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CN106300728B - 永磁电机转子及永磁同步电机 - Google Patents

永磁电机转子及永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种永磁电机转子及永磁同步电机。该永磁电机转子包括：转子铁芯；切向磁化的主极永磁体，所述主极永磁体沿所述转子铁芯的径向方向设置，所述主极永磁体的数量与永磁同步电机的极数相等，所述主极永磁体沿所述转子铁芯的周向方向均匀分布，且任意相邻的两个所述主极永磁体最接近的表面磁极相同；以及切向磁化的辅助永磁体，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯的径向方向设置，且所述辅助永磁体位于任意相邻的两个所述主极永磁体之间，以达到提高主极永磁体的工作点，进而使得主极永磁体的抗退磁能力得到了提高，减小退磁的风险的目的。

Description

永磁电机转子及永磁同步电机
技术领域
本发明涉及电机设备领域，特别是涉及一种切向式的永磁电机转子，以及含有上述永磁电机转子的永磁同步电机。
背景技术
含有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，使得含有永磁体切向磁化结构的电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比，进而含有永磁体切向磁化结构的电机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。
目前，切向永磁电机由于是单个永磁体的两个面同时提供气隙磁通，磁路为并联结构，使得转子永磁体的工作点较径向永磁电机的工作点低，容易引起切向永磁电机的效率下降，并且在恶劣环境下切向永磁电机存在退磁的风险，使得切向永磁电机无法运转。
发明内容
基于此，有必要针对现有的切向永磁电机中主极永磁体的工作点较低，易存在退磁风险的问题，提供一种能够提高主极永磁体的工作点、提升抗退磁能力的永磁电机转子，以及含有上述永磁电机转子的永磁同步电机。
上述目的通过下述技术方案实现：
一种永磁电机转子，包括：
转子铁芯；
切向磁化的主极永磁体，所述主极永磁体沿所述转子铁芯的径向方向设置，所述主极永磁体的数量与永磁同步电机的极数相等，多个所述主极永磁体沿所述转子铁芯的周向方向均匀分布，且任意相邻的两个所述主极永磁体最接近的表面磁极相同；以及
切向磁化的辅助永磁体，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯的径向方向设置，且所述辅助永磁体位于任意相邻的两个所述主极永磁体之间。
在其中一个实施例中，所述辅助永磁体位于任意相邻的两个所述主极永磁体之间的对称中心线上。
在其中一个实施例中，所述辅助永磁体偏离任意相邻的两个所述主极永磁体之间的对称中心线，且所述辅助永磁体向相邻的磁极相异的所述主极永磁体所在的方向偏移。
在其中一个实施例中，所述辅助永磁体的矫顽力小于所述主极永磁体的矫顽力。
在其中一个实施例中，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯周向方向上的宽度小于所述主极永磁体沿所述转子铁芯周向方向上的宽度。
在其中一个实施例中，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯径向方向上的长度小于所述主极永磁体沿所述转子铁芯径向方向上的长度。
在其中一个实施例中，所述主极永磁体的数量大于等于四个。
在其中一个实施例中，任意相邻的所述主极永磁体与所述辅助永磁体平行放置，且所述主极永磁体与所述辅助永磁体的磁极相异的表面相贴合。
在其中一个实施例中，任意相邻的所述主极永磁体与所述辅助永磁体为一体。
还涉及一种永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子位于所述转子的外侧，所述转子为上述任一技术特征所述的永磁电机转子。
本发明的有益效果是：
本发明的永磁电机转子及永磁同步电机，结构设计简单合理，在任意相邻的两个主极永磁体之间安装辅助永磁体，可以将主极永磁体的一部分磁力线与辅助永磁体串联后再进入气隙，这样能够显著提高主极永磁体的工作点，提高永磁同步电机的转矩。同时，由于主极永磁体的工作点的提高，使得主极永磁体的抗退磁能力得到了提高，减小退磁的风险。
附图说明
图1为本发明一实施例的永磁同步电机的结构示意图；
图2为图1所示的永磁同步电机中永磁电机转子结构示意图；
图3为图2所述的永磁电机转子顺时针转动时的结构示意图；
图4为图2所示的永磁电机转子逆时针转动时的结构示意图；
图5为图2所示的永磁电机转子的主极永磁体与辅助永磁体放置在一起的结构示意图；
其中：
100-永磁同步电机；
110-永磁电机转子；111-转子铁芯；112-主极永磁体；113-辅助永磁体；
120-定子；121-定子铁芯；122-定子绕组。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的永磁电机转子及永磁同步电机进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明一实施例的永磁电机转子110，包括转子铁芯111、切向磁化的主极永磁体112和切向磁化的辅助永磁体113。转子铁芯111上设置有偶数个放置槽，偶数个放置槽沿转子铁芯111的周向方向均匀分布，且每个放置槽沿转子铁芯111的径向方向设置。放置槽的数量等于永磁同步电机的极数，同时，主极永磁体112的数量与放置槽的数量相等，即永磁同步电机100的极数为偶数级，主极永磁体112的数量也为偶数个，偶数个主极永磁体112沿转子铁芯111的周向方向均匀分布。主极永磁体112分别安装在放置槽中，且任意相邻的两个主极永磁体112最接近的表面磁极相同。每个放置槽中安装一个主极永磁体112，使得主极永磁体112的两个表面同时能够提供气隙磁通，增加永磁同步电机100的气隙磁通量，提高气隙磁通的利用率。
同时，任意相邻的两个主极永磁体112最接近的表面磁极相同，也就是其中一个主极永磁体112的N极与另一相邻的主极永磁体112的N极相对，该主极永磁体112的S极与再一相邻的主极永磁体112的S极相对，保证永磁同步电机100的极数等于主极永磁体112的数量。通过偶数个主极永磁体112安装在均匀分布的放置槽中，能够保证主极永磁体112在排斥力作用下保持受力平衡，使得永磁同步电机100的极数等于主极永磁体112的数量。
辅助永磁体113位于任意相邻的两个主极永磁体112之间，且辅助永磁体113沿转子铁芯111的径向方向设置。在本实施例中，辅助永磁体113的数量等于主极永磁体112的数量，同时，任意相邻的两个主极永磁体112之间存在一个辅助永磁体113。主极永磁体112与辅助永磁体113都为切向充磁，使得永磁同步电机100能够产生更高的气隙磁通，进而保证永磁同步电机100具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比。主极永磁体112与辅助永磁体113沿转子铁芯111的径向放置，通过将切向磁化的辅助永磁体113布置在任意相邻的主极永磁体112之间，主极永磁体112的一部分磁力线与辅助永磁体113串连后再进入气隙，可以显著提高主极永磁体112的工作点，使得永磁电机转子110在定子120侧产生更多的磁链，提高气隙磁通的利用率，提升永磁同步电机100的输出转矩，提高永磁同步电机100的效率。
现有的切向永磁电机由于是单个永磁体的两个面同时提供气隙磁通，磁路为并联结构，使得转子永磁体的工作点较径向永磁电机的工作点低，容易引起切向永磁电机的效率下降，并且存在退磁的风险，使得切向永磁电机无法运转。本发明的永磁电机转子110在任意相邻的两个主极永磁体112之间安装辅助永磁体113，使得主极永磁体112的一部分磁力线与辅助永磁体113串联后再进入气隙，这样能够显著提高主极永磁体112的工作点，提高永磁同步电机100的转矩。同时，由于主极永磁体112的工作点的提高，使得主极永磁体112的抗退磁能力得到了提高，减小了永磁同步电机100在恶劣工况下运行的退磁风险。
参见图2至图5，作为一种可实施方式，主极永磁体112的数量大于等于四个。将主极永磁体112的个数设置成四个以上，可以更好的使得永磁同步电机100具有聚磁效果，实现更高的转矩输出。在本实施例中，主极永磁体112的数量为六个，且六个主极永磁体112按照N极与N极相对，S极与S极相对设置。辅助永磁体113位于任意相邻的两个主极永磁体112之间，辅助永磁体113的N极和S极分别对应任意相邻的两个主极永磁体112的N极或者S极。
作为一种可实施方式，辅助永磁体113位于任意相邻的两个主极永磁体112之间的对称中心线上。辅助永磁体113与主极永磁体112不同，如果增加主极永磁体112会使得永磁同步电机100的极数增加，辅助永磁体113虽然也是切向磁化的永磁体，但增加辅助永磁体113不影响永磁同步电机100极数，只对永磁同步电机100的效率和退磁有帮助。辅助永磁体113位于任意相邻的两个主极永磁体112之间的对称中心线上时，永磁同步电机100的效率的提高和抗退磁效果比较明显。
进一步地，辅助永磁体113偏离任意相邻的两个所述主极永磁体112之间的对称中心线，且辅助永磁体113朝相邻的磁极相异的主极永磁体112所在的方向偏移。研究发现永磁电机转子110的磁力线总是集中在辅助永磁体113与主极永磁体112的磁极相同的表面相对设置的区域，即图3所示的主极永磁体112前侧的区域为磁力线较多区域P，而在辅助永磁体113与主极永磁体112的磁极相异的表面相对设置区域磁力线较少，即主极永磁体112后侧的区域为磁力线较少区域Q。通过将辅助永磁体113从任意相邻的两个主极永磁体112的对称中心线上发生偏移，且朝向辅助永磁体113的磁极相异的表面相对设置的切向永磁体侧偏移，可以增加磁力线较多区域P的面积，使得永磁电机转子110能够产生更多的气隙磁通，提高永磁同步电机100在单位电流下的输出转矩，并且将磁力线较多区域设置在永磁电机转子110旋转方向的前侧，这样可以产生更佳的效果。
作为一种可实施方式，辅助永磁体113的矫顽力小于主极永磁体112的矫顽力。研究发现，辅助永磁体113的工作点总是高于主极永磁体112的工作点，这使得辅助永磁体113与主极永磁体112的抗退磁能力不一致，降低了永磁同步电机100的抗退磁能力。通过辅助永磁体113的矫顽力小于主极永磁体112的矫顽力，可以使得辅助永磁体113的工作点与主极永磁体112的工作点相接近，以提升永磁同步电机100整体的抗退磁能力。当然，还可以通过辅助永磁体113沿转子铁芯111周向方向上的宽度M小于主极永磁体112沿转子铁芯111周向方向上的宽度L使得辅助永磁体113的工作点与主极永磁体112的工作点相接近，以提升永磁同步电机100整体的抗退磁能力。
作为一种可实施方式，辅助永磁体113沿转子铁芯111径向方向上的长度B小于主极永磁体112沿转子铁芯111径向方向上的长度G。在永磁同步电机100的运行过程中，主极永磁体112有一部分磁链与辅助永磁体113串联后进入气隙，另一部分磁链从位于主极永磁体112的旋转方向前侧的相邻辅助永磁体113的末端进入气隙，通过将辅助永磁体113沿转子铁芯111径向方向上的长度B小于主极永磁体112沿转子铁芯111径向方向上的长度G，可以使这部分另一部分磁链的磁通不会因为磁路饱和而下降。
作为一种可实施方式，任意相邻的主极永磁体112与辅助永磁体113平行放置，且主极永磁体112与辅助永磁体113的磁极相异的表面相贴合，主极永磁体112与辅助永磁体113具有相同的磁极，以扩大磁力线较多区域的面积，提升永磁同步电机100的效率。永磁电机转子110的旋转方向从放置在一起的主极永磁体112的一侧朝辅助永磁体113的一侧旋转，即永磁电机转子110的旋转方向为从主极永磁体112的后侧向该主极永磁体112的前侧旋转。以a位置处的主极永磁体120为例，图3所示的箭头方向为转子铁芯111的旋转方向，主极永磁体112的前侧和后侧的磁极分别为N极和S极，主极永磁体112的前侧的辅助永磁体113的磁极分别为S极和N极。此时，主极永磁体112的N极与辅助永磁体113的S极相贴合，进而a位置处的永磁体组的前侧和后侧的磁极分别为N极和S极。当然，为了进一步扩大磁力线较多区域的面积，提升永磁同步电机100的效率，也可以将任意相邻的辅助永磁体113与主极永磁体112放置在一起，为了简化生产工艺，也可以辅助永磁体113与主极永磁体112合并成一体。
参见图1，本发明一实施例的永磁同步电机100包括定子和转子，转子为上述任一实施例中的永磁电机转子110。至少包括具有主极永磁体112和辅助永磁体113的永磁电机转子110和在永磁电机转子110外侧的定子120。定子120包括定子铁芯121和定子绕组122，定子绕组122安装在定子铁芯121上。在永磁电机转子110的任意相邻的两个主极永磁体112之间安装辅助永磁体113，可以显著提高主极永磁体112的工作点，使得永磁电机转子110在定子120侧产生更多的磁链，提高气隙磁通的利用率，提升永磁同步电机100的输出转矩，提高永磁同步电机100的效率。同时，由于主极永磁体112的工作点的提高，使得主极永磁体112的抗退磁能力得到了提高，减小了永磁同步电机100在恶劣工况下运行的退磁风险。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种永磁电机转子，其特征在于，包括：
转子铁芯(111)；
切向磁化的主极永磁体(112)，所述主极永磁体(112)沿所述转子铁芯(111)的径向方向设置，所述主极永磁体(112)的数量与永磁同步电机的极数相等，多个所述主极永磁体(112)沿所述转子铁芯(111)的周向方向均匀分布，且任意相邻的两个所述主极永磁体(112)最接近的表面磁极相同；以及
切向磁化的辅助永磁体(113)，所述辅助永磁体(113)沿所述转子铁芯(111)的径向方向设置，且所述辅助永磁体(113)位于任意相邻的两个所述主极永磁体(112)之间；
所述辅助永磁体(113)的数量等于所述主极永磁体(112)的数量；且所述辅助永磁体(113)位于所述主极永磁体(112)旋转方向的前侧；
任意相邻的所述主极永磁体(112)与所述辅助永磁体(113)平行放置，且所述主极永磁体(112)与所述辅助永磁体(113)的磁极相异的表面相贴合。
2.根据权利要求1所述的永磁电机转子，其特征在于，所述辅助永磁体(113)的矫顽力小于所述主极永磁体(112)的矫顽力。
3.根据权利要求1所述的永磁电机转子，其特征在于，所述辅助永磁体(113)沿所述转子铁芯(111)周向方向上的宽度小于所述主极永磁体(112)沿所述转子铁芯(111)周向方向上的宽度。
4.根据权利要求1所述的永磁电机转子，其特征在于，所述辅助永磁体(113)沿所述转子铁芯(111)径向方向上的长度小于所述主极永磁体(112)沿所述转子铁芯(111)径向方向上的长度。
5.根据权利要求1所述的永磁电机转子，其特征在于，所述主极永磁体(112)的数量大于等于四个。
6.根据权利要求1所述的永磁电机转子，其特征在于，任意相邻的所述主极永磁体(112)与所述辅助永磁体(113)为一体。
7.一种永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子位于所述转子的外侧，其特征在于，所述转子为权利要求1至6任一项所述的永磁电机转子(110)。
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