CN217362691U - 永磁同步电机转子和永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种永磁同步电机转子和永磁电机，永磁同步电机转子包括：转子铁芯和永磁体，永磁体设置于转子铁芯上沿转子铁芯的径向方向延伸，永磁体为N个，每两个相邻的永磁体的相对的一侧具有相同的极性；永磁体具有永磁体中心线，转子包括多个磁极，两个相邻的磁极之间具有磁极分界线，永磁体的永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个磁极所占转子铁芯圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2。根据本实用新型在转子的有限空间内增加了永磁体有效磁通面积，提高了电机的磁链，提高电机转矩，降低了电机的运行电流，提高电机效率，同时降低永磁体退磁率，提高电机抗退磁能力。

Description

永磁同步电机转子和永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机转子和永磁电机。

背景技术

永磁体切向磁化结构的电机由于具有“聚磁”效果，较永磁体径向磁化电机能够产生更高的气隙磁密,使得电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引、办公自动化、家用电器等场合。

现有技术的切向永磁电机由于采用单个永磁体并联的磁路结构，转子永磁体工作点较径向永磁电机低，容易引起电机效率下降，并且在恶劣环境下存在退磁的风险，使得电机无法运转。

由于现有技术中的永磁电机存在抗退磁能力差的问题；电机磁链低，运行电流大的问题；电机铜耗大，效率低的问题；副永磁体易退磁等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种永磁同步电机转子和永磁电机。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的永磁电机存在电机磁链低的缺陷，从而提供一种永磁同步电机转子和永磁电机。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种永磁同步电机转子，其包括：转子铁芯和永磁体，所述永磁体设置于所述转子铁芯上沿所述转子铁芯的径向方向延伸，所述永磁体为N个，N≥2，且N个所述永磁体依次沿所述转子铁芯的周向方向间隔布置，每两个相邻的所述永磁体的相对的一侧具有相同的极性；

其中，所述永磁体具有永磁体中心线，所述转子包括多个磁极，两个相邻的磁极之间具有磁极分界线，所述永磁体的所述永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个所述磁极所占所述转子铁芯圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2所述磁极分界线指转子圆心与所述主永磁体靠近外圆的外侧边中点之间的直线连线。

在一些实施方式中，A与B还满足以下关系：A/B≤0.8。

在一些实施方式中，所述转子铁芯上设置有永磁体槽，所述永磁体设置于所述永磁体槽中，且两个相邻的永磁体槽之间间距最小处的实体部分为第一磁桥，所述第一磁桥的长边与所述第一磁桥最近的磁极分界线之间倾斜设置，二者之间夹设不为0的夹角。

在一些实施方式中，所述第一磁桥的长边与其最近的磁极分界线之间的倾斜方向、与距离该磁极分界线最近的永磁体中心线与该磁极分界线之间的倾斜方向相同，所述第一磁桥的长边与其最近的磁极分界线之间的夹角为C，并有A与C满足以下关系：0.7≤A/C≤1.5。

在一些实施方式中，一磁极下的所有的永磁体槽所占圆周角度大于一磁极所占的角度，所述永磁体槽包括相对的第一长边和第二长边，并且所述第一长边越过一磁极一侧的磁极分界线，所述第二长边越过该磁极另一侧的磁极分界线，所述永磁体的两个长边长度相等且设为G，所述转子铁芯的半径设为N，G与N满足以下关系：0.6≤G/N≤1.4。

在一些实施方式中，所述第一磁桥的长度设为F，所述永磁体的长度设为G，F与G满足以下关系：0.06≤F/G≤0.3。

在一些实施方式中，所述第一磁桥的厚度均匀，厚度设为D，所述永磁体的厚度设为E，D与E满足以下关系：0.03≤D/E≤0.15。

在一些实施方式中，其中一永磁体槽最靠近相邻的永磁体槽的径向最外侧的点为H点，H点处为所述第一磁桥的一端，以H点为分界点，从H点做垂线到相邻永磁体槽的长边，交点为K，K点将该所述永磁体分为内外两段，位于径向内侧的内侧段长度较位于径向外侧的外侧段长度短，内侧段长度设为I，外侧段长度设为J，I与J满足以下关系：I/J≤0.8。

在一些实施方式中，在所述转子铁芯的端面的投影面内，一极下的左右两永磁体的长边长度不等，其一永磁体的长边长度设为R，另一永磁体的长边长度设为S，R与S满足以下关系：0.5≤R/S≤0.95。

在一些实施方式中，一极下左右两永磁体槽的径向内侧连通，左侧永磁体槽的内侧底边与右侧永磁体槽的侧边相接且位于同一直线上，左侧永磁体槽靠近右侧永磁体槽的内侧。

在一些实施方式中，在所述转子铁芯的端面的投影面内，所述永磁体为直角梯形；和/或，所述永磁体为至少两段不相接的结构，所述永磁体的相邻的段与段之间形成第二磁桥。

本实用新型还提供一种永磁电机，其包含前任一项所述的永磁同步电机转子。

本实用新型提供的一种永磁同步电机转子和永磁电机具有如下有益效果：

本实用新型通过将永磁体的所述永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个所述磁极所占所述转子铁芯圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2；能够在转子的有限空间内增加了永磁体有效磁通面积，提高了电机的磁链，提高电机转矩，降低了电机的运行电流，提高电机效率，同时降低永磁体退磁率，提高电机抗退磁能力。

附图说明

图1为本实用新型的新型切向电机转子结构的示意图1；

图2为本实用新型的新型切向电机转子结构的示意图2；

图3为本实用新型的新型切向电机转子结构的示意图3；

图4为本实用新型的新型切向电机转子结构的示意图4；

图5为本实用新型的新型切向电机与现有电机的电机输出转矩对比图；

图6为本实用新型的新型切向电机与现有电机的电机效率对比图；

图7为本实用新型的新型切向电机与现有电机的退磁电流对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；10、磁极；101、第一磁极；102、第二磁极；11、磁极分界线；111、左磁极分界线；112、右磁极分界线；12、永磁体槽；13、第一磁桥；14、第二磁桥；2、永磁体；20、永磁体中心线；21、左侧永磁体；211、左侧永磁体底边；22、右侧永磁体；222、右侧永磁体侧边；23、倾斜前侧；24、倾斜后侧；31、倾斜前侧的转子外侧顶点；32、倾斜前侧的转子内侧顶点；33、转子齿前侧的外圆处顶点；34、永磁体槽内侧底边；35、永磁体槽前侧边。

具体实施方式

如图1-7所示，本实用新型提供一种永磁同步电机转子，其包括：转子铁芯1和永磁体2(优选切向永磁体，按充磁方向定义，充磁方向沿转子圆周方向，叫切向永磁体)，所述永磁体2设置于所述转子铁芯上沿所述转子铁芯的径向方向延伸，所述永磁体为N个，N≥2，且N个所述永磁体2依次沿所述转子铁芯1的周向方向间隔布置，每两个相邻的所述永磁体2的相对的一侧具有相同的极性；

其中，所述永磁体2具有永磁体中心线20，所述转子包括多个磁极10(包括如图所示的第一磁极101和第二磁极102)，两个相邻的磁极10之间具有磁极分界线11，所述永磁体2的所述永磁体中心线20与其最近的磁极分界线11之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个所述磁极10所占所述转子铁芯1圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2，所述磁极分界线指转子圆心与所述主永磁体靠近外圆的外侧边中点之间的直线连线。

即在所述磁极的周向一侧具有第一磁极分界线(左磁极分界线111)，在其周向另一侧具有第二磁极分界线(右磁极分界线112)，永磁体2相对磁极分界线11倾斜，永磁体与临近的磁极分界线转子中心线之间有一夹角，该夹角设为A，角度A可在永磁体中心线逆时针侧，也可在永磁体中心线顺时针侧，转子每个磁极所占角度为B。

本实用新型通过将永磁体的所述永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个所述磁极所占所述转子铁芯圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2；能够在转子的有限空间内增加了永磁体有效磁通面积，提高了电机的磁链，提高电机转矩，降低了电机的运行电流，提高电机效率，同时降低永磁体退磁率，提高电机抗退磁能力。

本实用新型提供一种永磁同步电机转子，其特征在于，包括：转子铁芯，N个辐条型永磁体，沿所述转子铁芯的周向设置于所述转子铁芯上，并沿所述转子铁芯的径向方向延伸，每两个相邻的所述切向永磁体的相对的一侧具有相同的极性，其中，永磁体相对磁极分界线，永磁体与磁极分界线之间有一夹角，该夹角设为A，角度A可在永磁体中心线逆时针侧，也可在永磁体中心线顺时针侧，转子每个磁极所占角度为B，A与B应满足以下关系：A/B≥0.2，

切向永磁电机由于采用单个永磁体并联的磁路结构，转子永磁体工作点较径向永磁电机低，容易引起辐条型永磁同步电机的效率下降，并且在恶劣环境下辐条型永磁同步电机存在退磁的风险，使得辐条型永磁同步电机无法运转，通过设置相对转子中心线倾斜的永磁体，甚至可以使得永磁体的长度大于其在转子径向半径的长度，在转子有限的空间内尽量的增加永磁体的有效磁通面积，进而提高电机磁链，提高电机输出转矩，提高电机效率，同时减小永磁体退磁区域面积在永磁体内面积占比，提高电机的抗退磁能力。

本实用新型由于采用永磁体相对磁极分界线，一磁极下的永磁体槽所占角度大于一磁极所占的角度，永磁体槽倾斜前侧越过一磁极下的左侧磁极分界线，永磁体槽倾斜后侧越过一磁极下的右侧磁极分界线，永磁体槽12的内侧底边与其临近的永磁体槽侧边之间形成一狭长磁桥，该磁桥相对磁极分界线倾斜，在转子有限空间内增加永磁体有效磁通面积，提高了电机的磁链，提高电机转矩，降低了电机的运行电流，提高电机效率，同时降低永磁体退磁率，提高电机抗退磁能力。

解决的技术问题：

1.解决电机磁链低，运行电流大的问题；

2.解决电机铜耗大，效率低的问题；

3.解决电机抗退磁能力差的问题。

在一些实施方式中，A与B还满足以下关系：A/B≤0.8。进一步优选的，该距离所占角度设为A，转子每个磁极所占角度为B，A与B应满足以下关系：A/B≤0.8，若该角度过大，使得永磁体长度在转子径向方向的跨度减小，永磁体内侧距离轴孔过大，降低转子利用率，同时右侧永磁体阻碍左侧永磁体向气隙传递磁通，增大磁路磁阻，也降低永磁体利用率，反而降低电机转矩。

在一些实施方式中，所述转子铁芯1上设置有永磁体槽12，所述永磁体2设置于所述永磁体槽12中，且两个相邻的永磁体槽之间间距最小处的实体部分为第一磁桥13，所述第一磁桥13的长边与所述第一磁桥最近的磁极分界线11之间倾斜设置，二者之间夹设不为0的夹角。

进一步优选的，永磁体置于永磁体槽内，两个相临的永磁体槽之间形成狭长磁桥，永磁体槽1的内侧底边与其临近的永磁体槽侧边之间形成一狭长磁桥，该磁桥相对转子中心线磁极分界线倾斜，由于永磁体倾斜，永磁体内侧与轴孔之间空间减小，同时此种设计可以尽可能增大磁桥长度，减小漏磁，提高转矩，提高效率，提高电机性价比，同时磁桥相对转子径向倾斜，可以分散转子磁桥的离心力作用，减小磁桥承受的切向扭转力矩，提高效率的同时增大转子结构强度。

在一些实施方式中，所述第一磁桥13的长边与其最近的磁极分界线11之间的倾斜方向、与距离该磁极分界线最近的永磁体中心线20与该磁极分界线11之间的倾斜方向相同，所述第一磁桥13的长边与其最近的磁极分界线11之间的夹角为C，并有A与C满足以下关系：0.7≤A/C≤1.5。进一步优选的，该内侧狭长磁桥相对磁极分界线，狭长磁桥的倾斜方向与永磁体的倾斜方向相同，狭长磁桥与磁极分界线之间形成的角度为C，A与C应满足以下关系：0.7≤A/C≤1.5，减小磁桥与永磁体倾斜方向的偏差，不用在右侧永磁体内侧开设异形隔磁槽，减小转子结构的复杂程度，减小工艺难度，同时减小转子的不对称性，减小运行过程中的谐波，减小谐波损耗，提高电机效率。

在一些实施方式中，一磁极下的所有的永磁体槽12所占圆周角度大于一磁极所占的角度，所述永磁体槽12包括相对的第一长边和第二长边，并且所述第一长边越过一磁极一侧的磁极分界线11，所述第二长边越过该磁极10另一侧的磁极分界线11(即一极下的永磁体槽所占角度大于一极所占的角度，永磁体槽倾斜前侧23越过一磁极下的左侧磁极分界线，永磁体槽倾斜后侧24越过一磁极下的右侧磁极分界线)，所述永磁体2的两个长边长度相等且设为G，所述转子铁芯1的半径设为N，G与N满足以下关系：0.6≤G/N≤1.4。进一步优选的，一极下的永磁体槽所占角度大于一极所占的角度，永磁体槽倾斜前侧越过一磁极下的左侧磁极分界线，永磁体槽倾斜后侧越过一磁极下的右侧磁极分界线，永磁体的长度设为G，转子半径设为N，G与N应满足以下关系：0.6≤G/N≤1.4，实现在小转子内大永磁体长度的设计，甚至可以使得永磁体的长度大于其在转子径向半径的长度，在转子有限的空间内尽量的增加永磁体的有效磁通面积，进而提高电机磁链，提高电机输出转矩，提高电机效率，同时减弱电枢反应对永磁体的退磁作用，提高电机的抗退磁能力。

在一些实施方式中，所述第一磁桥13的长度设为F，所述永磁体2的长度设为G，F与G满足以下关系：0.06≤F/G≤0.3。进一步优选的，该狭长磁桥的长度，长度设为F，永磁体的长度设为G，F与G应满足以下关系：0.06≤F/G≤0.3，利用倾斜磁桥增大磁桥长度，增大磁桥长度，增大磁桥在整个电机磁路上的磁阻，降低漏磁，提高磁链，提高效率，由于磁桥在右侧永磁体侧边222，磁桥过长，会阻碍永磁体产生的磁力线，故F/G≤0.3。

在一些实施方式中，所述第一磁桥13的厚度均匀(即在转子铁芯端面上的投影面内的宽度)，厚度设为D，所述永磁体2的厚度设为E(即在转子铁芯端面上的投影面内的宽度)，D与E满足以下关系：0.03≤D/E≤0.15。进一步优选的，该狭长磁桥的厚度均匀，厚度设为D，永磁体的厚度设为E，D与E应满足以下关系：0.03≤D/E≤0.15，磁桥厚度均匀，进一步提高磁桥的磁阻，提高电机磁链，磁桥过窄，后降低磁桥的连接强度，磁桥过宽，会增大漏磁，同时永磁体厚度越厚，磁通越多，磁桥宽度可以设置的略宽，足以保证电机效率，设置在此范围，电机的转矩最优，电机的效率最优。

在一些实施方式中，其中一永磁体槽12最靠近相邻的永磁体槽的径向最外侧的点为H点，H点处为所述第一磁桥13的一端，以H点为分界点，从H点做垂线到相邻永磁体槽的长边，交点为K，K点将该所述永磁体2分为内外两段，位于径向内侧的内侧段长度较位于径向外侧的外侧段长度短，内侧段长度设为I，外侧段长度设为J，I与J满足以下关系：I/J≤0.8。本实用新型进一步优选的，左侧永磁体槽靠近相邻右侧永磁体槽外侧的点为H点，以H点为分界点，从H点做垂线到相邻永磁体槽侧边，交点为K，K点将永磁体分为内外两段，内侧段长度较外侧段长度短，内侧段长度设为I，外侧段长度设为J，I与J应满足以下关系：I/J≤0.8，永磁体倾斜前侧对第一磁极贡献磁通，永磁体倾斜后侧对第二磁极贡献磁通，倾斜后侧未被阻挡，倾斜后侧对磁通贡献大，右侧永磁体倾斜前侧被左侧永磁体阻挡一部分，被阻挡部分以下是K点内侧段，此种设置减小内侧被阻挡的部分，提高电机磁链，提高电机转矩，提高电机效率。

在一些实施方式中，在所述转子铁芯1的端面的投影面内，一极下的左右两永磁体的长边长度不等，其一永磁体的长边长度设为R，另一永磁体的长边长度设为S，R与S满足以下关系：0.5≤R/S≤0.95。本实用新型进一步优选的，一极下的左右两永磁体长度不等，其一永磁体长度设为R，相邻永磁体长度设为S，R与S应满足以下关系：0.5≤R/S≤0.95，减小左侧永磁体21对右侧永磁体22的阻挡作用，同时保证倾斜后侧对磁通贡献，保证电机磁链，同时节省永磁体用量，提高永磁体利用率，保证效率的同时降低电机成本，提高电机性价比。

在一些实施方式中，一极下左右两永磁体槽的径向内侧连通，左侧永磁体槽的左侧永磁体槽底边211与右侧永磁体侧边222相接且位于同一直线上，左侧永磁体槽靠近右侧永磁体槽的内侧。进一步优选的，一极下左右两永磁体槽内侧连通，左侧永磁体内侧底边与右侧永磁体侧边平行(位于同一直线上)，左侧永磁体靠近右侧永磁体内侧，增大永磁体用量，进一步提高永磁体有效磁通面积，提高电机磁链，同时去除内侧磁桥，较小内侧漏磁，进一步提高电机磁链，提高电机转矩，提高电机效率。

在一些实施方式中，在所述转子铁芯1的端面的投影面内，所述永磁体为直角梯形；和/或，所述永磁体2为至少两段不相接的结构，所述永磁体的相邻的段与段之间形成第二磁桥。进一步优选的，永磁体为直角梯形，规则形状永磁体，降低工艺难度，降低工艺成本。进一步优选的，永磁体可为多段设置，可为两段，永磁体段与段之间形成狭窄磁桥(即第二磁桥14)，如图4所示，磁桥连接转子左右磁极，进一步提高转子的结构强度。

本实用新型还提供一种永磁电机，其包含前任一项所述的永磁同步电机转子。本实用新型的电机具有抗退磁能力高，电机效率高，副永磁体退磁率低的优点。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上所述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。以上所述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 (12)

1.一种永磁同步电机转子，其特征在于，包括：转子铁芯(1)和永磁体(2)，所述永磁体(2)设置于所述转子铁芯上沿所述转子铁芯的径向方向延伸，所述永磁体为N个，N≥2，且N个所述永磁体(2)依次沿所述转子铁芯(1)的周向方向间隔布置，每两个相邻的所述永磁体(2)的相对的一侧具有相同的极性；

其中，所述永磁体(2)具有永磁体中心线(20)，所述转子包括多个磁极(10)，两个相邻的磁极(10)之间具有磁极分界线(11)，所述永磁体(2)的所述永磁体中心线(20)与其最近的磁极分界线(11)之间倾斜设置，并存在不为0的夹角A，每个所述磁极(10)所占所述转子铁芯(1)圆周方向的角度为B，A与B满足以下关系：A/B≥0.2，所述磁极分界线指转子圆心与所述永磁体靠近外圆的外侧边中点之间的直线连线。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

A与B还满足以下关系：A/B≤0.8。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

所述转子铁芯(1)上设置有永磁体槽(12)，所述永磁体(2)设置于所述永磁体槽(12)中，且两个相邻的永磁体槽之间间距最小处的实体部分为第一磁桥(13)，所述第一磁桥(13)的长边与所述第一磁桥最近的磁极分界线(11)之间倾斜设置，二者之间夹设不为0的夹角。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

所述第一磁桥(13)的长边与其最近的磁极分界线(11)之间的倾斜方向、与距离该磁极分界线最近的永磁体中心线(20)与该磁极分界线(11)之间的倾斜方向相同，所述第一磁桥(13)的长边与其最近的磁极分界线(11)之间的夹角为C，并有A与C满足以下关系：0.7≤A/C≤1.5。

5.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

一磁极下的所有的永磁体槽(12)所占圆周角度大于一磁极所占的角度，所述永磁体槽(12)包括相对的第一长边和第二长边，并且所述第一长边越过一磁极一侧的磁极分界线(11)，所述第二长边越过该磁极(10)另一侧的磁极分界线(11)，所述永磁体(2)的两个长边长度相等且设为G，所述转子铁芯(1)的半径设为N，G与N满足以下关系：0.6≤G/N≤1.4。

6.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

所述第一磁桥(13)的长度设为F，所述永磁体(2)的长度设为G，F与G满足以下关系：0.06≤F/G≤0.3。

7.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

所述第一磁桥(13)的厚度均匀，厚度设为D，所述永磁体(2)的厚度设为E，D与E满足以下关系：0.03≤D/E≤0.15。

8.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

其中一永磁体槽(12)最靠近相邻的永磁体槽的径向最外侧的点为H点，H点处为所述第一磁桥(13)的一端，以H点为分界点，从H点做垂线到相邻永磁体槽的长边，交点为K，K点将该所述永磁体(2)分为内外两段，位于径向内侧的内侧段长度较位于径向外侧的外侧段长度短，内侧段长度设为I，外侧段长度设为J，I与J满足以下关系：I/J≤0.8。

9.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

在所述转子铁芯(1)的端面的投影面内，一极下的左右两永磁体的长边长度不等，其一永磁体的长边长度设为R，另一永磁体的长边长度设为S，R与S满足以下关系：0.5≤R/S≤0.95。

10.根据权利要求3所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

一极下左右两永磁体槽的径向内侧连通，左侧永磁体槽的内侧底边与右侧永磁体槽的侧边相接且位于同一直线上，左侧永磁体槽靠近右侧永磁体槽的内侧。

11.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子，其特征在于：

在所述转子铁芯(1)的端面的投影面内，所述永磁体为直角梯形；和/或，所述永磁体(2)为至少两段不相接的结构，所述永磁体的相邻的段与段之间形成第二磁桥。

12.一种永磁电机，其特征在于：包含权利要求1-11中任一项所述的永磁同步电机转子。

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