CN111725919A - 一种永磁体混合充磁转子及电机 - Google Patents

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张志刚
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Zhengzhou Foguang Power Generation Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种永磁体混合充磁转子，包括：转轴、内铁芯、条形磁钢、弧形磁钢、外铁芯、前端盖以及后端盖；条形磁钢呈圆周阵列排布在所述内铁芯外圆柱面上；弧形磁钢分布在所述条形磁钢之间，所述弧形磁钢沿所述内铁芯的周向设置，其圆心与所述内铁芯的圆心重合；外铁芯，外侧为圆柱形，内侧与所述条形磁钢以及弧形磁钢凹凸配合；所述内铁芯、条形磁钢、弧形磁钢以及外铁芯固定成一个整体结构。由于采用弧形磁钢、条形磁钢沿内铁芯圆周反向交替设置，由弧形磁钢经过外铁芯、电机定子、条形磁钢、内铁芯形成完整磁回路减少外部漏磁。

Description

一种永磁体混合充磁转子及电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体是一种永磁体混合充磁转子及电机。
背景技术
永磁同步电动机主要是由转子、端盖及定子等各部件组成。永磁同步电动机的定子结构与普通的感应电动机的结构非常相似，转子结构与异步电动机的最大不同是在转子上放有高质量的永磁体磁极，根据在转子上安放永磁体的位置的不同，永磁同步电动机通常被分为表面式转子结构和内置式转子结构。永磁体的放置方式对电动机性能影响很大。表面式转子结构—永磁体位于转子铁芯的外表面，这种转子结构简单，但产生的异步转矩很小，仅适合于启动要求不高的场合，很少应用。内置式转子结构—永磁体位于鼠笼导条和转轴之间的铁芯中，启动性能好，目前的绝大多数永磁同步电动机都采用这种结构。
然而，内置式永磁同步电动机存在交直轴电感差，具有一定磁阻转矩，弱磁性能较好，但会产生较大漏磁；现有内置式永磁电机主要采用单一磁钢形式，存在一定缺陷。导致电机转子漏磁增大，气隙磁密较低，降低了电机的转矩/功率密度。
发明内容
本申请实施例通过提供一种永磁体混合充磁转子及电机，解决了现有内置式永磁同步电机漏磁的技术问题。
本申请实施例提供了一种永磁体混合充磁转子，包括：转轴；
内铁芯，套于所述转轴上，所述内铁芯与所述转轴固定连接；
条形磁钢，设有多个，呈圆周阵列排布在所述内铁芯外圆柱面上，每个条形磁钢均沿所述内铁芯的径向设置；
弧形磁钢，设有多个，分布在所述条形磁钢之间，所述弧形磁钢沿所述内铁芯的周向设置，其圆心与所述内铁芯的圆心重合；
外铁芯，外侧为圆柱形，内侧与所述条形磁钢以及弧形磁钢凹凸配合；
前端盖以及后端盖；
所述内铁芯、条形磁钢、弧形磁钢以及外铁芯固定成一个整体结构，所述前端盖与后端盖分别压合在该整体结构的两端。
所述弧形磁钢为径向充磁，相邻两个弧形磁钢的充磁方向相反；所述条形磁钢为切向充磁，相邻两个条形磁钢的充磁方向相反。
定义所述条形磁钢与所述弧形磁钢组合产生的极弧系数为α p1 ，转换为极弧角度θ 1，则极弧角度θ 1满足3/4·τ<θ 1<5/6·τ，其中τ=180°/P，P为电机极数。
所述弧形磁钢和条形磁钢成对设置且为偶数组。所述弧形磁钢的两端贴紧在所述条形磁钢的侧面。
所述外铁芯外围设有碳纤维保护套。碳纤维保护套可以进一步增强转子的结构强度，抵抗高速运行转子离心力，对内铁芯、外铁芯以及条形磁钢和弧形磁钢进行保护。
所述条形磁钢的径向外侧设有圆弧状的挡楔。
所述内铁芯和外铁芯上均设有通孔，所述通孔内穿设有拉杆，所述拉杆的两端分别与所述前端盖和后端盖固定连接，将定子转子固定为整体。
所述前端盖、后端盖以及拉杆均采用绝缘绝磁材料。
一种永磁体混合充磁电机，包括定子以及上述转子，所述转子与所述定子可转动连接。
本发明的有益效果是：由于采用弧形磁钢、条形磁钢沿内铁芯圆周反向交替设置，由弧形磁钢经过外铁芯、电机定子、条形磁钢、内铁芯形成完整磁回路减少外部漏磁。所有磁钢均采用极性恒定的钕铁硼材料，位于径向磁路位置的磁钢作为主要励磁提供气隙主磁通，保证电机的高功率密度。切向磁场与主磁场共同作用将磁场在转子侧聚集，使得磁场与普通结构相比得到显著加强，最终提高了气隙磁密。
附图说明
图1是实施例1转子的结构示意图；
图2是实施例1转子的立体图；
图3是实施例1转子的装配图；
图4是实施例1转子的爆炸图；
图5是实施例2转子的立体图；
图6是不同结构转子的气隙磁密比较图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
如图1至图4所示，一种永磁体混合充磁转子，包括：转轴、内铁芯1、条形磁钢3、弧形磁钢4、外铁芯2、前端盖7以及后端盖8。
内铁芯1套于所述转轴上，所述内铁芯1与所述转轴固定连接；
条形磁钢3设有多个，呈圆周阵列排布在所述内铁芯1外圆柱面上，每个条形磁钢3均沿所述内铁芯1的径向设置；所述条形磁钢3的径向外侧设有圆弧状的挡楔5。
弧形磁钢4设有多个，分布在所述条形磁钢3之间，所述弧形磁钢4沿所述内铁芯1的周向设置，其圆心与所述内铁芯1的圆心重合；所述弧形磁钢4和条形磁钢3成对设置且为偶数组。所述弧形磁钢4的两端贴紧在所述条形磁钢3的侧面。
外铁芯2外侧为圆柱形，内侧与所述条形磁钢3以及弧形磁钢4凹凸配合；所述外铁芯外围设有碳纤维保护套。碳纤维保护套可以进一步增强转子的结构强度，抵抗高速运行转子离心力，对内铁芯1、外铁芯2以及条形磁钢3和弧形磁钢4进行保护。
所述内铁芯1、条形磁钢3、弧形磁钢4以及外铁芯2固定成一个整体结构，所述前端盖7与后端盖8分别压合在该整体结构的两端。所述前端盖7、后端盖8以及拉杆9均采用绝缘绝磁材料。
所述内铁芯1和外铁芯2上均设有通孔，所述通孔内穿设有拉杆9，所述拉杆9的两端分别与所述前端盖7和后端盖8固定连接，将定子转子固定为整体。
所述弧形磁钢4为径向充磁，相邻两个弧形磁钢4的充磁方向相反；所述条形磁钢3为切向充磁，相邻两个条形磁钢3的充磁方向相反。
定义所述条形磁钢3与所述弧形磁钢4组合产生的极弧系数为α p1 ，转换为极弧角度θ 1，极弧角度θ 1等于每个极所占的角度与极弧系数的乘积，则极弧角度θ 1满足3/4·τ<θ 1<5/6·τ，其中τ=180°/P，P为电机极数。在满足此极弧角度要求下，电机气隙磁密、总重量及其他性能存在最优取值。
由于采用弧形磁钢4、条形磁钢3沿内铁芯1圆周反向交替设置，由弧形磁钢4经过外铁芯、电机定子、条形磁钢3、内铁芯形成完整磁回路减少外部漏磁。条形磁钢3与所述弧形磁钢4组合磁钢结构产生的自屏蔽作用可使磁钢一边的磁场明显增强,而另一边的磁场明显减弱。采用该排布方式可使气隙侧的磁通密度大幅增加,而转子轭部磁通减小，从而可降低电机的体积和重量,有效提升电动推杆的功率密度。每个磁极为由两片不同磁化方向的弧形磁钢4与一个条形磁钢3组成的阵列结构,转子内孔磁场已经很弱。由于转子轭部磁通显著减小,可减小转子轭部铁磁材料厚度,甚至不用转子磁轭,可降低转子重量和转动惯量,提升系统快速响应性。磁体以不同方向磁化导致工作点较高,一般超过0.9，提升了水磁材料的利用率。位于径向磁路位置的弧形磁钢4采用极性恒定的钕铁硼材料，作为主要励磁提供气隙主磁通，保证电机的高功率密度。
另外一个特点是使气隙中的磁通密度分布近似于正弦波,有助于降低齿槽转矩和转矩波动。谐波含量低,可采用分数槽集中绕组,定子不必采用斜槽。如图6所示，通过实验数据得出不同结构转子的气隙磁密比较图。切向磁场与主磁场共同作用将磁场在转子侧聚集，使得磁场与普通结构相比得到显著加强，最终提高了气隙磁密。
实施例2
如图5所示，其与实施例1的区别在于在内铁芯1、外铁芯2之间径向放置两个平行的“工”形开槽将弧形磁钢分段，然后采用不锈钢材料的工型件10在开槽内将转子内铁芯1、外铁芯2拉合在一起，进而固定条形磁钢和弧形磁钢。条形磁钢由于转子外铁芯固定因此在电机高速运转时不会发生分离。
本申请实施例还提供一种永磁体混合充磁电机，包括定子11以及上述转子，所述转子与所述定子11可转动连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

Claims (10)

1.一种永磁体混合充磁转子，其特征在于，包括：
转轴；
内铁芯，套于所述转轴上，所述内铁芯与所述转轴固定连接；
条形磁钢，设有多个，呈圆周阵列排布在所述内铁芯外圆柱面上，每个条形磁钢均沿所述内铁芯的径向设置；
弧形磁钢，设有多个，分布在所述条形磁钢之间，所述弧形磁钢沿所述内铁芯的周向设置，其圆心与所述内铁芯的圆心重合；
外铁芯，外侧为圆柱形，内侧与所述条形磁钢以及弧形磁钢凹凸配合；
前端盖以及后端盖；
所述内铁芯、条形磁钢、弧形磁钢以及外铁芯固定成一个整体结构，所述前端盖与后端盖分别压合在该整体结构的两端。
2.根据权利要求1所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述弧形磁钢为径向充磁，相邻两个弧形磁钢的充磁方向相反；所述条形磁钢为切向充磁，相邻两个条形磁钢的充磁方向相反。
3.根据权利要求2所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：定义所述条形磁钢与所述弧形磁钢组合产生的极弧系数为α p1 ，转换为极弧角度θ 1，则极弧角度θ 1满足3/4·τ<θ 1<5/6·τ，其中τ=180°/P，P为电机极数。
4.根据权利要求3所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述弧形磁钢和条形磁钢成对设置且为偶数组。
5.根据权利要求4所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述弧形磁钢的两端贴紧在所述条形磁钢的侧面。
6.根据权利要求1所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述外铁芯外围设有碳纤维保护套。
7.根据权利要求1所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述条形磁钢的径向外侧设有圆弧状的挡楔。
8.根据权利要求1至7任一所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述内铁芯和外铁芯上均设有通孔，所述通孔内穿设有拉杆，所述拉杆的两端分别与所述前端盖和后端盖固定连接。
9.根据权利要求8所述永磁体混合充磁转子，其特征在于：所述前端盖、后端盖以及拉杆均采用绝缘绝磁材料。
10.一种永磁体混合充磁电机，其特征在于：包括定子以及权利要求1至9任一所述的转子，所述转子与所述定子可转动连接。
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