CN207782525U - 电机转子和永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电机转子和永磁电机。该电机转子包括转子铁芯(1)和设置在转子铁芯(1)内的第一永磁体(2)和第二永磁体(3)，第一永磁体(2)位于该第一永磁体(2)所在磁极的磁极中心位置，第一永磁体(2)的两侧设置有第二永磁体(3)，第一永磁体(2)的矫顽力低于第二永磁体(3)的矫顽力。根据本实用新型的电机转子，能够有效降低充退磁难度，增加电机调磁范围，提高电机效率。
Description
技术领域
本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种电机转子和永磁电机。
背景技术
传统永磁电机依靠永磁体提供磁通，但永磁体提供磁场固定，电机内部磁场难以调节，使永磁电机难以兼顾高频和低频时的效率。且在供电电源电压固定的情况下，限制了电机的最高运行频率。目前，大多永磁电机只能通过弱磁控制扩大运行范围，但是弱磁控制存在增加电机铜损、降低电机效率、调速范围有限等问题。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种电机转子和永磁电机，能够有效降低充退磁难度，增加电机调磁范围，提高电机效率。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种电机转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯内的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于该第一永磁体所在磁极的磁极中心位置，第一永磁体的两侧设置有第二永磁体，第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力。
优选地，第一永磁体呈一字型排布，且第一永磁体垂直于该第一永磁体所在磁极的d轴。
优选地，转子铁芯内还设置有第三永磁体，第三永磁体位于第二永磁体远离第一永磁体的一侧，第一永磁体的矫顽力低于第三永磁体的矫顽力。
优选地，第二永磁体和第三永磁体呈V型排布，并相对于d轴对称设置在第一永磁体的两侧。
优选地，每一磁极的第一永磁体的宽厚比为1.9～4.6；和/或，第二永磁体的宽厚比为1.8～4；和/或，第三永磁体的宽厚比为2.8～5.5。
优选地，转子铁芯设置有第一安装槽，第一永磁体安装在第一安装槽内，第一安装槽的内侧壁与电机转子的中心轴线之间的最小距离L为0.65～0.85R，其中R为转子外圆半径。
优选地，第一永磁体与第二永磁体之间的夹角θ1为75°+π/(6*p)～75°+π/(2*p)；和/或，第二永磁体与第三永磁体之间的夹角θ2为30°+π/(6*p)～30°+π/(2*p)；p为电机极对数。
优选地，转子铁芯设置有第一安装槽，第一永磁体安装在第一安装槽内，第一安装槽的远离转子中心的两个外顶点与转子中心的连线之间的夹角θ3为0.10*π/p～0.35*π/p；p为电机极对数。
优选地，转子铁芯设置有第二安装槽和第三安装槽，第二永磁体设置在第二安装槽内，第三永磁体设置在第三安装槽内，第二安装槽与第三安装槽形成V型槽，每一磁极下，位于第一永磁体第一侧的第二安装槽与第三安装槽的交点为第一交点，位于第一永磁体第二侧的第二安装槽与第三安装槽的交点为第二交点，第一交点与转子中心的连线和第二交点与转子中心的连线之间的夹角θ4为0.4*π/p～0.7*π/p；和/或，第一交点与转子中心之间的距离S为0.4*R～0.8*R；p为电机极对数，R为转子外圆半径。
优选地，转子铁芯设置有第一安装槽和第二安装槽，第一永磁体安装在第一安装槽内，第二永磁体安装在第二安装槽内，第一安装槽和第二安装槽之间的最小距离d为0～2*δ，其中δ为电机单边气隙。
优选地，在相邻的两个磁极间，相邻的两个第三永磁体之间的距离为δ的0.65～1.5倍，其中δ为电机单边气隙。
优选地，转子铁芯设置有第三安装槽，第三永磁体设置在第三安装槽内，在相邻的两个磁极间，相邻的两个第三安装槽之间设置有连接筋。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种永磁电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
本实用新型提供的电机转子，包括转子铁芯和设置在所述转子铁芯内的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体位于该第一永磁体所在磁极的磁极中心位置，所述第一永磁体的两侧设置有所述第二永磁体，所述第一永磁体的矫顽力低于所述第二永磁体的矫顽力。该电机转子在电机低频运行时，低矫顽力永磁体正向增磁，能提高电机反电势，提高电机低频效率；电机高频运行时，低矫顽力永磁体反向弱磁，降低电机反电势，增加电机高频运行范围。且可以通过控制充退磁电流大小，使低矫顽力永磁体达到不同的充磁状态，实现多级调磁，在不同转速下实现不同程度的调磁，增加电机调磁范围，使电机能在较宽的频率上运行在最佳效率点。由于矫顽力较低的第一永磁体位于该第一永磁体所在磁极的磁极中心位置，因此能够降低电机的充退磁难度，大幅度减小矫顽力较低永磁体充退磁电流大小。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电机转子的一个磁极的结构图；
图2为本实用新型实施例的电机转子的一个磁极的各永磁体的结构关系图；
图3为本实用新型实施例的电机转子去除永磁体后的结构示意图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；2、第一永磁体；3、第二永磁体；4、第三永磁体；5、第一安装槽；6、第二安装槽；7、第三安装槽；8、连接筋。
具体实施方式
结合参见图1至3所示，根据本实用新型的实施例，电机转子包括转子铁芯1和设置在转子铁芯1内的第一永磁体2和第二永磁体3，第一永磁体2位于该第一永磁体2所在磁极的磁极中心位置，第一永磁体2的两侧设置有第二永磁体3，第一永磁体2的矫顽力低于第二永磁体3的矫顽力。
该电机转子在电机低频运行时，矫顽力较低的永磁体正向增磁，能提高电机反电势，提高电机低频效率；电机高频运行时，矫顽力较低的永磁体反向弱磁，降低电机反电势，增加电机高频运行范围。且可以通过控制充退磁电流大小，使矫顽力较低的永磁体达到不同的充磁状态，实现多级调磁，在不同转速下实现不同程度的调磁，增加电机调磁范围，使电机能在较宽的频率上运行在最佳效率点。由于矫顽力较低的第一永磁体2位于该第一永磁体2所在磁极的磁极中心位置，因此能够降低电机的充退磁难度，大幅度减小矫顽力较低永磁体充退磁电流大小。
优选地，第一永磁体2为矩形，并呈一字型排布，且第一永磁体2垂直于该第一永磁体2所在磁极的d轴，从而能够使得第一永磁体2的结构设计更加合理，减小第一永磁体2在转子径向方向上的体积占用，增大矫顽力较高的第二永磁体3的永磁体用量，提高电机的转矩和功率密度，同时更加有效地减小调节磁场时电机的充退磁电流大小，降低电机充退磁难度，实现电机内部磁场实时同步调节。
优选地，转子铁芯1内还设置有第三永磁体4，第三永磁体4位于第二永磁体3远离第一永磁体2的一侧，第一永磁体2的矫顽力低于第三永磁体4的矫顽力。该第三永磁体4可以与第二永磁体2相配合，利用矫顽力高于第一永磁体2的矫顽力的特点，进一步增加高矫顽力永磁体用量，提高电机的转矩和功率密度。
优选地，第二永磁体3和第三永磁体4呈V型排布，并相对于d轴对称设置在第一永磁体2的两侧，从而更加有效地增加永磁体有效体积，增加高矫顽力永磁体用量，提高电机的转矩和功率密度。此外，两组矫顽力较高的永磁体呈“V”型分布在矫顽力较低的永磁体两侧，能够增加永磁体的排布尺寸；其中外侧矫顽力较高的永磁体尺寸更大，能够将磁场集中到磁极中心，提高电机气隙磁场的正弦度，降低电机转矩脉动。
优选地，每一磁极的第一永磁体2的宽厚比为1.9～4.6；和/或，第二永磁体3的宽厚比为1.8～4；和/或，第三永磁体4的宽厚比为2.8～5.5。对矫顽力较高的第二永磁体3和第三永磁体4设置合适的宽厚比，能够在保证足够的磁场强度、抗退磁能力的情况下，减小永磁体用量；对矫顽力较低的第一永磁体2设置合适的宽厚比，能够保证电机正常运行时低矫顽力永磁体状态不变化，提升电机转子的工作性能。此处的各永磁体均以转子轴向方向为长度方向，转子垂直于轴向方向的截面内，永磁体的较长的边的延伸方向为宽度方向，较短的边的延伸方向为厚度方向。
优选地，转子铁芯1设置有第一安装槽5，第一永磁体2安装在第一安装槽5内，第一安装槽5的内侧壁与电机转子的中心轴线之间的最小距离L为0.65～0.85R，其中R为转子外圆半径。控制矫顽力较低的第一永磁体2所在的第一安装槽5的内侧壁与电机转子的中心轴线之间的最小距离，能够在保证转子满足机械强度要求的情况下，降低充退磁难度。
优选地，第一永磁体2与第二永磁体3之间的夹角θ1为75°+π/(6*p)～75°+π/(2*p)；和/或，第二永磁体3与第三永磁体4之间的夹角θ2为30°+π/(6*p)～30°+π/(2*p)；p为电机极对数。矫顽力较低的永磁体与相邻的矫顽力较高的永磁体之间的夹角，会影响低矫顽力永磁体正常运行时的状态，角度太小会使矫顽力较低的永磁体容易产生局部退磁，角度大则会减小矫顽力较高的永磁体的排布空间。因此合适的角度设置，能够在保证矫顽力较高的永磁体的排布空间的基础上，有效避免矫顽力较低的永磁体产生局部退磁的问题，或者减小矫顽力较低的永磁体产生的局部退磁。对相邻的两个矫顽力较高的永磁体设置合适的夹角，能够更加有效地增加永磁体有效体积，增加电机的磁密及功率密度。
优选地，第一安装槽5的远离转子中心的两个外顶点与转子中心的连线之间的夹角θ3为0.10*π/p～0.35*π/p；p为电机极对数。一般而言，第一安装槽5为矩形槽或者梯形槽，此处的两个外顶点是指矩形槽或者梯形槽的两个径向方向上位于外侧的顶点。通过选取合适的矫顽力较低的永磁体槽两个外顶点之间的圆心角，能够依据需要设置电机的调磁能力。
优选地，转子铁芯1还设置有第二安装槽6和第三安装槽7，第二永磁体3设置在第二安装槽6内，第三永磁体4设置在第三安装槽7内，第二安装槽6与第三安装槽7形成V型槽，每一磁极下，位于第一永磁体2第一侧的第二安装槽6与第三安装槽7的交点为第一交点，位于第一永磁体2第二侧的第二安装槽6与第三安装槽7的交点为第二交点，第一交点与转子中心的连线和第二交点与转子中心的连线之间的夹角θ4为0.4*π/p～0.7*π/p；和/或，第一交点与转子中心之间的距离S为0.4*R～0.8*R；p为电机极对数，R为转子外圆半径。
优选地，转子铁芯1设置有第一安装槽5和第二安装槽6，第一安装槽5和第二安装槽6之间的最小距离d为0～2*δ，其中δ为电机单边气隙。由于第一安装槽5和第二安装槽6之间的最小距离会影响矫顽力较低的永磁体的运行状态，因此，设置合适的d值能够避免矫顽力较高的永磁体对矫顽力较低的永磁体的运行状态造成较大影响，避免矫顽力较低的永磁体产生局部退磁的问题。
优选地，在相邻的两个磁极间，相邻的两个第三永磁体4之间的距离为δ的0.65～1.5倍，其中δ为电机单边气隙。
优选地，在相邻的两个磁极间，相邻的两个第三安装槽7之间设置有连接筋8，从而可以加强电机转子的机械强度。
根据本实用新型的实施例，永磁电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (13)
1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)和设置在所述转子铁芯(1)内的第一永磁体(2)和第二永磁体(3)，所述第一永磁体(2)位于该第一永磁体(2)所在磁极的磁极中心位置，所述第一永磁体(2)的两侧设置有所述第二永磁体(3)，所述第一永磁体(2)的矫顽力低于所述第二永磁体(3)的矫顽力。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(2)呈矩形，且所述第一永磁体(2)垂直于该第一永磁体(2)所在磁极的d轴。
3.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)内还设置有第三永磁体(4)，所述第三永磁体(4)位于所述第二永磁体(3)远离所述第一永磁体(2)的一侧，所述第一永磁体(2)的矫顽力低于所述第三永磁体(4)的矫顽力。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第二永磁体(3)和所述第三永磁体(4)呈V型排布，并相对于d轴对称设置在所述第一永磁体(2)的两侧。
5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，每一磁极的所述第一永磁体(2)的宽厚比为1.9～4.6；和/或，所述第二永磁体(3)的宽厚比为1.8～4；和/或，所述第三永磁体(4)的宽厚比为2.8～5.5。
6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)设置有第一安装槽(5)，所述第一永磁体(2)安装在所述第一安装槽(5)内，所述第一安装槽(5)的内侧壁与所述电机转子的中心轴线之间的最小距离L为0.65～0.85R，其中R为转子外圆半径。
7.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(2)与所述第二永磁体(3)之间的夹角θ1为75°+π/(6*p)～75°+π/(2*p)；和/或，所述第二永磁体(3)与所述第三永磁体(4)之间的夹角θ2为30°+π/(6*p)～30°+π/(2*p)；p为电机极对数。
8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)设置有第一安装槽(5)，所述第一永磁体(2)安装在所述第一安装槽(5)内，所述第一安装槽(5)的远离转子中心的两个外顶点与所述转子中心的连线之间的夹角θ3为0.10*π/p～0.35*π/p；p为电机极对数。
9.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)设置有第二安装槽(6)和第三安装槽(7)，所述第二永磁体(3)设置在所述第二安装槽(6)内，所述第三永磁体(4)设置在所述第三安装槽(7)内，所述第二安装槽(6)与所述第三安装槽(7)形成V型槽，每一磁极下，位于所述第一永磁体(2)第一侧的所述第二安装槽(6)与所述第三安装槽(7)的交点为第一交点，位于所述第一永磁体(2)第二侧的所述第二安装槽(6)与所述第三安装槽(7)的交点为第二交点，所述第一交点与转子中心的连线和所述第二交点与所述转子中心的连线之间的夹角θ4为0.4*π/p～0.7*π/p；和/或，所述第一交点与所述转子中心之间的距离S为0.4*R～0.8*R；p为电机极对数，R为转子外圆半径。
10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)设置有第一安装槽(5)和第二安装槽(6)，所述第一永磁体(2)安装在所述第一安装槽(5)内，所述第二永磁体(3)安装在所述第二安装槽(6)内，所述第一安装槽(5)和第二安装槽(6)之间的最小距离d为0～2*δ，其中δ为电机单边气隙。
11.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，在相邻的两个磁极间，相邻的两个第三永磁体(4)之间的距离为δ的0.65～1.5倍，其中δ为电机单边气隙。
12.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)设置有第三安装槽(7)，所述第三永磁体(4)设置在所述第三安装槽(7)内，在相邻的两个磁极间，相邻的两个所述第三安装槽(7)之间设置有连接筋(8)。
13.一种永磁电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至12中任一项所述的电机转子。
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