CN117728606A - 一种转子结构及电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种转子结构及电机，其中，转子结构包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯中设有安装槽；永磁体设于安装槽中，永磁体包括第一永磁单元和第二永磁单元，第一永磁单元位于第二永磁单元沿转子铁芯的径向远离转动轴线的一端，第一永磁单元的材料的剩磁感应强度小于第二永磁单元的材料的剩磁感应强度，第一永磁单元和第二永磁单元之间通过绝缘层粘接。本发明实施例中的转子结构中，第一永磁单元和第二永磁单元具有不同的剩磁感应强度，以使得永磁体沿径向远离转子铁芯的转动轴线的部分的剩磁感应强度低于永磁体的其它部分，从而减小了由于高次谐波磁场影响所产生的涡流损耗，进而减小了永磁体发热、去磁等问题发生的几率。

Description

一种转子结构及电机

技术领域

本发明实施例涉及电机技术领域，具体涉及一种转子结构及电机。

背景技术

电机包括定子和转子，其中，定子包括硅钢片叠压形成的定子铁心和定子铁心的定子槽内嵌入的多个绕组线圈，转子包括硅钢片叠压形成的转子铁心和转子铁心的转子槽内嵌入的多个永磁体。在绕组线圈中通电产生旋转磁场，该旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用产生扭矩，使电机旋转。

当变频器向绕组线圈供电时，因绕组线圈中通入了高次谐波电流进而产生高次谐波磁场，永磁体受到高次谐波磁场作用时会感应出涡流，从而使永磁体的温度升高导致磁通量损失，从而降低永磁电机的输出扭矩和效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种能够减少涡流损耗的转子结构及电机。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种转子结构，所述转子结构包括：

转子铁芯，所述转子铁芯中设有安装槽；

永磁体，所述永磁体设于所述安装槽中，所述永磁体包括第一永磁单元和第二永磁单元，所述第一永磁单元位于所述第二永磁单元沿所述转子铁芯的径向远离转动轴线的一端，所述第一永磁单元的材料的剩磁感应强度小于所述第二永磁单元的材料的剩磁感应强度，所述第一永磁单元和所述第二永磁单元之间通过绝缘层粘接。

一些实施例中，所述第一永磁单元采用粘接钕铁硼材料，所述第二永磁单元采用烧结钕铁硼材料。

一些实施例中，所述第一永磁单元和所述第二永磁单元的充磁方向相同。

一些实施例中，在沿垂直于所述充磁方向的方向上，所述第一永磁单元的尺寸小于所述第二永磁单元的尺寸。

一些实施例中，所述第一永磁单元沿所述充磁方向远离所述转动轴线的一侧的端面为第一端面，所述第二永磁单元沿所述充磁方向远离所述转动轴线的一侧的端面为第二端面，所述第二端面沿所述充磁方向超出所述第一端面或者与所述第一端面平齐。

一些实施例中，所述第一永磁单元沿所述充磁方向的尺寸不大于所述第二永磁单元沿所述充磁方向的尺寸。

一些实施例中，所述第一永磁单元沿所述充磁方向靠近所述转动轴线的一侧的端面为第三端面，和所述第二永磁单元沿所述充磁方向靠近所述转动轴线的一侧的端面为第四端面，所述第三端面和所述第四端面平齐。

一些实施例中，所述第一永磁单元沿所述转子铁芯的径向的截面为三角形，且沿所述转子铁芯的径向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率。

一些实施例中，所述第一永磁单元沿所述转子铁芯的径向的截面为梯形，且沿所述转子铁芯的径向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率。

一些实施例中，所述安装槽的数目为多对，每对所述安装槽沿所述转子铁芯的周向间隔布置且沿径向对称，，每对中的两个所述安装槽的间距沿所述转子铁芯的径向自内而外逐渐增大。

一些实施例中，至少部分成对的所述安装槽沿所述转子铁芯的径向间隔设置。

本发明实施例还提供一种电机，所述电机包括定子结构和前述实施例中任一的所述转子结构，所述定子结构中设有安装腔，所述转子结构设于所述安装腔中，且与所述安装腔的内壁间隔设置。

本发明实施例中的转子结构中，永磁体分成两个小的永磁单体，永磁体的相对电阻率增加减少了永磁体的涡流电流，使永磁体电涡流产生的损耗减少；第一永磁单元和第二永磁单元具有不同的剩磁感应强度，以使得永磁体沿径向远离转子铁芯的转动轴线的部分的剩磁感应强度低于永磁体的其它部分，从而减小了该部分由于高次谐波磁场影响所产生的涡流损耗，进而减小了随之而带来的永磁体发热、去磁等问题发生的几率，提高了转子结构的使用寿命。同时，第二永磁单元的剩磁感应强度更高，有利于保证永磁体的整体磁感应强度满足电机的功率要求。通过绝缘层的阻隔作用以减少由于电磁感应所产生的涡流。

附图说明

图1为本发明第一实施中电机的示意图；

图2为本发明第二实施例中电机的示意图；

图3为本发明第三实施例中永磁体的示意图；

图4为图3实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图5为本发明第四实施例中永磁体的示意图；

图6为图5实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图7为本发明第五实施例中永磁体的示意图；

图8为图7实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图9为本发明第六实施例中永磁体的示意图；

图10为图9实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图11为本发明第七实施例中永磁体的示意图；

图12为图11实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图13为本发明第八实施例中永磁体的示意图；

图14为图13实施例的永磁体在另一视角下的示意图；

图15为本发明第九实施例中电机的示意图；

图16为本发明第十实施例中电机的示意图。

附图标记说明

转子结构10；转子铁芯11；安装槽11a；永磁体12；第一永磁单元121；第一端面121a；第三端面121b；第二永磁单元122；第二端面122a；第四端面122b；绝缘层123；定子结构20

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“周向”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，“充磁方向”、“宽度方向”、“长度方向”方位或位置关系为基于附图4所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在相关技术中，永磁体具有高磁导率和低电阻率的特性，基于趋肤效应，永磁体受到高次谐波磁场作用时所产生的涡流，且永磁体上越远离转子结构的转动轴线的部分，其涡流越大。

本发明实施例提供一种转子结构10，用于电机，参阅图1、图2、图15和图16，该转子结构10包括转子铁芯11和永磁体12。

转子铁芯11本身为电机磁路的一部分，其由硅钢片叠压制成，硅钢片彼此之间绝缘，以降低转子结构10工作过程中的涡流损耗和磁滞损耗。

永磁体12能够产生磁场。

转子铁芯11中设有安装槽11a，永磁体12设于安装槽11a中。安装槽11a为永磁体12提供安装位置，并限制了永磁体12的位置，避免转子结构10在转动的过程中发生移动而导致磁场方向紊乱。

可以理解的是，转子铁芯11以及永磁体12能够一同转动。

安装槽11a的在转子铁芯11中的具体位置不限，例如，安装槽11a位于转子铁芯11的内部且沿转子铁芯11的轴向延伸。

可以理解的是，永磁体12的数目和安装槽11a的数目均为多个，两者的数目一致且一一对应配置。

参阅图1至图4，至少部分永磁体12包括第一永磁单元121和第二永磁单元122，第一永磁单元121至少位于第二永磁单元122沿转子铁芯11的径向远离转动轴线的一端，也就是说，在沿转子铁芯11的径向方向上，第二永磁单元122的一端相比另一端更加远离转子铁芯11的转动轴线，且第一永磁单元121设置于该端，以使得第一永磁单元121形成了永磁体12沿转子的径向的外侧的一端。

作用于第一永磁单元121上的涡流大于作用与第二永磁单元122上的涡流。因此，第二永磁单元122并不位于高次谐波磁场影响的主要区域，仅有部分漏磁穿过第二永磁单元122。

第一永磁单元121的材料的剩磁感应强度小于第二永磁单元122的材料的剩磁感应强度。

剩磁感应强度指的是，物体经外磁场磁化至饱和以后，撤去外磁场，在原来外磁场方向上仍能保持的磁化强度。

第一永磁单元121位于高次谐波磁场影响的主要区域，且其材料的剩磁感应强度更小，从而减小了在第一永磁单元121所产生的涡流损耗。

可以理解的是，第一永磁单元121和第二永磁单元122为两个彼此独立的永磁单体。

第一永磁单元121和第二永磁单元122之间通过绝缘层123粘接，绝缘层123具有绝缘性和粘性，以实现第一永磁单元121和第二永磁单元122之间的相对位置固定。

本发明实施例中的转子结构10中，永磁体12分成两个小的永磁单体，永磁体12的相对电阻率增加减少了永磁体12的涡流电流，使永磁体12电涡流产生的损耗减少；第一永磁单元121和第二永磁单元122具有不同的剩磁感应强度，以使得永磁体12沿径向远离转子铁芯11的转动轴线的部分的剩磁感应强度低于永磁体12的其它部分，从而减小了该部分由于高次谐波磁场影响所产生的涡流损耗，进而减小了随之而带来的永磁体12发热、去磁等问题发生的几率，提高了转子结构10的使用寿命。同时，第二永磁单元122的剩磁感应强度更高，有利于保证永磁体12的整体磁感应强度满足电机的功率要求。通过绝缘层123的阻隔作用以减少由于电磁感应所产生的涡流。

可以理解的是，永磁体12的体积可以等于安装槽11a的空间的体积；也可以小于安装槽11a的空间体积，以使得永磁体12与安装槽11a的内壁之间能够形成隔磁空气槽，隔磁空气槽中充有空气，空气磁导率低而磁阻大，从而减少漏磁。

安装槽11a沿转子铁芯11的轴向贯穿转子铁芯11，以便永磁体12沿轴向装入或者取出安装槽11a。

一些实施例中，参阅图1，第一永磁单元121位于第二永磁单元122沿转子铁芯11的周向的一端。

一些实施例中，永磁体12包括两个第一永磁单元121，一者位于第二永磁单元122沿转子铁芯11的周向远离转动轴线的一端，而另一者位于第二永磁单元122沿转子铁芯11的周向靠近转动轴线的一端，也就是说，第二永磁单元122沿转子铁芯11的周向的两端均设有第一永磁单元121，以便在将永磁体12装入安装槽11a的装配工艺环节中，无需区分永磁体12的安装方向，提高安装效率，降低装配错误发生的几率。

第一永磁单元121的材料和第二永磁单元122的磁性材料的具体类型不限，例如，钐钴材料、铁氧体材料以及钕铁硼材料等，两者所选取的材料满足第一永磁单元121的材料的剩磁感应强度小于第二永磁单元122的材料的剩磁感应强度的要求即可。

钕铁硼材料的磁能积高，以使得永磁体12在满足相同磁感应强度的基础上减小尺寸和质量，有利于提高电机的能量密度，提高电机的适装性。

第一永磁单元121和第二永磁单元122所采取的材料的制备工艺不同。

示例性地，第一永磁单元121采用粘接钕铁硼材料，第二永磁单元122采用烧结钕铁硼材料。

粘结钕铁硼材料是由钕铁硼粉末与粘结材料相混合所形成，其形状可塑性强，可以通过模具一次粘接成型，有利于抑制高次谐波磁场影响所产生的涡流损耗并减少材料的浪费，便于第一永磁单元121根据需要制成不同形状。

烧结钕铁硼材料是将熔炼后的钕铁硼粉化并在磁场中压制成型，然后将成型的坯块在惰性气体或真空中烧结致密化，再将坯块通过机加工的方式制成所需形状，不会形成额外的绝缘层，减少了材料的损失，提高了材料利用率。

粘结钕铁硼材料相比于烧结钕铁硼材料，其内部含有其他成分以及气隙较多，因此，粘结钕铁硼材料的剩磁感应强度相比于烧结钕铁硼材料的剩磁感应强度更小，从而满足第一永磁单元121的材料的剩磁感应强度小于第二永磁单元122的材料的剩磁感应强度的要求。

一些实施例中，第一永磁单元121和第二永磁单元122的充磁方向相同，以减少第一永磁单元121的磁场和第二永磁单元122的磁场之间的干扰。

可以理解的是，永磁体12沿充磁方向的一端为N极，另一端为S极。

一些实施例中，充磁方向自转子铁芯11的径向内侧指向径向外侧。

需要说明的是，在沿垂直于充磁方向的方向上，第一永磁单元121的尺寸和第二永磁单元122的尺寸分别根据所需的磁动势大小进行确定，其具体的计算方式在相关技术中已有应用，在此不加以赘述。

可以理解的是，永磁体12在单位面积上所提供的磁通量的大小与其沿充磁方向的尺寸大小有关。

一些实施例中，在沿垂直于充磁方向的方向上，第一永磁单元121的尺寸小于第二永磁单元122的尺寸。由于第一永磁单元121的材料的剩磁感应强度小于第二永磁单元122的材料的剩磁感应强度，因此，在沿垂直于充磁方向的方向上，提高第二永磁单元122的尺寸在永磁体12在该方向上的总尺寸的占比，有利于提高永磁体12的总磁通量，有利于减少永磁体12的总体尺寸的同时满足永磁体12的总磁通量的要求。

一些实施例中，参阅图4，第一永磁单元121沿充磁方向远离转动轴线的一侧的端面为第一端面121a，第二永磁单元122沿充磁方向远离转动轴线的一侧的端面为第二端面122a，第二端面122a沿充磁方向与第一端面121a平齐，以减少第一永磁单元121受到高次谐波磁场影响的区域，降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

一些实施例中，参阅图2和图6，第二端面122a沿充磁方向超出第一端面121a，也就是说，在永磁体12沿转子铁芯11的径向远离转动轴线的端部空缺，以改善第二永磁单元122远离转动轴线的一端的磁势，提升第二永磁单元122的抗去磁能力；并减少第一永磁单元121中受到高次谐波磁场影响的区域，以进一步降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

一些实施例中，参阅图4，第一永磁单元121沿充磁方向的尺寸不大于第二永磁单元122沿充磁方向的尺寸，以减少第一永磁单元121受到高次谐波磁场影响的区域，降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

一些实施例中，参阅图4、图6、图8、图10、图12和图14，第一永磁单元121沿充磁方向靠近转动轴线的一侧的端面为第三端面121b，和第二永磁单元122沿充磁方向靠近转动轴线的一侧的端面为第四端面122b，第三端面121b和第四端面122b平齐，以使得便于第一永磁单元121和第二永磁单元122之间确定安装基准的同时，使得第一永磁单元121尽可能地减少受到高次谐波磁场影响的区域，降低第一永磁单元121内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

在沿转子铁芯11的径向上，第一永磁单元121的截面和第二永磁单元122的截面的具体形状不限。

例如，在第二永磁单元122采用烧结钕铁硼材料的一些实施例中，在沿转子铁芯11的径向上，第二永磁单元122的截面为矩形，以便第二永磁单元122的机加工成型，降低制备工艺难度和时间。

一些实施例中，参阅图6，在沿转子铁芯11的径向上，第一永磁单元121的截面为矩形，且沿充磁方向靠近转动轴线的一侧平齐，充磁方向沿第二永磁单元122的截面的宽度方向，沿第二永磁单元122的截面的宽度方向，第二永磁单元122的截面尺寸大于第一永磁单元121的截面尺寸，沿第二永磁单元122的截面的长度方向，第二永磁单元122的截面尺寸大于第一永磁单元121的截面尺寸。

一些实施例中，参阅图6至图9，第一永磁单元121沿转子铁芯11的径向的截面为三角形，且沿转子铁芯11的径向方向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率，以在永磁体12沿转子铁芯11的径向远离转动轴线的端部空缺，改善第二永磁单元122远离转动轴线的一端的磁势，提升第二永磁单元122的抗去磁能力；并减少第一永磁单元121中受到高次谐波磁场影响的区域，以进一步降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

在第二永磁单元122的截面为矩形的一些实施例中，参阅图6至图9，第一永磁单元121的截面形状为直角三角形，以使得其截面的一条直角边与第二永磁单元122靠近转动轴线的一侧的端面平齐，以便两者安装时进行定位。

在第二永磁单元122的截面为矩形的一些实施例中，参阅图6、图10和图14，第一永磁单元121的截面与第二永磁单元122贴合的边的尺寸小于第二永磁单元122宽度方向的尺寸，以减少第一永磁单元121受到高次谐波磁场影响的区域，降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

一些实施例中，参阅图11至图14，第一永磁单元121沿转子铁芯11的径向的截面为梯形，且沿转子铁芯11的径向方向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率，以在永磁体12沿转子铁芯11的径向远离转动轴线的端部空缺，改善第二永磁单元122远离转动轴线的一端的磁势，提升第二永磁单元122的抗去磁能力；并减少第一永磁单元121中受到高次谐波磁场影响的区域，以进一步降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

在第二永磁单元122的截面为矩形的一些实施例中，参阅图11至图14，第一永磁单元121的截面形状为直角梯形，截面中与底边呈直角的腰边与第二永磁单元122靠近转动轴线的一侧的端面平齐，以便两者安装时进行定位。

在第二永磁单元122的截面为矩形的一些实施例中，参阅图6，第一永磁单元121的截面与第二永磁单元122贴合的底边的尺寸小于第二永磁单元122宽度方向的尺寸，以减少第一永磁单元121受到高次谐波磁场影响的区域，降低永磁体12内的涡流损耗，减少永磁体12在工作过程中的发热。

参阅图11至图14，第一永磁单元121的截面与第二永磁单元122贴合的底边为梯形的长底边。

可以理解的是，第一永磁单元121采用粘结钕铁硼材料，便于通过具有不同截面形状的模具将第一永磁单元121的截面制成不同形状。

可以理解的是，第一永磁单元121和第二永磁单元122沿转子铁芯11的轴向的尺寸相同。

用于粘接的绝缘层123的具体材料类型不限，例如环氧树脂、有机硅、酚醛、聚酚、丙烯酸酯树酯胶粘剂等。

安装槽11a的具体排布方式不限。

示例性地，参阅图1、图2、图15和图16，安装槽11a的数目为多对，每对安装槽11a沿转子铁芯11的周向间隔布置且沿径向对称，每对中的两个安装槽11a的间距沿转子铁芯11的径向自内而外逐渐增大，从而减小了永磁体12径向的漏磁，提高了永磁体12的磁通量的利用率，有利于电机气隙磁密的增大。

每对安装槽11a的具体排布形式不限，例如，参阅图1和图2，呈V型；参阅图6，呈U型。

一些实施例中，参阅图15，至少部分成对的安装槽11a沿转子铁芯11的径向间隔设置，以提高转子铁芯11中的空间利用率，提高磁通量。

本发明实施还提供一种电机，参阅图1，电机包括定子结构20和前述实施例中任一的转子结构10，定子结构20中设有安装腔，转子结构10设于安装腔中，且与安装腔的内壁间隔设置。

定子结构20中设有绕组线圈，绕组线圈通电后产生磁场，且与转子结构10中的永磁体12的磁场之间发生相互作用，从而驱动转子结构10发生转动。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种转子结构，其特征在于，所述转子结构包括：

转子铁芯，所述转子铁芯中设有安装槽；

永磁体，所述永磁体设于所述安装槽中，所述永磁体包括第一永磁单元和第二永磁单元，所述第一永磁单元位于所述第二永磁单元沿所述转子铁芯的径向远离转动轴线的一端，所述第一永磁单元的材料的剩磁感应强度小于所述第二永磁单元的材料的剩磁感应强度，所述第一永磁单元和所述第二永磁单元之间通过绝缘层粘接。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元采用粘接钕铁硼材料，所述第二永磁单元采用烧结钕铁硼材料。

3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元和所述第二永磁单元的充磁方向相同。

4.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，在沿垂直于所述充磁方向的方向上，所述第一永磁单元的尺寸小于所述第二永磁单元的尺寸。

5.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元沿所述充磁方向远离所述转动轴线的一侧的端面为第一端面，所述第二永磁单元沿所述充磁方向远离所述转动轴线的一侧的端面为第二端面，所述第二端面沿所述充磁方向超出所述第一端面或者与所述第一端面平齐。

6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元沿所述充磁方向的尺寸不大于所述第二永磁单元沿所述充磁方向的尺寸。

7.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元沿所述充磁方向靠近所述转动轴线的一侧的端面为第三端面，和所述第二永磁单元沿所述充磁方向靠近所述转动轴线的一侧的端面为第四端面，所述第三端面和所述第四端面平齐。

8.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元沿所述转子铁芯的径向的截面为三角形，且沿所述转子铁芯的径向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率。

9.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁单元沿所述转子铁芯的径向的截面为梯形，且沿所述转子铁芯的径向，其截面外侧的斜边的斜率小于其内侧的斜边的斜率。

10.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述安装槽的数目为多对，每对所述安装槽沿所述转子铁芯的周向间隔布置且沿径向对称，，每对中的两个所述安装槽的间距沿所述转子铁芯的径向自内而外逐渐增大。

11.根据权利要求10所述的转子结构，其特征在于，至少部分成对的所述安装槽沿所述转子铁芯的径向间隔设置。

12.一种电机，其特征在于，所述电机包括定子结构和权利要求1-11中任一的所述转子结构，所述定子结构中设有安装腔，所述转子结构设于所述安装腔中，且与所述安装腔的内壁间隔设置。