CN108808910B - 一种内置式混合永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置式混合永磁电机，沿转子(1)圆周方向上设有V型槽(2)，所述V型槽每侧均分为上下两个矩形结构；所述的两种矩形结构分为大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，在所述槽中分别设置有铁氧体和钕铁硼材质的永磁体；所述V型槽底部设置有Z字形加强筋(5)；所述V型槽与转子外边缘中间设有一字型槽(3)，所述一字型槽中放置有钕铁硼永磁体(4)；所述永磁体均采用垂直充磁方式；所述V型槽和一字型槽构成一组槽结构；在所述的两组槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)。本发明提出的一种内置式混合永磁电机，通过不对称设置不同材料的永磁体结构，提高了电机永磁体利用率、输出转矩及效率，并降低了转矩脉动。

Description

一种内置式混合永磁电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种内置式混合永磁电机。
背景技术
目前，全世界都十分关注能源高效利用问题，如何实现能源的高效利用已经成为世界发展的主题；目前工业用电动机仍然存在能量利用率相对较低的问题，通过提高工业用电动机的效率能够实现明显的能源高效利用。内置式永磁电机由于采用永磁体励磁，并在在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以有效地降低总损耗，所以具有很大的效率提高空间和优势。针对内置式混合永磁电机的特点，通过对电机定转子拓扑结构的优化设计可以提高内置式混合永磁电机的效率等电磁性能。
内置式永磁电机的工作原理是，定子的电励磁产生的旋转磁场，与转子中内置的永磁体产生的磁场相互作用，从而使得转子转动；由于永磁体是嵌入转子中的，转子表面相对光滑，具有凸极效应，但这样会带来漏磁系数相对较大的问题，使得气隙磁通相对较小，从而降低永磁体的利用率。通过使用多种永磁体材料混合励磁，并且在转子上合理设置隔磁桥，可以使得可以提高电机的转矩利用率，降低转矩脉动；但是不合理的永磁体排布以及隔磁桥的设计，不但无法达到改善电机性能的作用，反而可能会带来更大能量损耗；因此，合理的永磁体排布、隔磁桥形状设计对提高电机转矩输出以及电机效率具有积极的意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内置式混合永磁电机，它不仅能够提高内置式混合永磁电机的效率和转矩利用率，能够减少输出转矩波动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种内置式混合永磁电机，包括转子和定子两部分，所述的转子(1)位于定子(9)内；所述转子上沿着圆周方向设置有V型槽(2)；所述V型槽(2)与转子外边缘中间设有一字型槽(3)；所述V型槽和一字型槽构成一组槽结构，所述一组槽中的永磁体极性相同；两组槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)。
进一步地：所述V型槽(2)的每条边均分为上下两部分；所述上下两部分为两个不同宽度和长度的矩形结构，两种矩形结构分为大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，且两者的中心线不同轴；两个大矩形结构中放置铁氧体永磁体，两个小矩形结构中放置钕铁硼永磁体，V型槽的左侧大矩形结构在上部，小矩形结构在下部，V型槽的右侧小矩形结构在上部，大矩形结构在下部；V型槽(2)底部设置有Z字形加强筋(5)。
优选的：所述每个一字型槽(3)中放置有钕铁硼永磁体(4)。
优选的：所述两组V型槽(2)和一字型槽(3)构成的槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)，永磁体均采用垂直充磁方式。
优选的：所述的V型槽(2)中的大矩形结构(8)和小矩形结构(7)宽度比为1：2.35-2.89，长度比为：1：4.77-5.3。
优选的：所述一字型槽(3)与其中的钕铁硼永磁体(4)的长度比为：1：1.25-1.4，宽度比为：1：1.15-2.35。
优选的：所述镰刀形隔磁桥(6)端部开口角度α范围为：46°-73°，尾部长度范围为：3.6-5.1mm。
本发明提供的一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：
1.由于使用V型永磁体的排布方式，使得电机的转子磁通路径得到改善，通过该结构的使用，电机的永磁体利用率得到了提高，空载气隙磁密及空载反电动势等各项关键电磁性能参数得到了改善，使得电机整体性能得到了提高。
2.V型排布构成了并联永磁体磁路，V型排布与一字型永磁体排布共同构成了串联永磁体磁路，两种磁通路径的共同利用，使得该电机既具有串联磁路磁阻转矩大，漏磁小，永磁体不易退磁的优点，又具有并联磁路气隙磁密大、转矩脉动小等优点，从各个方面提高了电机电磁性能。
3.一字型钕铁硼永磁体的使用能够有效提高电机电磁性能交换的能力，提高了一字型钕铁硼永磁体两侧的永磁体的抗退磁能力。
4.采用镰刀形隔磁桥结构，提高了永磁体利用率，实现了铁耗和涡流损耗的降低，使得电机的运行效率进一步提高。
综上所述，本发明能够提内置式混合永磁电机的转矩利用率，减少漏磁，提高抗退磁能力，具有永磁体利用率高、转矩脉动小、损耗低和效率高等优点。
附图说明
图1为优选的内置式混合永磁电机的8极转子结构图。
图2为V型槽和一字型槽结构图。
图3为镰刀形隔磁桥结构图。
图4为永磁体磁化方向示意图，图中，箭头的方向为磁化方向。
图5为优选的实施例结构示意图。
其中：1为转子，2为V型槽，3为一字型槽，4为钕铁硼永磁体，5为Z字形加强筋，6为隔磁桥，7为小矩形结构，8为大矩形结构，9为定子，α为镰刀形隔磁桥端部开口角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种内置式混合永磁电机，包括转子和定子两部分，所述的转子(1)位于定子(9)内；所述转子上沿着圆周方向设置有V型槽(2)；所述V型槽(2)与转子外边缘中间设有一字型槽(3)；所述V型槽和一字型槽构成一组槽结构，所述一组槽中的永磁体极性相同；两组槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)。
所述V型槽的每侧均分为上下两部分；所述上下两部分为两个不同宽度和长度的矩形结构，所述的两种矩形结构分为大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，且两者的中心线不同轴；所述的大矩形结构和小矩形结构中分别设置有铁氧体和钕铁硼材质的永磁体，其中左侧铁氧体永磁体材料在上部，钕铁硼永磁体材料在下部，右侧钕铁硼永磁体材料在上部，铁氧体永磁体材料在下部；V型槽(2)底部设置有Z字形加强筋(5)。
所述每个一字型槽(3)中放置有钕铁硼永磁体(4)。
所述两组V型槽(2)和一字型槽(3)构成的槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)，永磁体均采用垂直充磁方式。
所述的V型槽(2)中的大矩形结构(8)和小矩形结构(7)宽度比为1：2.35-2.89，长度比为：1：4.77-5.3。
所述一字型槽(3)与其中的钕铁硼永磁体(4)的长度比为：1：1.25-1.4，宽度比为：1：1.15-2.35。
所述镰刀形隔磁桥(6)端部开口角度α范围为：46°-73°，尾部长度范围为：3.6-5.1mm。
本发明的原理如下：
利用“混合励磁结构对电机性能的改善”和“漏磁最小化”的原理，在转子上设置有若干V型用于嵌入混合永磁体的槽，这些槽被设置在以转轴轴心为圆点的转子上，V型槽的每侧均分为上下两部分；所述上下两部分为两个不同宽度和长度的矩形结构，所述的两种矩形结构分为大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，且两者的中心线不同轴；所述的大矩形结构和小矩形结构中分别设置有铁氧体和钕铁硼材质的永磁体，其中左侧铁氧体永磁体材料在上部，钕铁硼永磁体材料在下部，右侧钕铁硼永磁体材料在上部，铁氧体永磁体材料在下部；V型槽底部设置Z字形加强筋；V型槽与转子外边缘中间设有一字型槽，一字型槽中放置有钕铁硼永磁体；这些永磁体均采用垂直充磁方式；所述V型槽和一字型槽构成一组槽结构，一组槽中的永磁体极性相同；在所述的两组槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥；通过所采用槽结构以及形状不规则镰刀形隔磁桥，以此来提高永磁体的利用率，提高电机的转矩利用率和电机效率。
如图1所示，在本电机的转子结构中，沿转子圆周方向上设有V型槽，V型槽底部设置Z字形加强筋，起到加强转子机械强度的目的。
如图2所示，V型槽的每侧均分为上下两部分；所述上下两部分为两个不同宽度和长度的矩形结构，所述的两种矩形结构分为大矩形结构和小矩形结构，且两者的中心线不同轴；所述的大矩形结构和小矩形结构中分别设置有铁氧体和钕铁硼材质的永磁体，其中左侧铁氧体永磁体材料在上部，钕铁硼永磁体材料在下部，右侧钕铁硼永磁体材料在上部，铁氧体永磁体材料在下部；V型槽与转子外边缘中间设有一字型槽，一字型槽中放置有钕铁硼永磁体，V型槽中的大矩形结构和小矩形结构宽度比为1：2.35-2.89，长度比为：1：4.77-5.3，一字型槽与其中的钕铁硼永磁体的长度比为：1：1.25-1.4，宽度比为：1：1.15-2.35。
数字2代表整个V型结构，这个V型结构中包括大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，两个大矩形结构中会放置铁氧体永磁体，两个小矩形结构中会放置钕铁硼永磁体，整个V型结构的左侧大矩形结构在上部(也就是铁氧体永磁体在上部)，小矩形结构在下部(也就是钕铁硼永磁体在下部)，右侧与左侧相反。
如图3所示，两组槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥，该镰刀形隔磁桥端部开口角度α范围为：46°-73°，尾部长度范围为：3.6-5.1mm。镰刀形隔磁桥的利用可以减小永磁体漏磁，大大提高电机的转矩利用率，减小损耗，提高电机效率，然而镰刀形隔磁桥端部开口角度和尾部长度的不同也会给电机性能带来不同的影响，若尺寸不合理甚至会影响电机正常运行。
如图4所示，同一个槽结构中的永磁体材料极性相同，不同组槽结构永磁体材料极性相反。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种内置式混合永磁电机，其特征在于，包括转子和定子两部分，所述的转子(1)位于定子(9)内；所述转子上沿着圆周方向设置有V型槽(2)；所述V型槽(2)与转子外边缘中间设有一字型槽(3)；所述V型槽和一字型槽构成一组槽结构，一组槽中的永磁体极性相同；
所述V型槽(2)的每条边均分为上下两部分；所述上下两部分为两个不同宽度和长度的矩形结构，两种矩形结构分为大矩形结构(8)和小矩形结构(7)，且两者的中心线不同轴；两个大矩形结构中放置铁氧体永磁体，两个小矩形结构中放置钕铁硼永磁体，V型槽的左侧大矩形结构在上部，小矩形结构在下部，V型槽的右侧小矩形结构在上部，大矩形结构在下部；V型槽(2)底部设置有加强筋(5)；
每个一字型槽(3)中放置有钕铁硼永磁体(4)；
两组V型槽(2)和一字型槽(3)构成的槽结构之间设置有镰刀形隔磁桥(6)，永磁体均采用垂直充磁方式。
2.根据权利要求1所述的一种内置式混合永磁电机，其特征在于：所述的V型槽(2)中的小矩形结构(7)和大矩形结构(8)宽度比为1：2.35-2.89，长度比为：1：4.77-5.3。
3.根据权利要求1所述的一种内置式混合永磁电机，其特征在于：所述放置在一字型槽(3)中的钕铁硼永磁体(4)与一字型槽(3)的长度比为：1：1.25-1.4，宽度比为：1：1.15-2.35。
4.根据权利要求1所述的一种内置式混合永磁电机，其特征在于：所述镰刀形隔磁桥(6)端部开口角度α范围为：46°-73°，尾部长度范围为：3.6-5.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种内置式混合永磁电机，其特征在于：加强筋(5)为Z字形。
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