CN114123577A - 磁钢组件、转子组件和电机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种磁钢组件、转子组件和电机。该磁钢组件，设在电机铁芯表面上，包括：磁钢，设有至少两层，且沿所述铁芯径向方向上叠层设置；设定每层磁钢的周向两侧与所述铁芯圆心的连线之间的夹角为该磁钢的极弧角度，各层所述磁钢的极弧角度都不同。将磁钢按照多层叠加布置，合理的选择各层磁钢的厚度和极弧角度可以有效改善表贴磁钢在经过定子齿、定子槽结构时磁导变化大的情况，进而能够有效降低电机的齿槽转矩和输出转矩脉动情况。

Description

磁钢组件、转子组件和电机
技术领域
本申请属于永磁电机技术领域，具体涉及一种磁钢组件、转子组件和电机。
背景技术
永磁电机由于具有效率高、功率密度大等一系列优点，在电器产品、交通运输、工业以及国防等领域得到了广泛的应用。但永磁电机受到定子开槽的影响，转子上的永磁体与定子铁芯之间存在定位力矩，即为齿槽转矩。齿槽转矩产生于转子永磁体与定子齿之间的切向力，是永磁体磁极与定子齿槽相互作用的结果，即使绕组不通电流，齿槽转矩仍然存在。齿槽转矩会对输出转矩的平稳性造成影响，并带来振动噪声问题，影响位置控制系统和速度控制系统的性能和精度。
发明内容
因此，本申请提供一种磁钢组件、转子组件和电机，能够解决现有技术中齿槽转矩会对输出转矩的平稳性造成影响，并带来振动噪声的问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种磁钢组件，设在电机铁芯表面上，包括：
磁钢，设有至少两层，且沿所述铁芯径向方向上叠层设置；
设定每层磁钢的周向两侧与所述铁芯圆心的连线之间的夹角为该磁钢的极弧角度，各层所述磁钢的极弧角度都不同。
可选地，所述磁钢组件设在所述铁芯的外周面上，最外层磁钢的极弧角度大于内层磁钢的极弧角度。
可选地，所述磁钢组件还包括有非导磁材料制成的支撑件，所述支撑件设在最外层磁钢的内侧和内层磁钢的周向一侧的区域中，且与最外层磁钢和内层磁钢抵接。
可选地，所述支撑件的材料包括环氧树脂。
可选地，所述支撑件与最外层磁钢和内层磁钢之间为固定连接，所述固定连接包括粘接。
可选地，所述磁钢包括沿所述铁芯的径向向外延伸方向依次叠层设置的第一磁钢、第二磁钢和第三磁钢；所述第一磁钢、第二磁钢和第三磁钢的极弧角度依次为α1、α2、α3，满足α2＜α1＜α3。
可选地，所述电机的一个极的极弧角度为α，满足1/2＜α1/α＜3/5，1/4＜α2/α＜5/12，3/5＜α3/α＜9/10。
可选地，所述第一磁钢、第二磁钢和第三磁钢沿所述铁芯的径向上的厚度依次为d1、d2、d3，满足d2≤d3≤d1。
根据本申请的另一方面，提供了一种转子组件，包括如上所述的磁钢组件。
可选地，所述转子组件包括有转子铁芯，所述磁钢组件表贴式设在所述转子铁芯的外周面上；所述磁钢组件以所述转子铁芯的d轴线为左右对称分布。
根据本申请的再一方面，提供了一种电机，包括如上所述的磁钢组件或如上所述的转子组件。
可选地，所述电机包括有转子和定子，所述转子与所述定子之间设有气隙；所述磁钢组件设在所述转子的外周面上，所述磁钢组件的厚度为所述气隙的径向距离的60％～80％。
本申请提供的一种磁钢组件，设在电机铁芯表面上，包括：磁钢，设有至少两层，且沿所述铁芯径向方向上叠层设置；设定每层磁钢的周向两侧与所述铁芯圆心的连线之间的夹角为该磁钢的极弧角度，各层所述磁钢的极弧角度都不同。
将磁钢按照多层叠加布置，合理的选择各层磁钢的厚度和极弧角度可以有效改善表贴磁钢在经过定子齿、定子槽结构时磁导变化大的情况，进而能够有效降低电机的齿槽转矩和输出转矩脉动情况。
附图说明
图1为本申请实施例的双层磁钢的电机结构示意图；
图2为本申请实施例图1中局部放大图；
图3为本申请实施例的三层磁钢的电机结构示意图；
图4为本申请实施例图3中转子局部结构示意图；
图5为本申请实施例图4中转子尺寸示意图；
图6为本申请实施例的磁钢组件和传统单层磁钢的电机齿槽转矩对比示意图；
图7为本申请实施例的磁钢组件和传统单层磁钢的电机转矩脉动对比示意图。
附图标记表示为：
1、定子铁芯；2、转子铁芯；3、磁钢组件；31、第一磁钢、32、第二磁钢；33、第三磁钢；4、支撑件。
具体实施方式
结合参见图1至图7所示，根据本申请的实施例，一种磁钢组件3，设在电机铁芯表面上，包括：
磁钢，设有至少两层，且沿所述铁芯径向方向上叠层设置；
设定每层磁钢的周向两侧与所述铁芯圆心的连线之间的夹角为该磁钢的极弧角度，各层所述磁钢的极弧角度都不同。
磁钢组件3设在铁芯表面上，由多层的圆弧状磁钢叠层构成，每层磁钢的极弧角度不同，可以有效改善表贴磁钢在经过定子齿、定子槽结构时磁导变化大的情况，同时起到削弱齿谐波的作用，从而减小电机的齿槽转矩和转矩脉动。其中叠层设置包含相邻两层磁钢的相对弧面为紧密贴合，即两个贴合的弧面所对应的圆心重合。
齿槽转矩
Figure BDA0003340766060000041
可以看成磁场储能随转子位置变化的偏导数，通过将表贴式永磁体的多层磁钢进行不等宽布置，即可改善转子在转动过程中磁场能量的变化率，即多层磁钢与定子齿正对齐(正d轴)的位置磁导最小，在两个磁极中间(正q轴方向)的磁导最大，相当于对磁导最大和最小的中间位置增加一个台阶(即磁钢某些区域镂空，用支撑件4)，使磁导变化率尽量降低，从而改善齿槽转矩。
可根据使用需要，磁钢组件3中的磁钢层数，可为两层、三层或更多，其中优选为三层，且每层磁钢的极弧角度不同，使磁导变化率尽量降低，从而改善齿槽转矩。
多层磁钢是由同种永磁材料制成，所用材料不限于非稀土永磁材料或者稀土永磁材料，较优地选择为含有钕元素的稀土永磁材料。含有钕元素的稀土永磁材料的磁能积高，用于永磁电机中能够提升电机的转矩密度，且本申请的转子结构对稀土永磁电机的齿槽转矩削弱作用更加明显。
在一些实施例中，磁钢组件3设在所述铁芯的外周面上，最外层磁钢的极弧角度大于内层磁钢的极弧角度。
采用上述磁钢的布置方式进行优化设计，大幅降低电机齿槽转矩；还可以起到削弱齿谐波的作用，进一步能够降低输出转矩的脉动率。
在一些实施例中，磁钢组件3还包括有非导磁材料制成的支撑件4，所述支撑件4设在最外层磁钢的内侧和内层磁钢的周向一侧的区域中，且与最外层磁钢和内层磁钢抵接。优选的，支撑件4的材料包括环氧树脂。
支撑件4对磁钢只起到支撑作用，能够加强转子整体结构强度，防止在电机运行中出现磁钢脱落的问题；支撑件4不对转子磁路产生影响，即支撑件4所用材料为非导磁材料，较优选择为非导磁非导电材料，如环氧树脂等。选择环氧树脂类非导磁非导电材料用作支撑件4，既能不影响转子磁路的磁阻，使得表贴式分层磁钢削弱齿槽转矩的效果得以体现，同时避免材料上聚集涡流，导致电机效率降低。
在一些实施例中，支撑件4与最外层磁钢和内层磁钢之间为固定连接，所述固定连接包括粘接。
磁钢以及支撑件4的相互接触部分均通过粘接剂进行粘接，并由粘接剂将整个“瓦片”形结构固定于转子表面。
在一些实施例中，磁钢包括沿所述铁芯的径向向外延伸方向依次叠层设置的第一磁钢、第二磁钢和第三磁钢；所述第一磁钢31、第二磁钢32和第三磁钢33的极弧角度依次为α1、α2、α3，满足α2＜α1＜α3。优选地，电机的一个极的极弧角度为α，满足1/2＜α1/α＜3/5，1/4＜α2/α＜5/12，3/5＜α3/α＜9/10。
在采用三层磁钢构成的磁钢组件3中，控制三层磁钢的极弧角度在上述范围，能够有效的改善转子磁钢经过定子齿、槽时磁场能量变化，降低齿槽转矩。
在一些实施例中，第一磁钢31、第二磁钢32和第三磁钢33沿所述铁芯的径向上的厚度依次为d1、d2、d3，满足d2≤d3≤d1。
各磁钢层的厚度采用上述比值，减小磁钢加工工艺难度，能够提高磁钢生产的合格率，符合经济生产的要求。尤其是考虑加工工艺时，还应注意磁钢所能对应的最小厚度d，要求d≤d2。
根据本申请的另一方面，提供了一种转子组件，包括如上所述的磁钢组件3。
在一些实施例中，转子组件包括有转子铁芯2，所述磁钢组件3表贴式设在所述转子铁芯2的外周面上；所述磁钢组件3以所述转子铁芯2的d轴线为左右对称分布。
根据本申请的再一方面，提供了一种电机，包括如上所述的磁钢组件3或如上所述的转子组件。
在一些实施例中，电机包括有转子和定子，所述转子与所述定子之间设有气隙；所述磁钢组件3设在所述转子的外周面上，所述磁钢组件3的厚度为所述气隙的径向距离的60％～80％。
电机主要包括定子和转子两大部分，其中转子部分包括转子铁芯2、磁钢组件3、支撑件4、转轴；其中磁钢组件3在转子铁芯2的外表面呈现分层布置，磁钢布置三层，不同层磁钢所对应的极弧角度均不相同；磁钢组件3在转子铁芯2的外表面关于d轴轴线呈现左右对称分布。
磁钢组件3的厚度之和应占电机的气隙间距的60％～80％，将多层磁钢的总厚度设置在此范围，既方便每层磁钢的厚度布置，不至于使每层磁钢厚度设计得过小，使其加工困难，又可在磁钢与定子之间留有足够的空间，降低转子旋转的过程中定转子触碰的风险。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种磁钢组件，设在电机铁芯表面上，其特征在于，包括：
磁钢，设有至少两层，且沿所述铁芯径向方向上叠层设置；
设定每层磁钢的周向两侧与所述铁芯圆心的连线之间的夹角为该磁钢的极弧角度，各层所述磁钢的极弧角度都不同。
2.根据权利要求1所述的磁钢组件，其特征在于，所述磁钢组件(3)设在所述铁芯的外周面上，最外层磁钢的极弧角度大于内层磁钢的极弧角度。
3.根据权利要求2所述的磁钢组件，其特征在于，所述磁钢组件(3)还包括有非导磁材料制成的支撑件(4)，所述支撑件(4)设在最外层磁钢的内侧和内层磁钢的周向一侧的区域中，且与最外层磁钢和内层磁钢抵接。
4.根据权利要求3所述的磁钢组件，其特征在于，所述支撑件(4)的材料包括环氧树脂。
5.根据权利要求3或4所述的磁钢组件，其特征在于，所述支撑件(4)与最外层磁钢和内层磁钢之间为固定连接，所述固定连接包括粘接。
6.根据权利要求1-3任一项所述的磁钢组件，其特征在于，所述磁钢包括沿所述铁芯的径向向外延伸方向依次叠层设置的第一磁钢(31)、第二磁钢(32)和第三磁钢(33)；所述第一磁钢(31)、第二磁钢(32)和第三磁钢(33)的极弧角度依次为α1、α2、α3，满足α2＜α1＜α3。
7.根据权利要求6所述的磁钢组件，其特征在于，所述电机的一个极的极弧角度为α，满足1/2＜α1/α＜3/5，1/4＜α2/α＜5/12，3/5＜α3/α＜9/10。
8.根据权利要求6或7所述的磁钢组件，其特征在于，所述第一磁钢(31)、第二磁钢(32)和第三磁钢(33)沿所述铁芯的径向上的厚度依次为d1、d2、d3，满足d2≤d3≤d1。
9.一种转子组件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的磁钢组件(3)。
10.根据权利要求9所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件包括有转子铁芯(2)，所述磁钢组件(3)表贴式设在所述转子铁芯(2)的外周面上；所述磁钢组件(3)以所述转子铁芯(2)的d轴线为左右对称分布。
11.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的磁钢组件(3)或如权利要求9-10任一项所述的转子组件。
12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，所述电机包括有转子和定子，所述转子与所述定子之间设有气隙；所述磁钢组件(3)设在所述转子的外周面上，所述磁钢组件(3)的厚度为所述气隙的径向距离的60％～80％。
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