CN113206565B - 一种用于电机的磁瓦以及电机转子、电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁瓦，用于转子铁芯和定子铁芯沿转子轴向错位设置的永磁电机，所述磁瓦包括：励磁部分，覆设在转子铁芯的外周面上，与定子气隙配合，形成励磁回路；错位部分，形成在所述励磁部分的第一端面，在该端侧错位部分凸出同侧的定子铁芯端面和转子铁芯端面以与所述定子铁芯、转子铁芯形成错位设置；所述错位部分包括：感应部，用于被所述电机的转子位置感应元件感应；以及磁桥，用于连接所述感应部与所述励磁部分。

Description

一种用于电机的磁瓦以及电机转子、电机

技术领域

本发明涉及电机相关技术领域，尤其涉及一种用于电机的磁瓦以及电机转子、电机。

背景技术

目前随着电机的技术的发展，目前电机有铁壳结构、塑封结构。其中，内置有感控制电机由于转子位置感应元件与表贴式永磁体距离不足，无法感应转子位置，往往需要将转子与定子错位放置，如图1所示，定子1与转子2错位距离为L1(根据实际情况而定)，使转子上的永磁体与控制板上的位置感应元件3距离满足；同时，不对称放置后，永磁体的高度需高于定转子铁芯，以免影响气隙中磁路。

但是，由于永磁体相对于转子是对称的，定转子铁芯错位放置后，永磁体相对于定子就存在两边不等高，使得永磁体在定子更高一边的部分与定子铁芯相互吸引产生磁拉力，使转子整体受到一定的轴向磁拉力。轴向磁拉力的大小和脉动使电机在运行时振动异常，产生噪音；同时轴向磁拉力的存在，使得电机的轴承和波垫处于长期受力状态，这些都严重影响了电机的性能和使用寿命。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种用于电机的磁瓦以及电机转子、电机，用以至少解决电机转子受到轴向磁拉力较大的问题。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

本发明第一方面公开了一种磁瓦，用于转子铁芯和定子铁芯沿转子轴向错位设置的永磁电机，所述磁瓦包括：

励磁部分，覆设在转子铁芯的外周面上，与定子气隙配合，形成励磁回路；

错位部分，形成在所述励磁部分的第一端面，在该端侧错位部分凸出同侧的定子铁芯端面和转子铁芯端面以与所述定子铁芯、转子铁芯形成错位设置；

所述错位部分包括：感应部，用于被所述电机的转子位置感应元件感应；以及磁桥，用于连接所述感应部与所述励磁部分。

进一步可选的，所述感应部为长条状结构；所述励磁部分为一板状结构，且所述励磁部分与所述感应部在所述电机转子的周向方向形成弯曲设置，定子铁芯与转子铁芯错位放置的距离等于磁瓦相对于定子铁芯不对称的厚度。

进一步可选的，励磁部分与所述感应部错开布置，

其中所述感应部的第一端通过所述磁桥与所述励磁部分的第一端面连接，所述感应部的第二端绕所述电机转子周向向远离所述励磁部分的第一端面的方向延伸设置。

进一步可选的，所述感应部的背向所述转子位置感应元件的一侧形成有感应部第一侧面，

其中所述感应部第一侧面与所述励磁部分的第一端面平行设置。

进一步可选的，所述磁桥的宽度L₃为所述励磁部分的宽度L₂的30％-50％。

进一步可选的，

所述感应部与所述励磁部分的第一端面平行设置；

所述磁桥包括：第一磁桥，用于连接所述磁桥的第一端与所述励磁部分的第一端面；第二磁桥，用于连接所述磁桥的第二端与所述励磁部分的第一端面。

进一步可选的，所述感应部、所述第一磁桥、所述第二磁桥和所述励磁部分的第一端面配合形成有镂空结构以减小所述错位部分的体积。

进一步可选的，所述第一磁桥的宽度和所述第二磁桥相同，所述第一磁桥的宽度L₅为所述励磁部分的长度L₄的5％-15％。

进一步可选的，所述感应部与所述励磁部分的第一端面平行设置；

所述磁桥的一端与所述感应部连接，所述磁桥的另一端与所述励磁部分的第一端面连接；其中所述感应部、所述磁桥和所述励磁部分的第一端面配合形成工型结构以减小所述错位部分的体积。

进一步可选的，所述磁桥的宽度L₇为所述励磁部分的长度L₆的5％-15％。

本发明第二方面公开了一种电机转子，所述电机转子包括：

转子；

以及包塑在所述转子外部的多个磁瓦，所述磁瓦采用如上任意一种所述的磁瓦。

本发明第三方面公开了一种电机，所述电机包括如上所述的电机转子。

有益效果：本发明的转子上的磁瓦采用新型结构永磁体结构，能保证定转子错位放置的情况下，极大地减小轴向磁拉力，本发明相对于传统的表贴式永磁体，转子磁拉力减小了40～60％，提高了电机的性能；同时气隙磁密波形不受影响，在保证了轴向磁拉力减小的情况下，电机的其他性能不受影响。该永磁体结构简单，生产成本低，相比原有永磁体有性能优势，大大提高了电机的性比，提高了市场竞争力。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中定转子错位放置示意图；

图2示出了传统的表贴式永磁体结构图；

图3示出了传统的永磁体转子轴向磁拉力仿真结果图；

图4示出了本发明一实施例的“Z”型永磁体结构图；

图5示出了本发明一实施例的两块“Z”型永磁体配合图；

图6示出了本发明一实施例的“Z”型永磁体配合成圆图；

图7示出了本发明一实施例的应用“Z”型永磁体转子轴向磁拉力仿真结果图；

图8示出了本发明一实施例的“回”型永磁体结构图；

图9示出了本发明一实施例的“回”型永磁体配合成圆图；

图10示出了本发明一实施例的应用“回”型永磁体转子轴向磁拉力仿真结果图；

图11示出了本发明一实施例的“工”型永磁体结构图；

图12示出了本发明一实施例的“工”型永磁体配合成圆图；

图13示出了本发明一实施例的应用“工”型永磁体转子轴向磁拉力仿真结果图；

图14示出了本发明的不同结构永磁体轴向磁拉力对比曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。

目前传统的表贴式永磁体结构如图1-图3所示，与转子铁芯制作成包塑转子，用于内置有感控制，电机包括：定子铁芯1、转子铁芯2、控制板3，考虑到感应元件的所需的感应距离，将定转子错位放置，使磁瓦尽可能地靠近感应元件，这使转子不可避免地承受轴向磁拉力的影响。通过实际模型错位放置仿真轴向磁拉力结果如图3，其转子承受单边磁拉力为15N。轴向磁拉力的存在，轴向磁拉力的波动，使电机在运行时振动加剧，产生噪音，降低了电机的性能，同时轴向磁拉力的存在，使得电机的波垫处于长期受力状态，这影响了电机的性能和使用寿命。本发明通过改进转子是上的永磁体结构，提供了形状呈“Z”型、“回”型或“工”型的多种磁瓦；该磁瓦使得同一片永磁体分为两部分，一部分与定子气隙配合，形成励磁回路；一部分与相邻永磁体配合同时配合控制器的位置感应元件，感应转子位置，降低磁拉力；两者之间通过磁桥连接固定。

为进一步阐述本发明中的技术方案，现结合图4-图14所示，提供了如下具体实施例。

实施例1

在本实施例中提供了一种用于电机的磁瓦，用于转子铁芯和定子铁芯沿转子轴向错位设置的永磁电机。电机包括电机转子和定子，该磁瓦包括：

励磁部分，覆设在转子铁芯的外周面上，与定子气隙配合，形成励磁回路；

错位部分，，形成在所述励磁部分的第一端面，在该端侧错位部分凸出同侧的定子铁芯端面和转子铁芯端面以与所述定子铁芯、转子铁芯形成错位设置，其中错位部分包括：感应部，用于被电机的转子位置感应元件感应；以及磁桥，用于连接感应部与励磁部分以使感应部与励磁部分错开或减小错位部分的体积。

如将永磁体做成“Z”型、“回型”或“工”型等结构的磁瓦，即：将永磁体的相对于定子铁芯不对称部分与气隙的励磁部分沿转子外轮廓方向完全错开，或减少永磁体相对于定子铁芯不对称的部分的永磁材料，降低了定转子不对称放置时转子整体受到轴向磁拉力。进一步，在永磁体外圆弧设计为由三段圆弧组成。定子铁芯与转子铁芯错位放置的距离等于磁瓦相对于定子铁芯不对称的厚度，即感应部的永磁体沿与电机转子轴线平行方向的整体厚度。

在一些可选地方式中，将磁瓦做成“Z”型。此时，感应部为一长条状结构，励磁部分为一板状结构，其中励磁部分与感应部均绕电机转子的周向弯曲设置。该方式是将励磁部分与感应部错开布置。优选地：感应部的第一端51通过磁桥与励磁部分的第一端面A连接，感应部的第二端52绕电机转子周向向远离励磁部分的第一端面的方向延伸设置。在感应部的背向转子位置感应元件的一侧形成有感应部第一侧面，其中感应部第一侧面与励磁部分的第一端面A平行设置。需要说明的是，呈“Z”型的永磁体的两部分相互完全错开，如图4所示的感应部5和励磁部分4构成“Z”的上下两条杠；两部分中间通过磁桥6连接，如图4所示，构成“Z”中间的连接部分；三部分共同构成类似“Z”型结构。

具体的：该磁瓦为“Z”型表贴式永磁体结构，其结构如图4所示，一片磁瓦分为两部分，励磁部分4是磁瓦在气隙中的励磁部分，感应部5是磁瓦不对称部分，其高度可以设置为永磁体相对于定子铁芯不对称的部分L₁，磁桥6连接励磁部分4和感应部5，磁桥6的宽度L3考虑到结构强度和避免不对称的永磁体部分增多而增加转子的轴向磁拉力，一般磁桥的宽度L3设计为励磁部分的宽度L2(即：永磁体径向厚度)的30％-50％；本实施例中的“Z”型永磁体配合关系如图5所示，a和b两块“Z”型永磁体配合，a与b充磁方向不同，a5放在b4的上方，两者之间有相互磁拉力，b5放在下一块永磁体的励磁部分4上方，以此类推，该永磁体结构与相邻永磁体配合成一圆如图6所示，气隙磁密波形不受影响，内置控制板的感应元件能正常感应转子位置，电机性能影响不大。通过实际模型错位放置仿真轴向磁拉力结果如图7所示，其轴向磁拉力为6N；与应用传统的永磁体在相同模型下产生的轴向磁拉力曲线对比如图14所示，相比于原有永磁体轴向磁拉力减小60％，改善效果明显，同时，在图7中也可以看出磁拉力波动也有所减小。

在一些可选地方式中，将磁瓦做成“回”型结构。该感应部5与励磁部分4的第一端面平行设置；磁桥包括：第一磁桥91，用于连接磁桥的第一端与励磁部分的第一端面；以及第二磁桥92，用于连接磁桥的第二端与励磁部分的第一端面A，如图8所示。其中：该感应部5、第一磁桥91、第二磁桥92和励磁部分的第一端面A配合形成有镂空结构以减小所述错位部分的体积。该镂空结构可以为矩形口或圆形口或其他形状的通口，当采用矩形口时，即形成回型结构的回型口。

具体的，在将磁瓦做成“回”型结构永磁体时，如图8所示，一片永磁体分为两部分，图中励磁部分8是磁瓦在气隙中的励磁部分；感应部7是永磁体配合控制器的位置感应元件部分，同时为了能引起位置传感器霍尔元件的反应，感应部7的永磁体厚度(即对应为与励磁部分的第一端面相垂直的方向上为感应部的厚度)应该控制在能够产生的磁密大于15Gs的厚度范围；第一磁桥91和第二磁桥92分别连接感应部7和励磁部分8，优选：第一磁桥的宽度和所述第二磁桥相同。第一磁桥91的宽度和第二磁桥92的宽度均为L₅，该宽度L₅考虑到结构强度和避免不对称的永磁体部分增多而增加转子的轴向磁拉力，应该设置为励磁部分的长度L₄(即：永磁体圆周方向长度)的10％；该永磁体结构与多块相同结构永磁体配合成圆如图9所示，气隙磁密波形不受影响，内置控制板的感应元件能正常感应转子位置，电机性能影响不大。通过实际模型错位放置，进行电磁场仿真轴向磁拉力结果如图10所示，其轴向磁拉力为9N左右，与应用传统的永磁体在相同模型下产生的轴向磁拉力曲线对比如图14所示，在相同扭矩、相同转速下轴向磁拉力仿真对比相比于原有永磁体轴向磁拉力减小40％，相对第一种实施方式的轴向磁拉力的降幅略有下降，但总体来说改善效果明显。

在一些可选地方式中，将磁瓦做成“工”型结构。感应部与励磁部分的第一端面平行设置；磁桥的一端与感应部连接，磁桥的另一端与励磁部分的第一端面连接；其中感应部、磁桥和励磁部分的第一端面配合形成工型结构以减小错位部分的体积。优选地：磁桥的宽度L₇为励磁部分的长度L₆的5％-15％。

具体的：本实施例中的磁瓦为降低轴向磁拉力采用“工”型永磁体，结构如图11所示，一片磁瓦分为两部分，图中励磁部分11是磁瓦在气隙中的励磁部分；感应部10是永磁体配合控制器的位置感应元件部分，同时为了能引起位置传感器霍尔元件的反应，感应部10的永磁体厚度(即对应为与励磁部分的第一端面相垂直的方向上为感应部的厚度)应该控制能够产生的磁密大于15Gs的厚度范围；磁桥12连接感应部10和励磁部分11，磁桥12的宽度L₇考虑到结构强度和避免不对称的永磁体部分增多而增加转子的轴向磁拉力，应该设置为励磁部分的长度L₆(即永磁体圆周方向长度)的10％；该永磁体结构与多块相同结构永磁体配合成圆如图12所示，气隙磁密波形不受影响，内置控制板的感应元件能正常感应转子位置，电机性能影响不大。通过实际模型错位放置，进行电磁场仿真轴向磁拉力结果如图13所示，其轴向磁拉力为9N左右，与应用传统的永磁体在相同模型下产生的轴向磁拉力曲线对比如图14所示，相比于原有永磁体轴向磁拉力减小40％，与第二种实施方式的轴向磁拉力降幅相当，相对第一种实施方式的轴向磁拉力降幅略有下降，但总体来说改善效果明显。

需要说明的是，呈“回”型或“工”型的永磁体相对于定子铁芯不对称的端部部分，按照实际情况挖空多余的永磁材料，保证控制板上的位置感应元件能够感应的情况下，通过磁桥连接多块此种结构的永磁体配合可与转子铁芯制作成包塑转子。其中“回”型永磁体结构，永磁体是在永磁体相对于定子铁芯不对称部分的中间挖一个矩形孔，如图8所示，挖了矩形孔之后的永磁体形成类似“回”型结构；“工”型永磁体结构，永磁体是在永磁体相对于定子铁芯不对称部分两侧相等地挖空处理，只留下中间一条磁桥连接上下两部分，如图11所示，感应部10和励磁部分11为上下两部分，磁桥12连接两部分，图11中的三部分共同构成类似“工”型结构。

实施例2

在本实施例中提供了一种电机转子，该电机转子包括：转子；以及包塑在转子外部的多个磁瓦，磁瓦采用上述任意一种磁瓦。即由上述任一种“Z”型、“回”型或“工”型永磁体结构(磁瓦)合围成圆将转子包塑起来。需要说明的是，每一块磁瓦的占比依据实际的磁极方案来确定(即每一块磁瓦的占比是按照电机实际的磁极8P、10P......方案来确定)；这种结构实现了定转子铁芯错位放置后，本发明的永磁体结构相比于现有的永磁体结构，轴向磁拉力大幅降低，效果明显。在电机其他性能影响不大情况下，改善了噪音，增加了电机的使用寿命。

实施例3

在本实施例中提供了一种电机，该电机包括上述电机转子或磁瓦。由于电机的定转子采用不对称放置，本实施例中电机转子的永磁体采用“Z”型、“回”型或“工”型结构，利用多片相同结构的永磁体包塑成转子，能极大地减小轴向磁拉力大小，解决了电机转子轴向磁拉力影响使轴承和波垫长期处于受力，电机的性能和寿命受到严重影响的问题。

本发明的永磁体采用的“Z”型、“回”型或“工”型结构，永磁体相对于定子铁芯不对称的部分与气隙的励磁部分的外轮廓都采用相同的三段弧结构，解决了电机转矩和磁拉力脉动过大的问题。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (13)

1.一种磁瓦，用于转子铁芯和定子铁芯沿转子轴向错位设置的永磁电机，其特征在于，所述磁瓦包括：

励磁部分，覆设在转子铁芯的外周面上，与定子气隙配合，形成励磁回路；

错位部分，形成在所述励磁部分的第一端面，该错位部分凸出同侧的定子铁芯端面和转子铁芯端面与所述定子铁芯、转子铁芯形成错位设置；

所述错位部分包括：感应部，用于被所述电机的转子位置感应元件感应；以及磁桥，用于连接所述感应部与所述励磁部分。

2.根据权利要求1所述的磁瓦，其特征在于，所述感应部为长条状结构；所述励磁部分为一板状结构，且所述励磁部分与所述感应部在所述电机转子的周向方向形成弯曲设置，定子铁芯与转子铁芯错位放置的距离等于磁瓦相对于定子铁芯不对称的厚度。

3.根据权利要求2所述的磁瓦，其特征在于，励磁部分与所述感应部错开布置，

其中所述感应部的第一端通过所述磁桥与所述励磁部分的第一端面连接，所述感应部的第二端绕所述电机转子周向向远离所述励磁部分的第一端面的方向延伸设置。

4.根据权利要求3所述的磁瓦，其特征在于，所述感应部的背向所述转子位置感应元件的一侧形成有感应部第一侧面，

其中所述感应部第一侧面与所述励磁部分的第一端面平行设置。

5.根据权利要求4所述的磁瓦，其特征在于，所述磁桥的宽度为所述励磁部分的宽度的30％-50％。

6.根据权利要求1所述的磁瓦，其特征在于，

所述感应部与所述励磁部分的第一端面平行设置；

所述磁桥包括：第一磁桥，用于连接所述感应部的第一端与所述励磁部分的第一端面；第二磁桥，用于连接所述感应部的第二端与所述励磁部分的第一端面。

7.根据权利要求6所述的磁瓦，其特征在于，所述感应部、所述第一磁桥、所述第二磁桥和所述励磁部分的第一端面配合形成有镂空结构以减小所述错位部分的体积。

8.根据权利要求6所述的磁瓦，其特征在于，所述第一磁桥的宽度和所述第二磁桥的宽度相同，所述第一磁桥的宽度为所述励磁部分的长度的5％-15％。

9.根据权利要求1所述的磁瓦，其特征在于，所述感应部与所述励磁部分的第一端面平行设置；

所述磁桥的一端与所述感应部连接，所述磁桥的另一端与所述励磁部分的第一端面连接；其中所述感应部、所述磁桥和所述励磁部分的第一端面配合形成工型结构以减小所述错位部分的体积。

10.根据权利要求9所述的磁瓦，其特征在于，所述磁桥的宽度为所述励磁部分的长度的5％-15％。

11.一种表贴式永磁体，其特征在于：其由多个权利要求1-10任一项所述的磁瓦周向连接形成。

12.一种永磁电机转子，其特征在于，所述电机转子包括：

转子铁芯；

以及包塑在所述转子外部的多个磁瓦，所述磁瓦采用权利要求1-10中任意一项所述的磁瓦。

13.一种永磁电机，其特征在于，所述永磁电机包括权利要求12中所述的电机转子。

Images