CN115001172B - 一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机，涉及永磁电机技术领域，其中，包括转子铁芯，转子铁芯内沿其周向设置有若干永磁体组合，永磁体组合包括第一磁钢、第二磁钢，在转子铁芯的轴向方向上，第一磁钢位于转子铁芯中部，第二磁钢位于第一磁钢的两侧，并靠近转子铁芯的端面，且与第一磁钢充磁方向相同，相邻永磁体组合中的第一磁钢充磁方向相反；本发明中第一磁钢、第二磁钢均嵌入转子铁芯内部，弱磁性能好，位于中部的第一磁钢、靠近端面的第二磁钢能够增强磁场，抑制漏磁，从而本发明中永磁体组合能够达到聚磁的目的，增大主磁通，降低漏磁，凸极效应明显，具有磁阻转矩大的优点。

Description

一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，特别是涉及一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机。

背景技术

随着新能源产业的发展，风力发电、电动汽车等领域成为我国能源发展战略的重要组成部分。电机是能量转换的主要设备，针对风力发电和电动汽车等领域的电机成为现阶段主要的研究热点，其电气和机械性能的优劣直接影响着能量转换的效率以及控制系统的成本与可靠性。

盘式电机属于轴向磁场电机，其具有轴向尺寸短，结构紧凑，质量轻、体积小、功率密度高等特点，因此特别适合于风力发电和电动汽车等电机体积具有特殊要求的场合。在轴向磁场电机中，内置式和表贴式是两种主要的转子磁路结构，而在轴向磁场永磁电机中，一般都采用永磁体表贴式结构。如申请号为“201810235009.9”，名称为“双定子永磁同步电机”的发明专利，及申请号为“201920307871.6”，名称为“一种基于聚磁结构转子轴向磁场的轮毂电机”的实用新型专利。表贴式结构的主要缺点有：转子永磁体表面涡流损耗较严重，永磁体固定困难，转子结构强度不高，无法利用磁阻转矩，气隙磁密低等，尤其电机在大功率高转速运行的情况下，永磁体还会受到较大的离心力和定子的电磁吸力，对永磁体的安装和保护成为了一个技术难点。

从而，如何降低漏磁，增大主磁通，提高电机的输出能力是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机，以解决现有技术存在的问题，能够达到聚磁的目的，增大主磁通，降低漏磁，凸极效应明显，具有磁阻转矩大的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种轴向充磁的永磁电机转子结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯内沿其周向设置有若干永磁体组合，所述永磁体组合包括第一磁钢、第二磁钢，在所述转子铁芯的轴向方向上，所述第一磁钢位于所述转子铁芯中部，所述第二磁钢位于所述第一磁钢的两侧，并靠近所述转子铁芯的端面，且与所述第一磁钢充磁方向相同，相邻所述永磁体组合中的所述第一磁钢充磁方向相反。

优选的，沿所述转子铁芯的周向，所述第二磁钢的两端部还设置有条形槽，所述条形槽与用于容纳所述第二磁钢的容纳槽连通，若干所述条形槽沿所述转子铁芯径向布置。

优选的，所述条形槽中设置有第三磁钢，在所述转子铁芯的周向方向上，所述第三磁钢切向充磁，且相邻两所述永磁体组合中相邻设置的两所述第三磁钢充磁方向相同，同一所述永磁体组合中的两所述第三磁钢充磁方向相反。

优选的，所述转子铁芯呈环形形状，所述环形形状的内圆中设置有用于连接转轴的转子固定架，所述转子固定架与所述转子铁芯之间固定连接。

优选的，所述转子结构还包括结构件与保护套，所述保护套套接在所述转子铁芯外部，所述结构件包括不锈钢隔板与连接销，沿所述转子铁芯的周向，所述不锈钢隔板位于所述永磁体组合的两端，沿所述转子铁芯的径向，所述连接销穿设在所述不锈钢隔板中，一端固定在所述转子固定架上，另一端固定在所述保护套上。

本发明还提供一种永磁电机，包括机壳、定子铁芯与如上述的转子结构，所述定子铁芯位于转子铁芯的轴向两侧，并且所述定子铁芯固定在所述机壳上。

优选的，所述定子铁芯的表面沿径向设置有若干凹槽，所述机壳的内表面对应设置有若干凸起，所述凸起与所述凹槽过盈配合。

优选的，两所述定子铁芯与所述转子铁芯之间均设置有密封板，所述密封板与与所述机壳密封配合，中部设有供转轴穿过的通孔，两所述密封板与所述机壳之间形成用于冷却定子铁芯的冷却腔，所述机壳上还设置有与两所述冷却腔连通的进油口与出油口。

优选的，所述进油口设置在所述冷却腔的中部或上部，所述出油口设置在所述冷却腔的底部。

优选的，所述进油口具有多个，所述出油口的直径大于所述进油口。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中第一磁钢、第二磁钢均嵌入转子铁芯内部，弱磁性能好，位于中部的第一磁钢、靠近端面的第二磁钢能够增强磁场，抑制漏磁，从而本发明中永磁体组合能够达到聚磁的目的，增大主磁通，降低漏磁，凸极效应明显，具有磁阻转矩大的优点；

2、沿转子铁芯的周向，本发明中第二磁钢的两端部还连通设置有条形槽，条形槽沿转子铁芯径向布置；第二磁钢与两端的条形槽呈U型，条形槽能够形成隔磁气隙，进一步降低第二磁钢两端部的漏磁，优选的条形槽中设置有第三磁钢，在转子铁芯的周向方向上，第三磁钢切向充磁，且相邻两永磁体组合中相邻设置的两第三磁钢充磁方向相同，同一永磁体组合中的两第三磁钢充磁方向相反，从而在降低第二磁钢两端漏磁的同时还提高了聚磁效果；

3、本发明中转子铁芯与定子铁芯之间设置有密封板，密封板与机壳形成具有完整圆环形回路的冷却腔，并在冷却腔的中、上部设置进油口，底部设置出油口，通过重力使冷却液流动，可以减小密封板压力，提高定子密封性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中电磁结构的整体结构示意图；

图2为转子铁芯的侧视图；

图3为第一磁钢、第二磁钢、第三磁钢、结构件在转子铁芯中的布置形式示意图；

图4为电磁结构的磁路原理示意图；

图5为永磁电机的整体结构示意图；

图6为永磁电机的爆炸结构示意图；

图7为机壳的结构示意图；

其中，1、转子铁芯；2、定子铁芯；3、第一磁钢；4、第二磁钢；5、不锈钢隔板；6、第三磁钢；7、转子固定架；8、转轴；9、连接销；10、保护套；11、机壳；12、凹槽；13、凸起；14、密封板；15、进油口；16、出油口；17、碳纤维套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种轴向充磁的永磁电机转子结构及永磁电机，以解决现有技术存在的问题，能够达到聚磁的目的，增大主磁通，降低漏磁，凸极效应明显，具有磁阻转矩大的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1～图4所述，本实施例提供一种轴向充磁的永磁电机转子结构，包括转子铁芯1，转子铁芯1内沿其周向设置有若干永磁体组合，永磁体组合包括第一磁钢3、第二磁钢4，在转子铁芯1的轴向方向上，第一磁钢3位于转子铁芯1中部，第二磁钢4位于第一磁钢3的两侧，并靠近转子铁芯1的端面，且与第一磁钢3充磁方向相同，相邻永磁体组合中的第一磁钢3充磁方向相反。

使用时，第一磁钢3与第二磁钢4进行轴向充磁，磁路通过转子铁芯1、第一磁钢3、第二磁钢4和定子铁芯2，与相邻的永磁体组合中的第一磁钢3、第二磁钢4形成完整磁路；由于本实施例中第一磁钢3、第二磁钢4均嵌入转子铁芯1内部，弱磁性能好，位于中部的第一磁钢3、靠近端面的第二磁钢4能够增强磁场，抑制漏磁，从而本实施例中永磁体组合能够达到聚磁的目的，增大主磁通，降低漏磁，凸极效应明显，具有磁阻转矩大的优点。

进一步的，沿转子铁芯1的周向，本实施例中第二磁钢4的两端部还连通设置有条形槽，条形槽沿转子铁芯1径向布置；第二磁钢4与两端的条形槽呈U型，条形槽能够形成隔磁气隙，进一步降低第二磁钢4两端部的漏磁，优选的条形槽中设置有第三磁钢6，在转子铁芯1的周向方向上，第三磁钢6切向充磁，且相邻两永磁体组合中相邻设置的两第三磁钢6充磁方向相同，同一永磁体组合中的两第三磁钢6充磁方向相反，从而在降低第二磁钢4两端漏磁的同时还提高了聚磁效果；电磁结构的磁路原理如图4所示，需要说明的是，如左侧的永磁体组合为例，其轴向充磁方向向上，第三磁钢6的充磁方向向外，右侧的永磁体组合中，轴向充磁方向向下，第三磁钢6的充磁方向向内，但是，左侧的永磁体组合中，第三磁钢6的充磁方向向内，右侧的永磁体组合中，第三磁钢6的充磁方向向外也是可行的。

进一步的，本实施例中定子铁芯2呈环形形状，环形形状的内圆中设置有用于连接转轴8的转子固定架7，转子固定架7与转子铁芯1之间固定连接，并且电磁结构还包括结构件与保护套10，保护套10套接在转子铁芯1外部，结构件包括不锈钢隔板5与连接销9，沿转子铁芯1的周向，不锈钢隔板5位于永磁体组合的两端，沿转子铁芯1的径向，不锈钢隔板5中穿设有棒状的连接销9，连接销9的一端固定在转子固定架7上，另一端固定在保护套10上，保护套10优选为铝材质。

实施例2：

如图5～图7所示，本实施例提供一种永磁电机，包括机壳11，定子铁芯2与上述的转子结构，定子铁芯2设置在转子铁芯1的轴向两侧，电磁机构中的定子铁芯2固定在机壳11上；具体的，定子铁芯2的表面沿径向设置有若干凹槽12，机壳11的内表面对应设置有若干凸起13，凸起13与凹槽12过盈配合，通过凹槽12与凸起13的卡接将定子铁芯2卡接在机壳11上，并且保护套10与外部还套设有碳纤维套17。

进一步的，本实施例中两定子铁芯2与转子铁芯1之间均设置有密封板14，密封板14与与机壳11密封配合，中部设有供转轴8穿过的通孔，两密封板14与机壳11之间形成用于冷却定子铁芯2的冷却腔，机壳11上还设置有与两冷却腔连通的进油口15与出油口16，并且本实施例中机壳11为分体结构，两机壳11分体扣合后通过螺栓固定形成完整机壳11，并且每个机壳11分体上均设置有进油口15与出油口16，便于对两个冷却腔中的定子铁芯2进行冷却。

如图5所示，进油口15设置在冷却腔的中部或上部，出油口16设置在冷却腔的底部，使得冷却油在重力的作用下便于流出冷却腔，在永磁电机竖直使用时，这一作用尤为明显，同时还能降低密封板14压力，也不必再设置挡油板，使得结构更简单。

为了保证冷却效果，本实施例中进油口15具有多个，出油口16的直径大于进油口15，更便于冷却液流出，防止积油。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种轴向充磁的永磁电机转子结构，其特征在于，包括转子铁芯，所述转子铁芯内沿其周向设置有若干永磁体组合，所述永磁体组合包括第一磁钢、第二磁钢，在所述转子铁芯的轴向方向上，所述第一磁钢位于所述转子铁芯中部，所述第二磁钢位于所述第一磁钢的两侧，并靠近所述转子铁芯的端面，且与所述第一磁钢充磁方向相同，相邻所述永磁体组合中的所述第一磁钢充磁方向相反；

沿所述转子铁芯的周向，所述第二磁钢的两端部还设置有条形槽，所述条形槽与用于容纳所述第二磁钢的容纳槽连通，若干所述条形槽沿所述转子铁芯径向布置；

所述条形槽中设置有第三磁钢，在所述转子铁芯的周向方向上，所述第三磁钢切向充磁，且相邻两所述永磁体组合中相邻设置的两所述第三磁钢充磁方向相同，同一所述永磁体组合中的两所述第三磁钢充磁方向相反；

所述转子铁芯呈环形形状，所述环形形状的内圆中设置有用于连接转轴的转子固定架，所述转子固定架与所述转子铁芯之间固定连接；

所述转子结构还包括结构件与保护套，所述保护套套接在所述转子铁芯外部，所述结构件包括不锈钢隔板与连接销，沿所述转子铁芯的周向，所述不锈钢隔板位于所述永磁体组合的两端，沿所述转子铁芯的径向，所述连接销穿设在所述不锈钢隔板中，一端固定在所述转子固定架上，另一端固定在所述保护套上。

2.一种永磁电机，其特征在于，包括机壳、定子铁芯与如权利要求1所述的转子结构，所述定子铁芯位于转子铁芯的轴向两侧，并且所述定子铁芯固定在所述机壳上。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯的表面沿径向设置有若干凹槽，所述机壳的内表面对应设置有若干凸起，所述凸起与所述凹槽过盈配合。

4.根据权利要求2或3所述的永磁电机，其特征在于，两所述定子铁芯与所述转子铁芯之间均设置有密封板，所述密封板与所述机壳密封配合，中部设有供转轴穿过的通孔，两所述密封板与所述机壳之间形成用于冷却定子铁芯的冷却腔，所述机壳上还设置有与两所述冷却腔连通的进油口与出油口。

5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述进油口设置在所述冷却腔的中部或上部，所述出油口设置在所述冷却腔的底部。

6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述进油口具有多个，所述出油口的直径大于所述进油口的直径。