CN114899962A - 一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构 - Google Patents

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易志辉
谭新德
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Abstract

本发明揭示了一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，包括中心转轴、套设于中心转轴外部的转子铁心、P块径向充磁的第一永磁体、及2P块切向充磁的第二永磁体，采用钕铁硼材料制成的P块第一永磁体间隔的表贴设于转子铁心外周，采用铁氧体材料制成的2P块第二永磁体径向嵌入转子铁心内部。本发明实现了利用钕铁硼和铁氧体永磁材料构成串联磁路，通过永磁体安装位置和切向充磁永磁体夹角的设计，减少稀土永磁材料用量，提升永磁材料利用率，提高了电机输出转矩，降低了电机转矩脉动。

Description

一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，尤其涉及一种少稀土永磁材料磁路串联型 转子结构。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、高转矩密度、高效率和高功率密度等优点，但由 于稀土永磁材料的价格昂贵，使得电机的制造成本升高。用无稀土或者少稀土永磁 材料来代替稀土永磁材料可以大幅降低电机的制造成本，其中铁氧体材料价格较低， 通常被选为替代材料，但铁氧体材料的剩磁和矫顽力都低于稀土材料。
交替极永磁电机的永磁体沿径向方向同极性排列，永磁体之间的铁心凸极被沿径向方向磁化为另一极性，永磁体磁极和转子铁极极性构成交替分布，该结构可以 降低永磁用量，提高电机的永磁利用率，但其气隙磁密不对称，存在转矩脉动较大 的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种少稀土永磁材料磁路 串联型转子结构，从而实现利用钕铁硼和铁氧体永磁材料构成串联磁路，通过 永磁体安装位置和切向充磁永磁体夹角的设计，减少稀土永磁材料的用量，提 升永磁材料利用率，提高电机输出转矩，降低电机的转矩脉动。为了达到上述 目的，本发明技术方案如下：
一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，包括中心转轴、套设于中心转 轴外部的转子铁心、P块径向充磁的第一永磁体、及2P块切向充磁的第二永磁 体，采用钕铁硼材料制成的P块第一永磁体间隔的表贴设于转子铁心外周，采 用铁氧体材料制成的2P块第二永磁体径向嵌入转子铁心内部；
所述转子铁心的内外半径分别为ri和ro，所述第一永磁体的厚度为hm1，所述 第二永磁体的高度和宽度分别为hm2和w，
且满足如下关系：hm1+hm2＝ro-ri，
所述第一永磁体对应的圆周角度为θ，与第一永磁体构成串联磁路的两块相 邻的切向充磁永磁体的夹角为α，
且满足如下关系：
Figure BDA0003548227810000021
具体的，所述第一永磁体的充磁方向指向圆心，所述第一永磁体相邻两侧 的两块第二永磁体的充磁方向相背。
具体的，所述第一永磁体的充磁方向由圆心指向外部，所述第一永磁体相 邻两侧的两块第二永磁体的充磁方向相向。
具体的，所述转子铁心表面设有间隔均布的凸极结构，凸极结构的数量为P 块，其形状与第一永磁体一致，且对应的圆周角度和厚度与第一永磁体相同。
具体的，所述凸极结构与第一永磁体沿转子铁心圆周表面交替均匀排列， 相邻第一永磁体和凸极结构在圆周上相隔180°/P。
与现有技术相比，本发明一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构的有益 效果主要体现在：
1、通过永磁体安装位置的设计，减少了转子部分的漏磁；2、用铁氧体材 料作为切向充磁永磁体材料，降低了电机的成本；3、通过表贴式交替极的设计， 减少稀土永磁材料的用量，提升永磁材料利用率；4、通过切向充磁永磁体夹角 的设计，提高了电机输出转矩，5、相较传统交替极结构，转子结构减少了气隙 不对称问题的影响，转矩脉动较低。
附图说明
图1为本发明实施例转子结构的平面图；
图2为本实施例转子结构的局部平面图；
图3为本实施例不同夹角α下的输出转矩平均值对比图；
图4为本实施例少稀土永磁材料磁路串联型转子结构电机和传统交替极转 子结构电机输出转矩图；
图中数字表示：
1中心转轴、2转子铁心、3第一永磁体、4第二永磁体、5凸极结构。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例：
本实施例为一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，如图1所示，其包 括中心转轴1、套设于中心转轴1外部的转子铁心2、P块径向充磁的第一永磁 体3、及2P块切向充磁的第二永磁体4，采用钕铁硼材料制成的P块第一永磁 体3间隔的表贴设于转子铁心外周，采用铁氧体材料制成的2P块第二永磁体4 径向嵌入转子铁心内部。
如图2所示，转子铁心2的内外半径分别为ri和ro，第一永磁体3的厚度为 hm1，第二永磁体4的高度和宽度分别为hm2和w，且满足如下关系：hm1+hm2＝ro-ri。
第一永磁体3对应的圆周角度为θ，与第一永磁体3构成串联磁路的两块相 邻的切向充磁永磁体的夹角为α，
且
Figure RE-GDA0003726417270000031
永磁体的充磁方向包括以下两种方式，若第一永磁体3的充磁方向指向圆 心，则第一永磁体3相邻两侧的两块第二永磁体4的充磁方向相背；若第一永 磁体3的充磁方向由圆心指向外部，则第一永磁体3相邻两侧的两块第二永磁 体4的充磁方向相向。
转子铁心2表面设有间隔均布的凸极结构5，凸极结构5的数量为P块，其 形状与第一永磁体3一致，且对应的圆周角度和厚度也与第一永磁体3相同， 凸极结构5与第一永磁体3沿转子铁心2圆周表面交替均匀排列，相邻第一永 磁体3和凸极结构5在圆周上相隔180°/P。
以下通过对本实施例转子结构应用在三相同步电机中进行具体说明：
如图1和2所示，定子采用槽数为12的双层分数槽集中绕组结构，转子极 对数为5，转子磁极由5块径向充磁的第一永磁体和10块切向充磁的第二永磁 体组成，两种永磁体的放置方式分别为表贴式和内置式，所用材料分别为钕铁 硼和铁氧体，转子铁心的内径ri＝3.5mm，外径ro＝10.1mm，第一永磁体的厚 度hm1＝0.5mm，第二永磁体的高度hm2＝6.1mm，宽度w＝1.2mm，第一永磁体 对应的圆周角度θ＝25.2°，与第一永磁体构成串联磁路的两块相邻的切向充磁永 磁体的夹角为α＝28.75°。第一永磁体的充磁方向指向圆心，与第一永磁体相邻 两侧的两块第二永磁体的充磁方向相背。
为本实施例转子结构应用的三相同步电机设定测试条件，在额定转速下， 定子侧施加有效值为1.1A电流激励，改变与第一永磁体构成串联磁路的两块切 向充磁永磁体的夹角α，不同夹角下的输出转矩平均值如图3所示，在夹角 α＝28.75°时，输出转矩平均值最大，为218.21mNM，本实施例能够提高电机 输出转矩。
将只装有表贴式永磁体的传统交替极转子结构电机与本实施例转子结构应 用的三相同步电机对比，在输出相同转矩平均值时，二者一个周期内的输出转 矩曲线如图4所示，少稀土永磁材料磁路串联型转子结构电机和传统交替极转 子结构电机的转矩脉动分别为4.25％和6.02％，显示本实施例对转矩脉动的抑制 作用，能够大大降低电机转矩脉动。
应用本实施例少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，具有如下优点：1、通 过永磁体安装位置的设计，减少了转子部分的漏磁；2、用铁氧体材料作为切向 充磁永磁体材料，降低了电机的成本；3、通过表贴式交替极的设计，减少稀土 永磁材料的用量，提升永磁材料利用率；4、通过切向充磁永磁体夹角的设计， 提高了电机输出转矩，5、相较传统交替极结构，转子结构减少了气隙不对称问 题的影响，转矩脉动较低。
在本发明的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广 义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连 接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例” 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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特 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。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而 采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员， 在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进 行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所 界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，其特征在于：包括中心转轴、套设于中心转轴外部的转子铁心、P块径向充磁的第一永磁体、及2P块切向充磁的第二永磁体，采用钕铁硼材料制成的P块第一永磁体间隔的表贴设于转子铁心外周，采用铁氧体材料制成的2P块第二永磁体径向嵌入转子铁心内部；
所述转子铁心的内外半径分别为ri和ro，所述第一永磁体的厚度为hm1，所述第二永磁体的高度和宽度分别为hm2和w，
且满足如下关系：hm1+hm2＝ro-ri，
所述第一永磁体对应的圆周角度为θ，与第一永磁体构成串联磁路的两块相邻的切向充磁永磁体的夹角为α，
且满足如下关系：
Figure FDA0003548227800000011
α≤180°/P。
2.根据权利要求1所述的一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，其特征在于：所述第一永磁体的充磁方向指向圆心，所述第一永磁体相邻两侧的两块第二永磁体的充磁方向相背。
3.根据权利要求1所述的一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，其特征在于：所述第一永磁体的充磁方向由圆心指向外部，所述第一永磁体相邻两侧的两块第二永磁体的充磁方向相向。
4.根据权利要求1所述的一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，其特征在于：所述转子铁心表面设有间隔均布的凸极结构，凸极结构的数量为P块，其形状与第一永磁体一致，且对应的圆周角度和厚度与第一永磁体相同。
5.根据权利要求4所述的一种少稀土永磁材料磁路串联型转子结构，其特征在于：所述凸极结构与第一永磁体沿转子铁心圆周表面交替均匀排列，相邻第一永磁体和凸极结构在圆周上相隔180°/P。
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