CN110518727B - 转子结构及具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子结构及具有其的电机。转子结构包括转子本体，转子本体上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽和外层永磁体槽，外层永磁体槽位于内层永磁体槽的外侧；磁钢组，磁钢组包括内层永磁体和外层永磁体，内层永磁体设置于内层永磁体槽内，外层永磁体设置于外层永磁体槽内并位于内层永磁体的外侧，内层永磁体的沿转子本体的径向方向的几何中心线，与外层永磁体的沿转子本体的径向方向的几何中心线共线。合理地布置了磁钢槽组和磁钢组中的永磁体的位置关系，有效地提高了该转子结构的性能，继而提高了具有该转子结构在全频段的效率。

Description

转子结构及具有其的电机

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构及具有其的电机。

背景技术

切向永磁同步电机具有“聚磁”效果，采用剩磁低的永磁体也可以获得较大的气隙磁密，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***、电力牵引、办公自动化、家用电器等场合。

切向永磁同步电机的转子永磁体由于不直接面向定子，气隙磁场调节难度大，气隙磁密、反电势的谐波含量较大，使得电机转矩脉动及噪声较大。另一方面，切向永磁电机的永磁磁路为并联结构，容易导致电机永磁体工作点较低，在恶劣工况下容易发生永磁体退磁。

现有技术为提高退磁电流、减小永磁体的退磁区域，有采用混合磁钢的方法，但会降低永磁体的利用率和加大电机成本。如专利CN103580327A采用的是稀土永磁体和铁氧体在同一个槽内，但这样铁氧体就易被反向磁化，而且只是靠稀土永磁体提高退磁电流，退磁电流提升就较少，采用稀土永磁体也会加大电机成本。比如专利CN202524196U也是采用两种不同材料的永磁体，但两个永磁体在同一槽内，且上下面是直接相接触的，矫顽力低的永磁体易被反向磁化，而且只是依靠矫顽力高的永磁体提高退磁电流，退磁电流提升较少，造成永磁体利用率不高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转子结构及具有其的电机，以解决现有技术中电机效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子本体，转子本体上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽和外层永磁体槽，外层永磁体槽位于内层永磁体槽的外侧；磁钢组，磁钢组包括内层永磁体和外层永磁体，内层永磁体设置于内层永磁体槽内，外层永磁体设置于外层永磁体槽内并位于内层永磁体的外侧，内层永磁体的沿转子本体的径向方向的几何中心线，与外层永磁体的沿转子本体的径向方向的几何中心线共线。

进一步地，内层永磁体的长边方向沿转子本体的径向方向延伸设置，外层永磁体的长边方向沿转子本体的径向方向延伸设置。

进一步地，内层永磁体槽和外层永磁体槽间隔地设置，以使内层永磁体槽和外层永磁体槽之间形成有窄桥。

进一步地，外层永磁体的矫顽力为H1，内层永磁体的矫顽力为H2，外层永磁体的朝向转子本体的外侧边缘的一端的宽度为A1，外层永磁体的朝向转子本体的外侧边缘的一端的宽度为B1，其中，7.5≥H1*B1/H2*A1≥3。

进一步地，1.43≥H1*E/H2*F≥1，其中，E为窄桥的宽度，F为电机气隙厚度。

进一步地，外层永磁体的沿转子本体的径向方向的长度为A2，内层永磁体的沿转子本体的径向方向的长度为B2，其中，0.36≥H1*A2/H2*B2≥0.18。

进一步地，外层永磁体槽的朝向转子本体边缘的一侧设置有开口，开口的宽度小于外层永磁体槽的宽度。

进一步地，转子本体的位于开口第一侧的边缘处设置有第一切边，第一切边的长度为C，第一切边与水平线形成的夹角为D，其中，1.758≥D/C≥0.068。

进一步地，转子本体的位于开口第二侧设置有第二切边，第一切边与第二切边关于外层永磁体槽的几何中心线对称地设置。

进一步地，外层永磁体的矫顽力高于内层永磁体的矫顽力。

进一步地，永磁体槽组中的内层永磁体和外层永磁体的充磁方向相同，且为切向式充磁磁化。

进一步地，内层永磁体的朝向外层永磁体一侧的端面，与外层永磁体的朝向内层永磁体一侧的端面相平行地设置。

进一步地，外层永磁体的横截面呈矩形或梯形。

进一步地，内层永磁体的横截面呈梯形，内层永磁体的横截面沿转子本体的径向方向向外逐渐增大地设置。

进一步地，永磁体槽组为多个，多个永磁体槽组沿转子本体的周向间隔地设置，相邻的永磁体槽组内的磁钢组的N极与另一个磁钢组的N极相对地设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

应用本发明的技术方案，采用该结构的转子结构，将内层永磁体的沿所述转子本体的径向方向的几何中心线，设置成与外层永磁体的沿转子本体的径向方向的几何中心线共线的设置方式。合理地布置了磁钢槽组和磁钢组中的永磁体的位置关系，有效地提高了该转子结构的性能，继而提高了具有该转子结构在全频段的效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子结构的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转子结构的第二实施例的结构示意图；

图3示出了图2中A处的结构放大图；

图4示出了本发明的电机与现有电机退磁电流对比图

图5示出了本发明的电机与现有电机效率对比图

图6示出了本发明的电机现有电机转矩脉动对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子本体；11、内层永磁体槽；12、外层永磁体槽；

121、开口；

13、第一切边；14、第二切边；

20、内层永磁体；

30、外层永磁体；

40、窄桥；

50、定子；60、转轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图6所示，根据本申请的实施例，提供了一种转子结构。

如图1和图2所示，该转子结构包括转子本体10和磁钢组。转子本体10上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽11和外层永磁体槽12。外层永磁体槽12位于内层永磁体槽11的外侧。磁钢组包括内层永磁体20和外层永磁体30，内层永磁体20设置于内层永磁体槽11内，外层永磁体30设置于外层永磁体槽12内并位于内层永磁体20的外侧，内层永磁体20的沿转子本体10的径向方向的几何中心线，与外层永磁体30的沿转子本体10的径向方向的几何中心线共线。

在本实施例中，将内层永磁体20的沿所述转子本体10的径向方向的几何中心线，设置成与外层永磁体30的沿转子本体10的径向方向的几何中心线共线的设置方式。合理地布置了磁钢槽组和磁钢组中的永磁体的位置关系，有效地提高了该转子结构的性能，继而提高了具有该转子结构在全频段的效率。具体地，退磁电流提高1.5倍，效率在全频段上提高0.53％～2.15％，转矩波动在高低频降低3.63％～7.85％。

其中，内层永磁体20的长边方向沿转子本体10的径向方向延伸设置，外层永磁体30的长边方向沿转子本体10的径向方向延伸设置。内层永磁体槽11和外层永磁体槽12间隔地设置，以使内层永磁体槽11和外层永磁体槽12之间形成有窄桥40。这样设置能够有效地提高转子的性能。

如图3所示，外层永磁体30的矫顽力为H1，内层永磁体20的矫顽力为H2，外层永磁体30的朝向转子本体10的外侧边缘的一端的宽度为A1，外层永磁体30的朝向转子本体10的外侧边缘的一端的宽度为B1，其中，7.5≥H1*B1/H2*A1≥3。1.43≥H1*E/H2*F≥1，其中，E为窄桥40的宽度，F为电机气隙厚度。

外层永磁体30的沿转子本体10的径向方向的长度为A2，内层永磁体20的沿转子本体10的径向方向的长度为B2，其中，0.36≥H1*A2/H2*B2≥0.18。外层永磁体槽12的朝向转子本体10边缘的一侧设置有开口121，开口121的宽度小于外层永磁体槽12的宽度。转子本体10的位于开口121第一侧的边缘处设置有第一切边13，第一切边13的长度为C，第一切边13与水平线形成的夹角为D，其中，1.758≥D/C≥0.068。这样设置能够进一步地提高转子结构的性能。

进一步地，转子本体10的位于开口121第二侧设置有第二切边14，第一切边13与第二切边14关于外层永磁体槽12的几何中心线对称地设置。这样设置可以提高气隙磁密波形的正弦化，降低电机的反电势谐波含量，进一步提高电机效率。

其中，外层永磁体30的矫顽力高于内层永磁体20的矫顽力。永磁体槽组中的内层永磁体20和外层永磁体30的充磁方向相同，且为切向式充磁磁化。这样设置能够提高该转子结构的性能。

如图3所示，内层永磁体20的朝向外层永磁体30一侧的端面，与外层永磁体30的朝向内层永磁体20一侧的端面相平行地设置。这样设置能够提高电机的效率。

在本实施例中，外层永磁体30的横截面呈矩形或梯形。内层永磁体20的横截面呈梯形，内层永磁体20的横截面沿转子本体10的径向方向向外逐渐增大地设置。这样设置能够有效地增加转子结构的有效磁通，进而有效提高永磁体切向电机的抗退磁能力和退磁电流。

其中，永磁体槽组为多个，多个永磁体槽组沿转子本体10的周向间隔地设置，相邻的永磁体槽组内的磁钢组的N极与另一个磁钢组的N极相对地设置，即N极和N极相对，S极和S极相对。这样设置能够进一步地提高转子结构的有效磁通。

上述实施例中的转子结构还可以用于电机设置技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。

具体地，采用本申请的转子结构，解决了切向永磁电机易退磁的问题，提高了退磁电流。解决了切向永磁同步电机漏磁大，效率低的问题，还解决了切向永磁同步电机气隙磁密和反电势波形谐波含量高，转矩脉动大的问题。

该转子结构由于采用内外侧两种不同矫顽力的永磁体材料并用窄桥将两个永磁体隔开，外层永磁体为较内层永磁体的矫顽力高，且内层永磁体与外层永磁***于同一中心线上，内层永磁体的形状为外宽内窄的特点，该结构可以增加有效磁通，进而有效提高铁氧体切向电机的抗退磁能力和退磁电流，提高电机在全频段的效率。外层永磁体槽与转子铁芯配合采用切边结构，可以提高气隙磁密波形的正弦化，降低电机的反电势谐波含量，进一步提高电机效率。具体地，退磁电流提高1.5倍，效率在全频段上提高0.53％～2.15％，转矩波动在高低频降低3.63％～7.85％。

转子铁芯沿周向均匀设置有多个永磁体槽组，相邻永磁体槽组内的永磁体具有相同的极性且相对设置。永磁体槽组包括内层永磁体槽和外层永磁体槽，且内层永磁体槽和外层永磁体槽沿转子铁芯的径向方向向外依次设置，两槽分离，槽间形成一段窄桥。目前普通的铁氧体切向电机为提高退磁电流、减小永磁体的退磁区域，大多采用加厚永磁体的方法，也有采用混合永磁体的方法，但会降低永磁体的利用率和加大电机成本，并且也会导致漏磁增加，增加铁耗的问题。本申请采用内、外层两种不同矫顽力的永磁体材料，内层永磁体置于内层永磁体槽内，外层永磁体设置于外层永磁体槽内，内层永磁体与外层永磁***于同一中心线上，同一永磁体槽内的永磁体磁化方向相同且都为切向磁化。内层永磁体为铁氧体，外层永磁体为较内层永磁体的矫顽力高，外层永磁体为高剩磁和高矫顽力的高牌号铁氧体或稀土永磁体，可以增加有效磁通，进而有效提高铁氧体切向电机的抗退磁能力和退磁电流，提高电机在全频段的效率。内层永磁体为梯形，靠近铁芯外侧为上部，靠近转轴方向为下部，且上部的长度大于下部，可以提高抗退磁能力。

内层永磁体槽和外层永磁体槽是分离的，两槽间形成一段窄桥，窄桥的存在可以避免矫顽力高的外层永磁体磁化矫顽力低的内层永磁体，同时提高内、外层永磁体的抗退磁能力。窄桥的宽度设为E，电机气隙厚度设为F，外层永磁体的矫顽力设为H1，内层永磁体的矫顽力设为H2，外层永磁体的上部宽度设为A1，内层永磁体的上部宽度设为B1，H1*B1/H2*A1＜3时，外层永磁体和内层永磁体的抗退磁性差异较小，外层永磁体的宽度相对于内层永磁体的上部宽度过小，无法起到提高退磁电流的作用。H1*B1/H2*A1＞7.5时，外层永磁体的宽度相对过大，造成外侧高牌号的永磁体利用率降低，造成不必要的成本增加。外层永磁体与内层永磁体应满足以下关系：7.5≥H1*B1/H2*A1≥3，可以增加有效磁通，进而有效提高铁氧体切向电机的抗退磁能力和退磁电流，提高电机在全频段的效率。窄桥与电机气隙厚度H1*E/H2*F＜1，会造成窄桥的宽度过小，降低转子的机械强度，无法保证退磁电流的提高；H1*E/H2*F＞1.43，会造成窄桥的宽度过大，内、外层永磁体间的漏磁增大，降低电机效率和输出转矩，也无法保证提高退磁电流；窄桥与电机气隙厚度应满足以下关系：1.43≥H1*E/H2*F≥1，可以保证窄桥的厚度和电机的效率，提高退磁电流和转子机械强度。

进一步地，外层永磁体上、下部之间的长度设为A2，内层永磁体的上、下部之间的长度设为B2，H1*A2/H2*B2＜0.18，外层永磁体的长度相对于内层永磁体的上、下部之间的长度过短，无法起到提高退磁电流的作用。H1*A2/H2*B2＞0.36外层永磁体的长度相对过大，造成外侧高牌号的永磁体利用率降低，造成不必要的成本增加。A2与B2的关系应满足以下关系：0.36≥H1*A2/H2*B2≥0.18。

优选地，内层永磁体为梯形，靠近铁芯外侧为上部，靠近转轴60方向为下部，且上部的长度大于下部，可以提高抗退磁能力，在转子高速运行时，内层永磁体受到很大的离心力，也不会飞出去，提高转子结构强度。

外层永磁体槽与转子铁芯形成切边结构，切边与外层永磁体槽之间留有一定的厚度，该厚度大于2mm，是为了挡住外层永磁体在转子运行时受离心力飞离出去。其中切边线长度设为C，切边与水平线形成的夹角设为D，C与D的关系应满足以下关系：1.758≥D/C≥0.068，提高气隙磁密波形的正弦度，降低电机的反电势谐波含量，进一步提高电机效率。

内层永磁体为铁氧体，外层永磁体为较内层永磁体的矫顽力高，外层永磁体为高剩磁和高矫顽力的高牌号铁氧体或稀土永磁体，且同一永磁体槽组中放置的内层永磁体和外层永磁体的充磁方向相同且都为切向磁化，提高了有效磁通量，进而有效提高铁氧体切向电机的抗退磁能力和退磁电流，提高电机在全频段的效率。

同一永磁体槽组中放置的内层永磁体和外层永磁体各为独立永磁体，且外层永磁体的底部与内层永磁体的上部相平行，结构简单，便于量产，提高生产效率。

外层永磁体为矩形或梯形，当为矩形时厚度大于3mm，当为梯形时上宽下窄，下部厚度大于3mm，形状简单，便于量产。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。其中，电机包括定子50，转子结构设置于定子50内。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种转子结构，其特征在于，包括：

转子本体(10)，所述转子本体(10)上开设有永磁体槽组，所述永磁体槽组包括内层永磁体槽(11)和外层永磁体槽(12)，所述外层永磁体槽(12)位于所述内层永磁体槽(11)的外侧；

磁钢组，所述磁钢组包括内层永磁体(20)和外层永磁体(30)，所述内层永磁体(20)设置于所述内层永磁体槽(11)内，所述外层永磁体(30)设置于所述外层永磁体槽(12)内并位于所述内层永磁体(20)的外侧，所述内层永磁体(20)的沿所述转子本体(10)的径向方向的几何中心线，与所述外层永磁体(30)的沿所述转子本体(10)的径向方向的几何中心线共线；

所述外层永磁体槽(12)的朝向所述转子本体(10)边缘的一侧设置有开口(121)，所述开口(121)的宽度小于所述外层永磁体槽(12)的宽度；

所述转子本体(10)的位于所述开口(121)第一侧的边缘处设置有第一切边(13)，所述第一切边(13)的长度为C，所述第一切边(13)与水平线形成的夹角为D，其中，1.758≥D/C≥0.068；

所述内层永磁体槽(11)和所述外层永磁体槽(12)间隔地设置，以使所述内层永磁体槽(11)和所述外层永磁体槽(12)之间形成有窄桥(40)；

所述外层永磁体(30)的矫顽力为H1，所述内层永磁体(20)的矫顽力为H2，所述外层永磁体(30)的朝向所述转子本体(10)的外侧边缘的一端的宽度为A1，所述外层永磁体(30)的朝向所述转子本体(10)的外侧边缘的一端的宽度为B1，其中，7.5≥H1*B1/H2*A1≥3；

所述外层永磁体(30)的沿所述转子本体(10)的径向方向的长度为A2，所述内层永磁体(20)的沿所述转子本体(10)的径向方向的长度为B2，其中，0.36≥H1*A2/H2*B2≥0.18。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体(20)的长边方向沿所述转子本体(10)的径向方向延伸设置，所述外层永磁体(30)的长边方向沿所述转子本体(10)的径向方向延伸设置。

3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，1.43≥H1*E/H2*F≥1，其中，E为所述窄桥(40)的宽度，F为电机气隙厚度。

4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述转子本体(10)的位于所述开口(121)第二侧设置有第二切边(14)，所述第一切边(13)与所述第二切边(14)关于所述外层永磁体槽(12)的几何中心线对称地设置。

5.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体(30)的矫顽力高于所述内层永磁体(20)的矫顽力。

6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽组中的所述内层永磁体(20)和所述外层永磁体(30)的充磁方向相同，且为切向式充磁磁化。

7.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体(20)的朝向所述外层永磁体(30)一侧的端面，与所述外层永磁体(30)的朝向所述内层永磁体(20)一侧的端面相平行地设置。

8.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体(30)的横截面呈矩形或梯形。

9.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体(20)的横截面呈梯形，所述内层永磁体(20)的横截面沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增大地设置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽组为多个，多个所述永磁体槽组沿所述转子本体(10)的周向间隔地设置，相邻的所述永磁体槽组内的所述磁钢组的N极与另一个所述磁钢组的N极相对地设置。

11.一种电机，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至10中任一项所述的转子结构。

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