A的外侧，所述转子磁障以转子铁芯的中心为圆心周向均匀分布且位于永磁体B的外侧。
2.如权利要求1所述的一种永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体A切向充磁，所述永磁体B径向充磁。
3.如权利要求2所述的一种永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体A位于永磁体B的磁极中心位置。
4.如权利要求3所述的一种永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体B呈U字形，所述永磁体B设有8个，8个所述永磁体B构成正八边形结构。
5.如权利要求4所述的一种永磁电机转子，其特征在于，所述转子磁障包括多个横截面呈U字形的空气槽A，所述空气槽A位于转子铁芯的外圆周之上。
6.如权利要求5所述的一种永磁电机转子，其特征在于，所述转子磁障还包括多个空气槽B，所述空气槽B位于转子铁芯的外圆周之上，所述空气槽B的横截面为由两个矩形以及一个等腰梯形构成的多边形，所述空气槽B中的两个矩形分别与相邻两个永磁体B连通。
7.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至6中任何一项所述的永磁电机转子。
8.如权利要求7所述的一种电机，其特征在于，所述电机还包括定子，所述定子包括定子铁芯、定子槽以及定子绕组，所述定子绕组缠绕于定子铁芯的轭部。
9.如权利要求8所述的一种电机，其特征在于，所述定子铁芯包括N个定子模块，所述定子模块的齿部的两侧设有用于放置定子绕组的平底槽，N个所述定子模块首尾依次连接形成闭合环，其中，N是能够被3整除的正整数。
10.如权利要求9所述的一种电机，其特征在于，所述定子模块的轭部开设有圆形槽，所述圆形槽中设有固定销。
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