一种永磁电机转子结构的制作方法

1.本发明涉及永磁电机转子技术领域，尤其是一种永磁电机转子结构。


背景技术：

2.永磁电机具有结构简单、可靠、效率高、转矩脉动低和功率密度大等优点，在各行各业被广泛应用，但是其中常用的稀土钕铁硼永磁材料价格十分昂贵，导致永磁电机成本太高，影响永磁电机进一步推广，永磁辅助式同步磁阻电机由于磁阻转矩的优势和高性价比被广泛应用研究。
3.目前，永磁辅助式同步磁阻电机为了追求高性价比，转子通常设计成多层磁障结构，并且在磁障中放置铁氧体以提高电机功率密度和效率。但是现有永磁辅助式同步磁阻电机相较内置式永磁电机存在功率密度低、功率因数低的缺点，影响电机的使用效果。


技术实现要素：

4.本技术针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种永磁电机转子结构，采用多层同心变截面圆弧结构的磁障设计，且在多层磁障中放置了不同性能的永磁体，相较于单一使用铁氧体永磁体，能够提高气隙磁密，提高空载反电势，进而改善功率因数；通过优化磁障和磁障间磁通流通部宽度尺寸，提高了电机凸极比，进而提高了电机功率密度。
5.本发明所采用的技术方案如下：一种永磁电机转子结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯上设置多个磁极，每个所述磁极包括两个磁障组，所述两个磁障组以d轴为对称中心线左右对称分布；每个磁障组包括多个磁障，所述多个磁障由转子铁芯外圆周向内圆周方向依次设置；所述两个磁障组中位于同一圆周的两个磁障之间设置气隙，由气隙将两个磁障组的磁障左右分隔开；每个所述磁障包括设置在转子铁芯表面的永磁体容置槽，永磁体容置槽内设置永磁体，所述永磁体容置槽包括首尾相连的第一容置槽体和第二容置槽体，第二容置槽体位于第一容置槽体和转子铁芯外边缘之间，第一容置槽体沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面，第二容置槽体沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面，第一容置槽体的宽度尺寸bi1大于第二容置槽体的宽度尺寸bi2，所述永磁体包括第一永磁体部和第二永磁体部，第一永磁体部和第二永磁体部为不同性能的永磁体，第一永磁体部吻合连接在第一容置槽体内，第二永磁体部吻合连接在第二容置槽体内。
6.进一步的，第一永磁体部为铁氧体，第二永磁体部为稀土永磁体。
7.进一步的，每个所述磁障组的多个磁障呈圆弧状结构，多个磁障的弧长由转子铁芯外圆周向内圆周由小变大，每个磁障组的多个磁障的宽度尺寸由转子铁芯外圆周向内圆周由小变大。
8.进一步的，每个所述磁障组的多个磁障所在圆周的圆心为同一点，每个磁障组的三个磁障圆心坐标为（x，y），转子铁芯的圆心坐标为（0，0），其中，0＜｜x｜≤5，0＜（｜y｜-r）/r ≤0.5。
9.进一步的，每个所述磁障组的任意两个相邻的磁障之间的部分为磁通流通部，磁通流通部的宽度尺寸沿着转子铁芯外圆周向内圆周方向由小变大。
10.进一步的，气隙尺寸从外圆周位置向内圆周外置由小变大。
11.进一步的，磁障组背向气隙一端和转子铁芯外边缘之间设置间隙，形成隔磁桥。
12.进一步的，永磁体容置槽面向隔磁桥一端设置永磁体定位凸台，永磁体定位凸台能够实现永磁体在永磁体容置槽内的定位安装。
13.进一步的，每个所述磁障组的多个磁障呈圆弧状结构，多个磁障的弧长由转子铁芯外圆周向内圆周由小变大。
14.进一步的，第一容置槽体的宽度尺寸bi1和第二容置槽体的宽度尺寸bi2之间的大小关系为：0.5≤bi1/ bi2≤1。
15.进一步的，第一容置槽体的长度方向中心线、第二容置槽体的长度方向中心线和永磁体容置槽的长度方向中心线共线。
16.本发明的有益效果如下：本发明的转子结构采用多层同心变截面圆弧结构的磁障设计，且在多层磁障中放置了不同性能的永磁体，稀土永磁体磁性能（剩磁和矫顽力）远大于铁氧体磁性能，当铁氧体和稀土永磁体两种不同性能永磁体的混合使用，相较于单一使用铁氧体，能够提高气隙磁密，提高空载反电势，进而改善功率因数；本发明的磁障组的磁障的宽度由转子铁芯外圆周向内圆周由小变大，通过优化磁障和磁障间磁通流通部宽度尺寸，可提高电机凸极比，进而提高电机功率密度；高性能的永磁体放置在多层磁障近转子外圆处，铁氧体放置在远离转子外圆处，提高了应用转子结构电机的低温抗退磁能力；本发明的每个磁障组的多个磁障的圆心偏心设置，能够调制磁路的磁导和转子磁势，进而改变定转子磁场谐波大小，从而降低转矩脉动；本发明的永磁体定位凸台能够实现永磁体在永磁体容置槽内的定位安装。
附图说明
17.图1为本发明的转子铁芯上磁极分布结构图。
18.图2为本发明的一个磁极结构图。
19.图3为本发明的一个磁极去除永磁体后结构图。
20.图4为本发明的一个磁障组结构图。
21.其中：1、转子铁芯；2、磁障组；3、d轴；4、气隙；5、磁障；6、永磁体容置槽；6.1、第一容置槽体；6.2、第二容置槽体；7、永磁体；7.1、第一永磁体部；7.2、第二永磁体部；8、隔磁桥；9、永磁体定位凸台；10、磁通流通部。
具体实施方式
22.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
23.如图1所示，一种永磁电机转子结构包括转子铁芯1，转子铁芯1上设置四个磁极，四个磁极沿着圆周方向均匀分布。
24.如图1所示，每个磁极包括两个结构相同的磁障组2，两个磁障组2以d轴3为对称中心线左右对称分布。
25.如图2所示，每个磁障组2包括三个呈圆弧状结构的磁障5，三个磁障5由转子铁芯1
外圆周向内圆周方向依次设置。三个磁障5所在圆周的圆心为同一点，并且三个磁障5的弧长由转子铁芯1外圆周向内圆周由小变大。
26.如图2所示，每个磁障组2的任意两个相邻的磁障5之间的部分为磁通流通部10，磁通流通部10的宽度尺寸沿着转子铁芯1外圆周向内圆周方向由小变大。
27.如图2所示，每个磁障组2的三个磁障5的宽度尺寸由转子铁芯1外圆周向内圆周由小变大。
28.如图4所示，转子铁芯1的圆心坐标为（0，0），每个磁障组2的三个磁障5圆心坐标为（x，y），其中，0＜｜x｜≤5，0＜（｜y｜-r）/r ≤0.5，r为转子铁芯半径，通过磁障组2的三个磁障5的圆心偏心设置，能够改善气隙磁密分布，降低转矩脉动。
29.当电机定子和转子磁场谐波极数相同，转速不同时，二者相互作用就会产生一个脉动转矩，这个脉动转矩大小取决于定转子谐波磁场大小，通过磁障5的圆心偏心设置，能够调制磁路的磁导和转子磁势，进而改变定转子磁场谐波大小，从而降低转矩脉动。
30.如图2所示，两个磁障组2中位于同一圆周的两个磁障5之间设置气隙4，由气隙4将两个磁障组2的磁障5左右分隔开，通过气隙4的设置，能提高转子结构强度，提高电机允许运行的最高转速。磁障组2背向气隙4一端和转子铁芯1外边缘之间设置间隙，形成隔磁桥8。气隙4尺寸从外圆周位置向内圆周外置由小变大。
31.如图2所示，每个磁障5包括设置在转子铁芯1表面的永磁体容置槽6，永磁体容置槽6内设置永磁体7。
32.如图3所示，永磁体容置槽6包括首尾相连的第一容置槽体6.1和第二容置槽体6.2，第二容置槽体6.2位于第一容置槽体6.1和转子铁芯1外边缘之间。第一容置槽体6.1沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面，第二容置槽体6.2沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面。第一容置槽体6.1的宽度尺寸bi1大于第二容置槽体6.2的宽度尺寸bi2，并且满足：0.5≤bi1/ bi2≤1。
33.如图3所示，第一容置槽体6.1的长度方向中心线、第二容置槽体6.2的长度方向中心线和永磁体容置槽6的长度方向中心线共线。
34.永磁体7包括第一永磁体部7.1和第二永磁体部7.2，第一永磁体部7.1吻合连接在第一容置槽体6.1内，第二永磁体部7.2吻合连接在第二容置槽体6.2内。第一永磁体部7.1为铁氧体，第二永磁体部7.2为稀土永磁体，第一永磁体部7.1和第二永磁体部7.2为不同性能的永磁体，稀土永磁体磁性能（剩磁和矫顽力）远大于铁氧体磁性能，当铁氧体和稀土永磁体两种不同性能永磁体的混合使用，相较于单一使用铁氧体，能够提高气隙磁密，提高空载反电势，进而改善功率因数。
35.高性能的稀土永磁体设置在靠近气隙侧，铁氧体设置在远离气隙侧，定子退磁磁场经过气隙进入到转子，优先作用在靠近转子气隙侧的永磁体部分，靠近气隙侧的永磁体受到退磁磁场作用容易退磁。稀土永磁体低温时，磁化曲线无拐点，铁氧体高温时，磁化曲线也无拐点，当磁化曲线无拐点时，外部退磁电流消失后，永磁体磁场会恢复，不会造成永久退磁。综上，靠近气隙侧的永磁体使用稀土永磁体能提高低温抗退磁能力。
36.如图4所示，永磁体容置槽6面向隔磁桥8一端设置永磁体定位凸台9，永磁体定位凸台9能够实现永磁体在永磁体容置槽6内的定位安装。
37.本发明的转子结构采用多层同心变截面圆弧结构的磁障设计，且在多层磁障中放
置了不同性能的永磁体，稀土永磁体磁性能（剩磁和矫顽力）远大于铁氧体磁性能，当铁氧体和稀土永磁体两种不同性能永磁体的混合使用，相较于单一使用铁氧体，能够提高气隙磁密，提高空载反电势，进而改善功率因数。磁障和磁通流通部的宽度尺寸沿着转子铁芯外圆周向内圆周方向由小变大，提高了凸极比，最终提高了功率密度。高性能的永磁体放置在多层磁障近转子外圆处，铁氧体放置在远离转子外圆处，提高了应用转子结构电机的低温抗退磁能力。本发明的每个磁障组的多个磁障的圆心偏心设置，能够调制磁路的磁导和转子磁势，进而改变定转子磁场谐波大小，从而降低转矩脉动。
38.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种永磁电机转子结构，包括转子铁芯（1），所述转子铁芯（1）上设置多个磁极，其特征在于：每个所述磁极包括两个磁障组（2），所述两个磁障组（2）以d轴（3）为对称中心线左右对称分布；每个磁障组（2）包括多个磁障（5），所述多个磁障（5）由转子铁芯（1）外圆周向内圆周方向依次设置；所述两个磁障组（2）中位于同一圆周的两个磁障（5）之间设置气隙（4），由气隙（4）将两个磁障组（2）的磁障（5）左右分隔开；每个所述磁障（5）包括设置在转子铁芯（1）表面的永磁体容置槽（6），永磁体容置槽（6）内设置永磁体（7），所述永磁体容置槽（6）包括首尾相连的第一容置槽体（6.1）和第二容置槽体（6.2），第二容置槽体（6.2）位于第一容置槽体（6.1）和转子铁芯（1）外边缘之间，第一容置槽体（6.1）沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面，第二容置槽体（6.2）沿其长度延伸方向具有相同大小的横截面，第一容置槽体（6.1）的宽度尺寸bi1大于第二容置槽体（6.2）的宽度尺寸bi2，所述永磁体（7）包括第一永磁体部（7.1）和第二永磁体部（7.2），所述第一永磁体部（7.1）和第二永磁体部（7.2）为不同性能的永磁体，第一永磁体部（7.1）吻合连接在第一容置槽体（6.1）内，第二永磁体部（7.2）吻合连接在第二容置槽体（6.2）内。2.如权利要求1所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一永磁体部（7.1）为铁氧体，第二永磁体部（7.2）为稀土永磁体。3.如权利要求2所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：每个所述磁障组（2）的多个磁障（5）呈圆弧状结构，多个磁障（5）的弧长由转子铁芯（1）外圆周向内圆周由小变大，每个磁障组（2）的多个磁障（5）的宽度尺寸由转子铁芯（1）外圆周向内圆周由小变大。4.如权利要求3所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：每个所述磁障组（2）的多个磁障（5）所在圆周的圆心为同一点，每个磁障组（2）的三个磁障（5）圆心坐标为（x，y），转子铁芯（1）的圆心坐标为（0，0），其中，0＜｜x｜≤5，0＜（｜y｜-r）/r ≤0.5。5.如权利要求4所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：每个所述磁障组（2）的任意两个相邻的磁障（5）之间的部分为磁通流通部（10），磁通流通部（10）的宽度尺寸沿着转子铁芯（1）外圆周向内圆周方向由小变大。6.如权利要求5所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述气隙（4）尺寸从外圆周位置向内圆周外置由小变大。7.如权利要求6所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述磁障组（2）背向气隙（4）一端和转子铁芯（1）外边缘之间设置间隙，形成隔磁桥（8）。8.如权利要求7所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述永磁体容置槽（6）面向隔磁桥（8）一端设置永磁体定位凸台（9），永磁体定位凸台（9）能够实现永磁体在永磁体容置槽（6）内的定位安装。9.如权利要求8所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一容置槽体（6.1）的宽度尺寸bi1和第二容置槽体（6.2）的宽度尺寸bi2之间的大小关系为：0.5≤bi1/ bi2≤1。10.如权利要求9所述的一种永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一容置槽体（6.1）的长度方向中心线、第二容置槽体（6.2）的长度方向中心线和永磁体容置槽（6）的长度方向中心线共线。

技术总结
本发明涉及永磁电机转子技术领域，尤其是一种永磁电机转子结构。其包括转子铁芯，所述转子铁芯上设置多个磁极，每个所述磁极包括两个磁障组，所述两个磁障组以D轴为对称中心线左右对称分布；每个磁障组包括多个磁障，所述多个磁障由转子铁芯外圆周向内圆周方向依次设置。本发明的转子结构采用多层同心变截面圆弧结构的磁障设计，且在多层磁障中放置了不同性能的永磁体，能够提高气隙磁密，提高空载反电势，进而改善功率因数；通过优化磁障和磁障间磁通流通部宽度尺寸，可提高电机凸极比，进而提高电机功率密度。而提高电机功率密度。而提高电机功率密度。


技术研发人员：杨松 王秉恒 郑沈华 朱一颖 郝大凯 王玉林
受保护的技术使用者：无锡东元电机有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20