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CN107124054A - 交替极永磁电机及其转子 - Google Patents

交替极永磁电机及其转子 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交替极永磁电机及其转子，交替极永磁电机的转子包括交替极，交替极设置有引导槽；沿转子的周向，交替极的中段位于交替极的两个侧段之间，交替极的侧段的开槽密度大于交替极的中段的开槽密度；开槽密度为沿交替极的弧形结构的弦长方向，在单位长度上引导槽的平均宽度。上述交替极永磁电机的转子，提高了磁力线在交替极的中段形成的气隙密度，提高了相邻的永磁极和交替极的磁密度分布的对称性，减小了反电势的二次谐波畸变率，降低了铁芯损耗。

Description

交替极永磁电机及其转子
技术领域
本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种交替极永磁电机及其转子。
背景技术
交替极永磁电机的转子具有沿转子周向相间分布的永磁极和交替极，沿转子周向永磁极的中部的气隙密度较大，沿转子周向交替极的中部的气隙密度较小，即相邻的永磁极和交替极的对称性较差，使得反电势具有较大的二次谐波畸变率，导致较大的铁芯损耗；也会导致电机运行时产生较大的振动。
另外，由于在交替极上不存在永磁体，缺少对于磁力线的约束，交轴电枢反应较易地改变磁力线的走向，导致磁力线畸变，电机运行时的会有较大的转矩脉动。
综上所述，如何设计交替极永磁电机的转子，以减小反电势的二次谐波畸变率，降低铁芯损耗，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种交替极永磁电机的转子，以减小反电势的二次谐波畸变率，降低铁芯损耗。本发明的目的是提供一种具有上述转子的交替极永磁电机。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种交替极永磁电机的转子，包括交替极，所述交替极设置有引导槽；
沿转子的周向，所述交替极的中段位于所述交替极的两个侧段之间，所述交替极的侧段的开槽密度大于所述交替极的中段的开槽密度；
所述开槽密度为沿所述交替极的弧形结构的弦长方向，在单位长度上所述引导槽的平均宽度。
优选地，所述引导槽沿其所在位置的磁力线走向延伸。
优选地，所述引导槽仅设置在所述交替极的两个侧段。
优选地，所述引导槽仅设置在所述交替极的一个侧段。
优选地，所述交替极的两个侧段分别为交替极第一侧段和交替极第二侧段；沿所述转子的旋转方向，一个所述交替极中所述交替极第一侧段位于所述交替极第二侧段的前侧，所述引导槽仅设置在所述交替极第一侧段。
优选地，任意两个所述引导槽靠近转子轴线的内端距所述转子轴线的距离相等。
优选地，所述交替极的开槽密度不大于0.35。
优选地，所述引导槽的宽度大于0.5mm。
优选地，所述引导槽开设在所述转子的外壁上。
优选地，所述引导槽设置在所述转子的外壁和内壁之间。
优选地，所述引导槽内填充有非导磁件。
优选地，所述转子的永磁体具有稀土元素。
基于上述提供的交替极永磁电机的转子，本发明还提供了一种交替极永磁电机，该交替极永磁电机包括转子，该转子为上述任意一项所述的转子。
本发明提供的交替极永磁电机的转子中，引导槽与转子的软磁材料相比，引导槽的磁阻较大，而磁力线会选择从磁阻较小的地方通过，即磁力线会选择从没有引导槽的地方通过，由于交替极的两个侧段的开槽密度均大于交替极的中段的开槽密度，则大部分磁力线会在交替极的中段通过，提高了磁力线在交替极的中段形成的气隙密度，则提高了相邻的永磁极和交替极的磁密度分布的对称性，从而减小了反电势的二次谐波畸变率，降低了铁芯损耗；同时，也减小了电机运行时产生的振动。
同时，本发明提供的交替极永磁电机的转子，由于在交替极上设置了引导槽，引导槽与转子的软磁材料相比，引导槽的磁阻较大，则引导槽增加了交轴磁路的磁阻，削弱了交轴电枢反应对磁力线走向的改变，即减少了交轴电枢反应对磁力线分布的影响，避免了磁力线畸变，也避免了因磁力线畸变而使电机产生较大的转矩脉动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的另一种结构示意图；
图3为采用本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的电机和现有技术提供的交替极永磁电机关于二次谐波畸变率的对比图；
图4为采用本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的电机和现有技术提供的交替极永磁电机关于铁损的对比图；
图5为采用本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的电机和现有技术提供的交替极永磁电机关于转矩的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子，包括沿转子的周向相间分布的交替极2和永磁极1，其中，交替极2设置有引导槽4，且交替极2的侧段的开槽密度大于交替极2的中段的开槽密度，该开槽密度为沿交替极2的弧形结构的弦长方向，在单位长度上引导槽4的平均宽度。
可以理解的是，沿转子的周向，交替极2的中段位于交替极2的两个侧段之间。交替极2的弧形结构的弦长方向即为交替极2的宽度方向，亦为引导槽4的宽度方向。如图1所示，交替极2的宽度为L，引导槽4的宽度为W。
设交替极2的一个侧段上所有的引导槽4的宽度之和(当交替极2的该侧段上的引导槽4为一个时，是指一个引导槽4的宽度)为W1，交替极2的该侧段的宽度为L1，则交替极2的该侧段的开槽密度为W1/L1。
设交替极2的另一个侧段上所有的引导槽4的宽度之和(当交替极2的该侧段上的引导槽4为一个时，是指一个引导槽4的宽度)为W2，交替极2的该侧段的宽度为L2，则交替极2的该侧段的开槽密度为W2/L2。
设交替极2的中段上所有的引导槽4的宽度之和(当交替极2的中段上的引导槽4为一个时，是指一个引导槽4的宽度)为W3，交替极2的中段的宽度为L3，则交替极2的中段的开槽密度为W3/L3。
设交替极2上所有的引导槽4的宽度之和(当交替极2上的引导槽4为一个时，是指一个引导槽4的宽度)为W4，交替极2的宽度为L，则交替极2的开槽密度为W4/L。
一个交替极2上的引导槽4可为一个，也可为两个以上，当一个交替极2上的引导槽4为两个以上时，优先选择任意一个交替极2中，任意两个引导槽4的宽度相等，此时，引导槽4的数目越多，即引导槽4的密集度越大，开槽密度越大。
当一个交替极2上的引导槽4为两个以上时，优先选择在交替极2上，引导槽4沿转子的周向依次分布。
为了便于描述，交替极2的中段为交替极中段23，交替极2的两个侧段分别为交替极第一侧段21和交替极第二侧段22。沿转子的周向，交替极第一侧段21、交替极中段23和交替极第二侧段22沿转子的周向分布。
上述交替极永磁电机的转子由软磁片叠压而成，该转子上设有安装槽，永磁体3安装在安装槽内，永磁极1的永磁体3面向转子轴线的极性为同一极性。相邻的两个安装槽被软磁材料隔开，该软磁材料被相邻的永磁体3磁化为交替极2。
本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子中，引导槽4与转子的软磁材料相比，引导槽4的磁阻较大，而磁力线会选择从磁阻较小的地方通过，即磁力线会选择从没有引导槽4的地方通过，由于沿转子的周向交替极2的两个侧段的开槽密度均大于交替极2的中段的开槽密度，则大部分磁力线会在交替极2的中段通过，提高了磁力线在交替极2的中段形成较大的气隙密度，则提高了相邻的永磁极1和交替极2的磁密度分布的对称性，从而减小了反电势的二次谐波畸变率，降低了铁芯损耗；同时，也减小了电机运行时产生的振动。
同时，本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子，由于在交替极2上设置了引导槽4，引导槽4与转子的软磁材料相比，引导槽4的磁阻较大，则引导槽4增加了交轴磁路的磁阻，削弱了交轴电枢反应对磁力线走向的改变，即减少了交轴电枢反应对磁力线分布的影响，避免了磁力线畸变，也避免了因磁力线畸变而使电机产生较大的转矩脉动。
上述交替极永磁电机的转子中，永磁极1和交替极2均至少为两个，例如永磁极1和交替极2均三个、四个或者六个等。
为了方便生产和制造，上述引导槽4沿转子的轴向贯穿交替极2的两端。
优选地，上述引导槽4沿其所在位置的磁力线走向延伸。这样，可使引导槽4对主磁路的磁阻增加尽量减小，保证电机的工作性能。
上述交替极2的中部的开槽密度可为零，即交替极2的中段无引导槽4。
上述交替极2的侧段为两个，可选择上述交替极2的两个侧段的开槽密度均大于零，即交替极2的两个侧段均设有引导槽4；还可选择交替极2的一个侧段的开槽密度为零，交替极2的另一个侧段的开槽密度大于零，即交替极2的一个侧段设有引导槽4。
为了解决上述技术问题，优先选择沿转子的旋转方向，一个交替极2中交替极第一侧段21位于交替极第二侧段22的前侧，引导槽4仅设置在交替极第一侧段21。
上述设置方式，防止了磁力线向旋转方向聚集造成交替极2的最大气隙磁密偏离交替极2的中心位置，使得转子位置的检测更加准确。
当然，也可选择上述引导槽4仅设置在交替极第二侧段22，并不局限于上述实施例。
优选地，任意两个引导槽4靠近转子轴线的内端距转子轴线的距离相等，这样设置可以降低引导槽4对主磁路磁阻的影响，以保证转子的正常运行。
可以理解的是，当引导槽4内端的内端面为平面时，引导槽4的内端距转子轴线的距离可为内端面的中部距转子轴线的距离，也可为内端面的侧端距转子轴线的距离；当引导槽4的内端的内端面为弧面时，引导槽4的内端在同一个圆上，该圆的圆心在转子的轴线上。
需要说明的是，沿转子的周向，引导槽4的内端面的中部位于引导槽4的内端面的两个侧端之间。
上述交替极永磁体的转子中，开槽密度越大，转子外周上的磁密突变就会越小。
优选地，上述交替极2的开槽密度不大于0.35。这样，通过将交替极2的开槽密度控制在这个范围内不会让电机的出力过度减小，并且最大程度地调整了交替极2上的磁力线分布。
当然，也可选择交替极2的开槽密度为其他数值，并不局限于上述实施例。
为了方便加工，上述引导槽4的宽度大于0.5mm。为了方便控制引导槽4的宽度，将引导槽4的宽度与转子的软磁片厚度进行对比，具体地，引导槽4的宽度大于软磁片的厚度。进一步地，上述软磁片为硅钢片。
对于引导槽4的宽度的上限值，根据实际需要进行设计，只要保证转子正常运行即可，本发明实施例对此不做限定。
上述交替极永磁电机的转子中，引导槽4可具有背离转子轴线的开口，即引导槽4开设在转子的外壁上；也可选择引导槽4无背离转子轴线的开口，即引导槽4设置在转子的外壁和内壁之间，如图1和图2所示。
上述引导槽4内可填充非导磁件，也可不填充任何部件。当引导槽4内内填充有非导磁件时，对于非导磁件的具体材料，根据实际需要进行选择，本发明实施例对此不做限定。
优选地，上述永磁极1的永磁体3具有稀土元素。这样，有效提高了永磁体3的性能。对于稀土元素的类型，根据实际需要进行设计，本发明实施例对此不做限定。
上述交替极永磁电机的转子中，对于引导槽4的形状，可根据实际需要进行设计，例如引导槽4的横截面呈三角形、四边形、腰形等。进一步地，引导槽4的横截面为长方形。可以理解的是，引导槽4的横截面垂直于转子轴线。
当引导槽4为不规则形状时，可规定引导槽4的某一位置的宽度为引导槽4的宽度，例如，规定引导槽4靠近转子轴线的内端的宽度为引导槽4的宽度，或规定引导槽4远离转子轴线的外端的宽度为引导槽4的宽度等。
为了更为明显的说明上述交替极永磁电机的转子的优点，采用上述交替极永磁电机的转子的电机，与现有的交替极永磁电机在同种环境下进行试验，如图3-5所示。图3-5中，现有电机即为现有的交替极永磁电机，本发明电机即为采用本发明实施例提供的交替极永磁电机的转子的电机。
具体地，如图3所示，获得了反电势的二次谐波畸变率对比图，可以看出本发明电机的反电势的二次谐波畸变率得到了有效降低和改善；如图4所示，获得了铁损对比图，可以看出本发明电机的铁损得到了有效改善；如图5所示，获得了转矩的波形对比图，可以看出本发明电机的转矩的脉动得到了改善。
需要说明的是，图5中，带黑点的曲线表示本发明电机的转矩随时间的变化，不带黑点的曲线表示现有电机的转矩随时间的变化。
基于上述实施例提供的交替极永磁电机的转子，本发明实施例还提供了一种交替极永磁电机，该交替极永磁电机包括转子，该转子为上述实施例所述的交替极永磁电机的转子。
由于上述实施例提供的交替极永磁电机的转子具有上述技术效果，上述交替极永磁电机具有上述交替极永磁电机的转子，则上述交替极永磁电机也具有相应地技术效果，本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种交替极永磁电机的转子，包括交替极(2)，其特征在于，所述交替极(2)设置有引导槽(4)；
沿转子的周向，所述交替极(2)的中段位于所述交替极(2)的两个侧段之间，所述交替极(2)的侧段的开槽密度大于所述交替极(2)的中段的开槽密度；
所述开槽密度为沿所述交替极(2)的弧形结构的弦长方向，在单位长度上所述引导槽(4)的平均宽度。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)沿其所在位置的磁力线走向延伸。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)仅设置在所述交替极(2)的两个侧段。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)仅设置在所述交替极(2)的一个侧段。
5.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，
所述交替极(2)的两个侧段分别为交替极第一侧段(21)和交替极第二侧段(22)；
沿所述转子的旋转方向，一个所述交替极(2)中所述交替极第一侧段(21)位于所述交替极第二侧段(22)的前侧，所述引导槽(4)仅设置在所述交替极第一侧段(21)。
6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，任意两个所述引导槽(4)靠近转子轴线的内端距所述转子轴线的距离相等。
7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述交替极(2)的开槽密度不大于0.35。
8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)的宽度大于0.5mm。
9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)开设在所述转子的外壁上。
10.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)设置在所述转子的外壁和内壁之间。
11.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述引导槽(4)内填充有非导磁件。
12.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子的永磁体(3)具有稀土元素。
13.一种交替极永磁电机，包括转子，其特征在于，所述转子为如权利要求1-12中任意一项所述的转子。
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