CN1756036A - 用于旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转电机的转子，包括：由磁性材料制成且呈盘形形状的转子芯；以及多个磁体组，每一磁体组包括一对极性彼此相同的永磁体。所述各磁体组于所述转子芯中沿周向布置，使得所述各磁体组的极性交替变化。所述转子芯包括非磁性部分，每个非磁性部分形成于两个相邻的磁体组之间。

Description

用于旋转电机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的转子，且尤其涉及一种用于诸如永磁马达等旋转电机的转子。

背景技术

日本专利申请公开No.2004-96868示出了一种作为IPM(内部永磁体)马达的旋转电机，包括转子、以及多个嵌装于转子中的永磁体。该马达在每个永磁体的N极和一个永磁体的S极之间的方向上具有的磁阻低于沿一个永磁体的N极方向上的磁阻。马达通过d轴和q轴之间的磁阻差产生磁阻扭矩。

不过，传统的IPM马达使用具有高BHmax的NeFeBr永磁体。该NeFeBr永磁体在高温状态下或者在被施以高反向磁场的状态下会被去磁，并由此不能产生原有的磁通量。因此，永磁体马达使用于永磁体温度不超过永磁体被去磁的温度的范围内，并在高反向磁场不施加于永磁体的状态下。鉴于用于永磁体温度不超过永磁体被去磁的温度的范围内，所以需要进行改进以实施马达冷却系统并且分开永磁体。因此，由于这些改进的必要性，不可避免地会极大地增加成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于旋转电机的转子，以防止永磁体的去磁并实现高温操作。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于旋转电机的转子，包括：由磁性材料制成且呈盘形形状的转子芯；以及多个磁体组，每一磁体组包括一对极性彼此相同的永磁体，所述各磁体组于所述转子芯中沿周向布置，使得所述各磁体组的极性交替变化；所述转子芯包括非磁性部分，每个非磁性部分形成于两个相邻的磁体组之间。

附图说明

图1是平面图，表明根据本发明第一实施例的用于旋转电机的转子。

图2是平面图，表明根据本发明第二实施例的用于旋转电机的转子。

图3是平面图，表明根据本发明第三实施例的用于旋转电机的转子。

图4是平面图，表明根据本发明第四实施例的用于旋转电机的转子。

图5是平面图，表明根据本发明第五实施例的用于旋转电机的转子。

具体实施方式

图1示出根据本发明第一实施例的用于旋转电机的转子10。如图1所示，旋转电机的转子10包括圆盘形式的转子芯11，作为旋转芯11的旋转轴的轴12，多个N极永磁体13，和多个S极永磁体14。转子芯11由诸如叠置的磁性钢片等磁性材料制成。转子芯11包括多个磁体组，每组包括一对N极永磁体13或者一对S极永磁体14。在转子芯11外部圆周附近设置有N极永磁体13的多个磁体对(或者磁体组)和S极永磁体14的多个磁体对(或者磁体组)。各对N极永磁体13和各对S极永磁体对14沿转子芯11的周向交替布置。(在图1中，有两对N极永磁体13和两对S极永磁体14，因此转子10总共具有四对永磁体13和14。)

旋转电机用作永磁同步马达，通过向电枢线圈供给电流同步于设置于转子中的永磁体的旋转产生的旋转磁场而产生扭矩。在旋转电机的转子10中，如图1所示，定义了d轴和q轴。d轴感应系数Ld可大于q轴感应系数Lq(Ld＞Lq)，并因此，旋转电机的转子10具有凸极性。另一方面，d轴感应系数Ld可小于q轴感应系数Lq(Ld＜Lq)，且旋转电机的转子10具有反凸极性(inverse saliency)。

在反凸极性的永磁马达中，d轴电流需要是负向的以产生磁阻扭矩。负向d轴电流表示向电枢线圈供给电流以便反作用于永磁体的磁通量。也就是，反向磁场施加于永磁体。当反向磁场施加于永磁体时，涡流在永磁体内流动以产生磁场来反作用于反向磁场。该涡流在永磁体内衰减，并升高永磁体的温度。因此，在施加高反向磁场而使永磁体温度升高的操作点下，永磁体被永久性地去磁。

为了通过少量的永磁体实现高扭矩，由永磁体的磁通量形成的扭矩的减小由磁阻扭矩予以补偿。在反凸极性的旋转电机中，高磁阻需要插入d轴磁通路，即永磁体磁通量的磁路。在这种情况下，随着永磁体的量的增加，磁阻的量也增加。因此，永磁体的量需要进一步增加。而且，为了输出必要的磁阻扭矩，如上所述，需要供给负向d轴电流。不过，d轴电流实际上限制于不对永磁体去磁。由于这个限制，不可能增加磁阻扭矩，并因此不能增加扭矩。

在凸极性的旋转电机中，由于对于永磁体磁通量的磁路磁阻较低，所以与反凸极性的旋转电机相比，可通过少量的永磁体产生永久磁通量。由于d轴电流被供给以加强磁场，所以可通过减小反向磁场的去磁作用而输出磁阻扭矩。根据本发明实施例的用于旋转电机的转子10具有实现这些状态的转子结构。

如图1所示，相邻的两个永磁体在一平面上具有轴对称的梯形。每个永磁体具有梯形的横截面，包括径向延伸的侧部。每个N极由两个在周向上相互面对、并且在周向上相互分开的N极永磁体13形成。每个S极由两个在周向上相互面对、并且在周向上相互分开的S极永磁体14形成。每个N极永磁体1 3和一个与该N极永磁体1 3相邻的S极永磁体14之间，设置有于转子芯11的外周上敞开、并从转子芯11的外周径向向内凹进的凹入部分15。每个凹入部分15从转子芯11的第一轴向端部表面轴向伸向转子10的第二轴向端部表面而穿过转子芯11。每个凹入部分15的径向长度或者深度基本上是永磁体径向长度的一半。在相反极性的两个相邻永磁体之间，设置有一个凹入部分15作为空气层。即，永磁体如此布置，使得在相同极性的两个相邻永磁体之间的径向磁阻低于沿着永磁体外表面的径向磁阻。

在第一实施例的旋转电机中，q轴磁阻增加，并由此可减小q轴的感应系数。而且，空气层没有设置于相同极性的两个相邻永磁体之间。d轴磁通量通过形成于相同极性的两个相邻永磁体之间的路径，并且d轴磁阻低于q轴磁阻。因此，d轴感应系数Ld可高于q轴感应系数Lq(Ld＞Lq)，并且旋转电机的转子10具有凸极性。

图2示出了根据本发明第二实施例的旋转电机的转子20。如图2所示，旋转电机的转子20包括转子芯21，用于代替凹入部分15的开缝22，每个开缝具有呈较宽矩形形状的开口。每个开缝22如此形成，使得其较长侧垂直于q轴。每个开缝22位于稍微处于一个永磁体13和14的径向长度的中心位置外侧的径向位置处。相反极性的两个相邻永磁体之间设置有一个开缝22作为空气层。在其他方面，转子20在结构和运作上与转子10基本上相同。因此，q轴磁阻高于d轴磁阻，并且可实现凸极性。

图3示出了根据本发明第三实施例的旋转电机的转子30。如图3所示，旋转电机的转子30包括设置有N极永磁体32和S极永磁体33的转子芯31。N极永磁体32和S极永磁体33中的每一个在平面中呈窄矩形或者细长矩形的形状，并具有基本上沿转子芯的径向延伸的较长侧。两个相邻的N极永磁体32以V形形状成对设置，并且以预定的角度沿周向布置。两个相邻的S极永磁体33以V形形状成对设置，并且以预定的角度沿周向布置。即，每个磁体组的两个永磁体布置成相对于转子芯31的中心呈锥形。相同极性的两个相邻永磁体之间设置有两个第一开缝34、34。相反极性的两个相邻永磁体之间(或者两个相邻的磁体组之间)设置有第二开缝35。在其他方面，转子30在结构和运作上与转子10基本相同。

两个相邻的第一开缝34、34布置成分别平行于d轴延伸。每个第一开缝34从第一端延伸至第二端，其中第一端的径向位置位于一个永磁体的径向长度的中心位置处，第二端位于一个第二开缝35的轴12侧。每个第一开缝34包括分支部分34a。每个分支部分34a位于轴12侧端的轴12侧或者一个永磁体的径向内端处，并顺延该永磁体的径向内端朝向第二开缝35延伸，以径向覆盖该永磁体的径向内端。两个相邻的第一开缝34相对于从转子芯31的轴径向引出的线镜象对称。每个第二开缝35位于相反极性的两个相邻永磁体之间，处于该两个相邻永磁体的径向内端的轴12侧，并且设置成第二开缝35的较长侧垂直于q轴。

各永磁体布置成相同极性的两个相邻以V形形状成对设置。与相同极性的两个相邻永磁体相互平行的布置形式相比(如图1和2所示的转子10和20)，可增加与定子耦联的磁通量。作为空气层的两个第一开缝34设置成平行于径向延伸，并在相同极性的两个相邻永磁体之间沿周向相互面对。因此，可减小永磁体端部处的磁通泄漏，并增加q轴的磁阻。因此，d轴的感应系数Ld可高于q轴的感应系数Lq(Ld＞Lq)，并且旋转电机的转子30具有凸极性。

图4示出了根据本发明第四实施例的用于旋转电机的转子40。如图4所示，旋转电机的转子40包括设置有N极永磁体32和S极永磁体33的转子芯41。相同极性的两个相邻永磁体布置成与d轴平行，并且沿周向相互分离。该转子40没有形成第一开缝34，但是具有第二开缝35，每个开缝35从第一端延伸至第二端，其中第一端位于相反极性的两个相邻永磁体之一的一侧、并且位于该永磁体的轴12侧，第二端位于该两个相邻永磁体中另一个的一侧、并位于该永磁体的轴12的侧。在其他方面，转子40在结构和运作上与转子30基本相同。

在该第四实施例中，相同极性的两个相邻永磁体布置成平行于径向延伸，并且不呈V形形状。相反极性的两个相邻永磁体之间(或者两个相邻磁体组之间)设置有作为空气层的第二开缝35。非磁性部分的第二开缝35中的每一个从位于两个相邻磁体组之一附近的第一端部延伸至位于两个相邻磁体组中的另一个附近的第二端。各永磁体如此布置，使得相同极性的两个相邻永磁体之间的长度远小于相反极性的两个相邻永磁体之间的长度。也就是，相反极性的两个相邻永磁体之间的间距大于相同极性的两个相邻永磁体之间的间距，并因此，由相反极性的两个相邻永磁体、第二开缝35和转子芯4 1的外圆周所包围的芯部区域或横截面区域得以增加。因此，d轴磁阻保持低于q轴磁阻，并且q轴磁阻可高于d轴磁阻。因此，d轴感应系数Ld可高于q轴感应系数Lq(Ld＞Lq)，并且可实现凸极性。

图5示出了根据本发明第五实施例的用于旋转电机的转子50。如图5所示，旋转电机的转子50包括设置有N极永磁体32和S极永磁体33的转子芯51。N极永磁体32和S极永磁体33中的每一个具有基本上沿转子芯的径向延伸的较长侧。两个相邻的N极永磁体32以V形形状成对设置并且沿周向相互分离。两个相邻的S极永磁体33以V形形状成对设置并且沿周向相互分离。在其他方面，转子50在结构和运作上与转子40基本相同。

相同极性的两个相邻永磁体并不是相互平行设置的，而是设置成以V形形状径向延伸。因此，由相反极性的永磁体、第二开缝35和转子芯51的外圆周所包围的芯部区域小于转子40的芯部区域且，d轴感应系数Ld和q轴感应系数Lq之间的比(凸极性比Ld/Lq)变小。不过，永磁体的磁通量得以增加。

在根据本发明这些实施例的配置结构中，非磁性部分中的每一个设置于相反极性的两个相邻永磁体之间，由此，在周向布置的相同极性的两个相邻的永磁体之间、转子径向上的磁阻低于沿永磁体外表面的磁阻。因此，d轴感应系数Ld可高于q轴感应系数Lq(Ld＞Lq)，并且转子具有凸极性。

转子电机具有凸极性，且从而对于永磁体的磁通量的磁路磁阻变低。因此，与反凸极性的旋转电机相比，可通过少量永磁体产生磁通量。而且，由于d轴电流流过以增强磁场，所以可通过减小反向磁场的去磁作用而输出磁阻扭矩。因此，凸极性的旋转电机防止永磁体去磁，并且可在高温下运作。

在这些实施例中，空气层由凹入部分15、开缝22、第一开缝34和第二开缝35形成。空气层并不局限于这些实例。通过将非磁性材料嵌入凹入部分15、开缝22、第一开缝34和第二开缝35可获得与空气层相同的效果。非磁性材料可以是铜、不锈钢、铝、黄铜等。N极永磁体13(32)、S极永磁体14(33)、凹入部分15、开缝22、第一开缝34和第二开缝35可根据配置结构随意组合。

本申请基于在先日本专利申请No.2004-265642。于2004年9月13日提交的日本专利申请No.2004-265642的全部内容在这里引作参考。

虽然上面已经参照本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述实施例。根据上面给出的教导，本领域技术人员可对上述实施例进行修改和改变。本发明的范围参照所附的权利要求予以限定。

Claims (10)

1、一种用于旋转电机的转子，包括：

由磁性材料制成且呈盘形形状的转子芯；

多个磁体组，每一磁体组包括一对极性彼此相同的永磁体，所述各磁体组于所述转子芯中沿周向布置，使得所述各磁体组的极性交替变化；

所述转子芯包括非磁性部分，每个非磁性部分形成于两个相邻的磁体组之间。

2、根据权利要求1所述的转子，其中，所述非磁性部分是于所述转子芯上开通的空气层。

3、根据权利要求1所述的转子，其中，所述非磁性部分中的每一个从位于两个相邻磁体组之一附近的第一端延伸至位于两个相邻磁体组中另一个附近的第二端。

4、根据权利要求1至3任一项所述的转子，其中，相同极性的两个相邻永磁体布置成平行于所述转子芯的径向延伸；并且所述各永磁体如此布置，使得相反极性的两个相邻永磁体之间的间距大于相同极性的两个相邻永磁体之间的间距。

5、根据权利要求1至3任一项所述的转子，其中，所述非磁性部分如此形成，使得由相反极性的两个相邻永磁体、两个相邻永磁体之间的非磁性部分之一以及所述转子芯的外圆周所包围的横截面区域最大化。

6、根据权利要求1或2所述的转子，其中，所述非磁性部分中的每一个是凹入部分，所述凹入部分从所述转子芯的外表面径向向内凹进。

7、根据权利要求6所述转子，其中，所述永磁体中的每一个具有梯形横截面，包括各自沿径向延伸的侧部。

8、根据权利要求1至3任一项所述的转子，其中，相同极性的两个相邻永磁体沿径向延伸，并且以预定角度沿周向布置。

9、根据权利要求8所述的转子，其中，所述转子芯包括开缝；两个相邻的开缝平行于所述转子芯的径向延伸，并且在周向上位于相同极性的两个相邻永磁体之间，并且每个开缝包括顺延所述两个相邻永磁体之一朝向所述非磁性部分之一延伸的分支部分。

10、根据权利要求1至3任一项所述的转子，其中，所述各磁体组之一的两个永磁体沿周向相互分离。

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