CN208955769U - 转子及永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种转子及永磁电机，包括：转子铁芯；至少两块第一永磁体及至少两块第二永磁体，第一永磁体与第二永磁体的矫顽力不同，且至少两块第一永磁体及至少两块第二永磁体均沿转子铁芯的周向间隔设置于转子铁芯的轴向端面上，沿转子铁芯的径向上每个第一永磁体与每个第二永磁体串联布置并形成永磁极；其中，每相邻两个永磁极之间形成交替极，永磁极形成穿过定子及交替极的磁路。通过磁化电流改变具有低矫顽力的第一永磁体的磁场强度，实现了永磁电机磁场可调，从而永磁电机实现了兼顾高频与低频时的效率；由于在交替极处未存在永磁体，降低了具有低矫顽力的永磁体的磁化难度，且由于交替极的存在，大幅减小了永磁体的用量。
Description
技术领域
本实用新型涉及驱动装置技术领域，特别是涉及一种转子及永磁电机。
背景技术
永磁电机主要包括定子及转子，转子包括转子铁芯及永磁体，永磁体安装于转子铁芯的磁钢槽内。当定子侧通入三相对称电流时，由于三相定子在空间位置上相差120°，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子在旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能；当永磁体产生旋转磁场时，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，此时转子动能转化为电能。
传统永磁电机由于永磁体提供的磁场固定，因此永磁电机内部的磁场难以调节，从而永磁电机难以兼顾高频与低频时的效率，且在供电电源电压固定的情况下，限制了永磁电机的最高运行频率。
实用新型内容
基于此，有必要针对传统永磁电机难以兼顾高频与低频时的效率的问题，提供一种可兼顾高频与低频时的效率的转子及永磁电机。
一种转子，包括：
转子铁芯；
至少两块第一永磁体及至少两块第二永磁体，所述第一永磁体与所述第二永磁体的矫顽力不同，且所述至少两块第一永磁体及所述至少两块第二永磁体均沿所述转子铁芯的周向间隔设置于所述转子铁芯的轴向端面上，沿所述转子铁芯的径向上每个所述第一永磁体与每个所述第二永磁体串联布置并形成永磁极；
其中，所述转子铁芯沿周向位于每相邻两个所述永磁极之间的部分形成交替极，所述永磁极形成穿过定子及所述交替极的磁路。
在其中一个实施例中，所述第一永磁体的矫顽力小于所述第二永磁体的矫顽力，沿所述转子铁芯的径向上所述第一永磁体较所述第二永磁体位于背离所述转子铁芯的中心的一侧。
在其中一个实施例中，所述至少两块第一永磁体及所述至少两块第二永磁体均沿所述转子铁芯的周向均匀间隔设置于所述转子铁芯的轴向端面上。
在其中一个实施例中，所述永磁极的磁极方向沿所述转子铁芯的径向设置。
在其中一个实施例中，沿所述转子铁芯的径向上所述第一永磁体与所述第二永磁体层叠设置。
在其中一个实施例中，沿所述转子铁芯的周向上所述第一永磁体与所述第二永磁体的两端部平齐。
在其中一个实施例中，所述永磁极的截面形状为长方形或者开口背离所述转子铁芯的中心的V字形。
在其中一个实施例中，每个所述永磁极沿所述转子铁芯的周向的两端与所述转子铁芯的中心之间的连线形成第一圆心角，所述第一圆心角大于π/p且小于1.5*π/p，其中p为所述永磁极与所述交替极数量总和的1/2。
在其中一个实施例中，所述转子铁芯的轴向端面上开设有隔磁槽，所述隔磁槽沿所述转子铁芯的周向延伸于所述永磁极的两端。
一种永磁电机，包括定子及如上述任一项所述的转子，所述转子可转动地套设于所述定子内。
本实用新型提供的转子及永磁电机，永磁极由沿转子铁芯的径向相互串联且矫顽力不同的第一永磁体与第二永磁体形成，通过磁化电流改变具有低矫顽力的永磁体的磁场强度，实现了永磁电机磁场可调，从而永磁电机实现了兼顾高频与低频时的效率；且永磁极与交替极相结合，当磁化电流对永磁电机进行调磁时，其形成的回路经过永磁极与交替极，交替极处未存在永磁体，则减少了对于上述回路的阻扰，因此降低了具有低矫顽力的永磁体的磁化难度；同时由于交替极的存在，永磁极交替存在，因此大幅减小了永磁体的用量。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的转子的结构图；
图2为图1中所提供的转子的磁场分布图；
图3为本实用新型另一实施例提供的转子的结构图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参阅图1及图2，本实用新型一实施例提供一种永磁电机，包括定子与转子100，转子100同轴套设于定子内，且转子100与定子之间具有气隙以便于转子100相对于定子转动。
定子包括定子铁芯及电枢绕组，定子铁芯由软磁硅钢片冲压而成，定子铁芯内沿周向间隔设置有多个齿，每个齿外缠绕有电枢绕组，电枢绕组通电产生旋转的磁场，并作用于转子100促使转子100转动。
转子100包括转子铁芯10及永磁体，转子铁芯10由软磁硅钢片冲压而成，永磁体沿轴向设置于转子铁芯10的轴向端面上。具体地，转子铁芯10的轴向端面开设有磁钢槽11，永磁体装设于磁钢槽11内。
具体地，磁钢槽11沿转子铁芯10的周向间隔开设于转子铁芯10的轴向端面上。
永磁体包括第一永磁体20及第二永磁体30，第一永磁体20与第二永磁体30的矫顽力不同，且第一永磁体20与第二永磁体30数量相同且均为至少两块，一块第一永磁体20与一块第一永磁体20共同装设于一个磁钢槽11内，且沿转子铁芯10的径向位于同一个磁钢槽11内的第一永磁体20与第二永磁串联布置并共同形成一个永磁极40。
转子铁芯10的周向位于每相邻两个永磁极40之间的部分形成一个交替极50(交替极50形成于转子铁芯10未设置有永磁体的部分)，永磁极40形成穿过定子及交替极50的磁路。
本实施例提供的永磁电机，由于永磁极40由沿转子铁芯10的径向相互串联的第一永磁体20与第二永磁体30形成，且第一永磁体20与第二永磁体30的矫顽力不同，则当永磁电机处于低速大转矩状态时，通过磁化电流将具有低矫顽力的永磁体充磁饱和，使永磁电机内部的磁场强度增强以满足需要，当永磁电机运行于高速小转矩时，通过磁化电流降低具有低矫顽力的永磁体的磁化程度，使永磁电机内部的磁场减小以满足要求，如此实现了永磁电机的磁场强度可调，从而永磁电机实现了兼顾高频与低频时的效率；且沿转子铁芯10的径向第一永磁体20与第二永磁体30串联设置，提高了具有低矫顽力的永磁体的抗退磁能力；同时永磁极40与交替极50相结合，当磁化电流对永磁电机进行调磁时，其形成的回路经过永磁极40与交替极50，交替极50处未存在永磁体，则减少了对于上述回路的阻扰，因此降低了具有低矫顽力的永磁体的磁化难度，且由于交替极50的存在，永磁极40交替存在，因此大幅减小了永磁体的用量。
进一步，沿转子铁芯10的周向上磁钢槽11均匀间隔设置，相应地，沿转子铁芯10的周向上至少两个第一永磁体20均匀间隔设置，至少两个第二永磁体30也均匀间隔设置。
具体地，磁钢槽11为至少3个，相应地，第一永磁体20与第二永磁体30的数量也为至少3个。
在一个实施例中，至少3个磁钢槽11连线所形成的图形的中心与转子铁芯10的中心重合。此时装设于至少3个磁钢槽11内的第一永磁体20连线所形成的图形的中心与转子铁芯10的中心重合，装设于至少3个磁钢槽11内的第二永磁体30连线所形成的图形的中心也与转子铁芯10的中心重合。
具体地，沿转子铁芯10的径向上设置位于每个磁钢槽11内的第一永磁体20与第二永磁体30层叠设置，以保证第一永磁体20与第二永磁体30的串联效果。
进一步，沿转子铁芯10的周向设置位于每个磁钢槽11内的第一永磁体20与第二永磁体30的两端部平齐，也即为沿转子铁芯10的周向第一永磁体20与第二永磁体30的尺寸相同。
在一个实施例中，沿转子铁芯10的周向上设置每个第一永磁体20与每个第二永磁体30的截面形状均为长方形，此时第一永磁体20与第二永磁体30串联形成的永磁极40为长方形。此时至少3个永磁极40连线所形成的图形为正多边形，且每个永磁极40的磁极方向均沿转子铁芯10的径向。
具体地，每个永磁极40沿转子铁芯10的周向的两端与转子铁芯10的中心之间的连线形成第一圆心角θ1，该第一圆心角θ1大于π/p且小于1.5*π/p，其中p为永磁极40与交替极50总和的1/2。由于交替极50的磁场由永磁极40的磁场提供，如此设置可以保证永磁极40的第一圆心角θ1大于交替极50的第二圆心角θ2(每个交替极50沿转子铁芯10的周向的两端与转子铁芯10的中心之间的连线形成的圆心角)，因此可以保证永磁电机内部的磁密，同时也保证了交替极50的第二圆心角θ2也不至于过小。
在一个实施例中，第一永磁体20的矫顽力小于第二永磁体30的矫顽力，沿转子铁芯10的径向上第一永磁体20较第二永磁体30位于背离转子铁芯10的中心的一侧，即具有较小矫顽力的第一永磁体20位于具有较大矫顽力的第二永磁体30的外侧(靠近定子的一侧)。由于调磁磁场由定子产生，当第一永磁体20置于第二永磁体30外侧时，调磁磁场将直接作用于第一永磁体20，相较于具有较大矫顽力的第二永磁体30设置于具有较小矫顽力的第一永磁体20外侧的情况(此时调磁磁场首先作用于第二永磁体30后再作用于第一永磁体20，磁场在作用于第二永磁体30时会有损失)，降低了调磁难度。
进一步，设置为了保证具有低矫顽力的第一永磁体20的磁化电流较小，又能够使永磁电机在正常运行时不会产生退磁，设置第一永磁体20的宽度大于第二永磁体30的宽度，且第一永磁体20与第二永磁体30的尺寸选择满足以下关系：
50kA/m＜(H1*d1+H2*d2)/(d1+d2)＜400kA/m；
其中，d1为具有高矫顽力的第二永磁体30的宽度，d2为具有低矫顽力的第一永磁体20的宽度，H1为具有高矫顽力的第二永磁体30的矫顽力，H2为具有低矫顽力的第一永磁体20的矫顽力。
参阅图3，在另一个实施例中，沿转子铁芯10的周向上每个第一永磁体20与每个第二永磁体30的截面形状也可以不为长方形，如设置每个第一永磁体20与每个第二永磁体30的截面形状均为开口背离转子铁芯10的中心的V字形。也即为每个第一永磁体20包括呈角度设置的两部分，每个第二永磁体30包括呈角度设置的两部分，此时第一永磁体20与第二永磁体30形成的永磁极40为V字形，如此保证了在相对于上述实施例不改变永磁极40的第一圆心角θ1的情况下，提高了永磁电机的磁密，提高了永磁电机的转矩密度。
在一个实施例中，转子铁芯10的轴向端面上开设有隔磁槽12，隔磁槽12沿转子铁芯10的周向延伸于永磁极40的两端。隔磁槽12的设置防止了永磁极40的磁通在自身的端部闭合，减少了永磁电机的漏磁。
本实用新型一实施例还提供一种上述永磁电机所包括的转子100。
本实用新型实施例提供的转子100及永磁电机，具有以下有益效果：
1、永磁极40由沿转子铁芯10的径向相互串联且矫顽力不同的第一永磁体20与第二永磁体30形成，则当永磁电机处于低速大转矩状态时，通过磁化电流将具有低矫顽力的永磁体充磁饱和，使永磁电机内部的磁场强度增强以满足需要，当永磁电机运行于高速小转矩时，通过磁化电流降低具有低矫顽力的永磁体的磁化程度，使永磁电机内部的磁场减小以满足要求，如此实现了永磁电机的磁场强度可调，从而永磁电机实现了兼顾高频与低频时的效率；
2、沿转子铁芯10的周向永磁极40与交替极50交替设置，由于在交替极50处未存在永磁体，降低了具有低矫顽力的永磁体的磁化难度，且由于交替极50的存在，大幅减小了永磁体的用量；
3、沿转子铁芯10的径向上具有矫顽力的第一永磁体20位于具有高矫顽力的第二永磁体30的外侧，则当需要调磁时，定子产生的调磁磁场直接作用于第一永磁体20，降低了调磁难度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种转子(100)，其特征在于，包括：
转子铁芯(10)；
至少两块第一永磁体(20)及至少两块第二永磁体(30)，所述第一永磁体(20)与所述第二永磁体(30)的矫顽力不同，且所述至少两块第一永磁体(20)及所述至少两块第二永磁体(30)均沿所述转子铁芯(10)的周向间隔设置于所述转子铁芯(10)的轴向端面上，沿所述转子铁芯(10)的径向上每个所述第一永磁体(20)与每个所述第二永磁体(30)串联布置并形成永磁极(40)；
其中，所述转子铁芯(10)沿周向位于每相邻两个所述永磁极(40)之间的部分形成交替极(50)，所述永磁极(40)形成穿过定子及所述交替极(50)的磁路。
2.根据权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述第一永磁体(20)的矫顽力小于所述第二永磁体(30)的矫顽力，沿所述转子铁芯(10)的径向上所述第一永磁体(20)较所述第二永磁体(30)位于背离所述转子铁芯(10)的中心的一侧。
3.根据权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述至少两块第一永磁体(20)及所述至少两块第二永磁体(30)均沿所述转子铁芯(10)的周向均匀间隔设置于所述转子铁芯(10)的轴向端面上。
4.根据权利要求3所述的转子(100)，其特征在于，所述永磁极(40)的磁极方向沿所述转子铁芯(10)的径向设置。
5.根据权利要求3所述的转子(100)，其特征在于，沿所述转子铁芯(10)的径向上所述第一永磁体(20)与所述第二永磁体(30)层叠设置。
6.根据权利要求3所述的转子(100)，其特征在于，沿所述转子铁芯(10)的周向上所述第一永磁体(20)与所述第二永磁体(30)的两端部平齐。
7.根据权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述永磁极(40)的截面形状为长方形或者开口背离所述转子铁芯(10)的中心的V字形。
8.根据权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，每个所述永磁极(40)沿所述转子铁芯(10)的周向的两端与所述转子铁芯(10)的中心之间的连线形成第一圆心角(θ1)，所述第一圆心角(θ1)大于π/p且小于1.5*π/p，其中p为所述永磁极(40)与所述交替极(50)数量总和的1/2。
9.根据权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述转子铁芯(10)的轴向端面上开设有隔磁槽，所述隔磁槽沿所述转子铁芯(10)的周向延伸于所述永磁极(40)的两端。
10.一种永磁电机，其特征在于，包括定子及如权利要求1-9任一项所述的转子(100)，所述转子(100)可转动地套设于所述定子内。
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