CN114938090A - 一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体公开了一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机。本发明提供的磁极内置式的轴向磁通电机转子，在转子铁芯上交替间隔设置第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽内设置第一永磁体，第二永磁体槽内设置第二永磁体，第一永磁体的磁化方向与转子铁芯的轴向相同，第二永磁体的磁化方向垂直于转子铁芯的轴向，第一永磁体产生磁性凹陷，第二永磁体产生磁性凸起，磁阻转矩为第一永磁体和第二永磁体的磁通量产生的差值，进而形成凸极比，且采用该结构可以减少漏磁，增大磁阻转矩，进而改善了电机的功率因数，提高了磁钢利用率；此外，转子铁芯上设置一层永磁体，有效减小了电机转子的轴向尺寸。

Description

一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机。

背景技术

随着新能源汽车技术的快速发展，对于车用驱动电机的性能要求越来越高，性能的增加必然会导致驱动电机体积的增加，但是新能源汽车的轴向空间尺寸十分有限，导致驱动电机的性能和体积的矛盾日益突出。轴向磁通电机由于采用轴向磁场设计，相较于传统径向磁场电机其轴向尺寸短、转矩密度大、重量轻、效率高，更加符合新能源汽车的轴向空间尺寸要求。

轴向磁通电机转子通常采用两种类型：磁极表贴式和磁极内置式。目前的轴向磁通电机转子多采用磁极表贴式，交、直轴磁阻近似相等，弱磁调速能力较差，在高速运行时需要承受较大的去磁电流，存在极大的磁极退磁风险，而且功率因数和效率较低。采用内置磁极的轴向磁通电机转子，交、直轴磁阻不同，弱磁调速能力强。

目前传统内置磁极的轴向磁通电机转子，采用普通的单层或多层磁极内置式结构，但是现有技术中的单层磁极内置式结构聚磁能力不强且凸极效应不明显，多层磁极内置式结构永磁体用量大且增加了轴向尺寸。

因此，亟需提供一种磁极内置式的轴向磁通电机转子以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机，解决了目前单层磁极内置式结构聚磁能力不强且凸极效应不明显，多层磁极内置式结构永磁体用量大且轴向尺寸大的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种磁极内置式的轴向磁通电机转子，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯上设有第一永磁体槽和第二永磁体槽，且所述第一永磁体槽和所述第二永磁体槽沿所述转子铁芯的周向交替等间隔设置，所述第一永磁体槽的长度沿所述转子铁芯周向延伸，所述第二永磁体槽的长度沿所述转子铁芯的轴向延伸；

第一永磁体，设置于所述第一永磁体槽内，相邻的两个所述第一永磁体的充磁方向相反，所述第一永磁体的磁化方向与所述转子铁芯的轴向相同；

第二永磁体，设置于所述第二永磁体槽内，所述第二永磁体朝向所述第一永磁体的侧面的磁极与所述第一永磁体朝向所述转子铁芯外侧面的端面的磁极相同，所述第二永磁体的磁化方向垂直于所述转子铁芯的轴向。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第一永磁体槽沿所述转子铁芯的径向由所述转子铁芯的内侧面向外侧面的内径逐渐变大，所述第一永磁体槽沿所述转子铁芯轴向的内径不变。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第二永磁体槽沿所述转子铁芯的径向由所述转子铁芯的内侧面向外侧面的内径不变，所述第二永磁体槽沿所述转子铁芯轴向的内径不变。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第一永磁体槽的两侧均设有第一隔磁桥，两个所述第一隔磁桥在所述转子铁芯轴向的尺寸相同。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第二永磁体槽的两侧均设有第二隔磁桥，两个所述第二隔磁桥在所述转子铁芯轴向的尺寸相同。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第一永磁体的两端与所述转子铁芯的内侧面和外侧面均间隔设置。

作为上述的磁极内置式的轴向磁通电机转子的一种优选技术方案，所述第二永磁体的两端与所述转子铁芯的内侧面和外侧面均间隔设置。

提供一种电机，包括电机定子及上述任一项所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，所述电机定子的两侧均设有电机转子，所述电机转子固定设置于转子轴上，所述电机定子转动设置于所述转子轴上。

作为上述的电机的一种优选技术方案，所述电机定子包括：

定子绕组总成；

机壳，罩设于所述定子绕组总成的外圈；

机壳内圈，罩设于所述定子绕组总成的内圈；

定子夹板，设置于所述定子绕组总成的两侧，且与所述机壳和所述机壳内圈连接。

作为上述的电机的一种优选技术方案，所述定子夹板的材料为非导磁和非导电材料。

本发明的有益效果：

本发明提供的磁极内置式的轴向磁通电机转子，在转子铁芯上交替间隔设置第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽内设置第一永磁体，第二永磁体槽内设置第二永磁体，第一永磁体的磁化方向与转子铁芯的轴向相同，第二永磁体的磁化方向垂直于转子铁芯的轴向，第一永磁体产生磁性凹陷，第二永磁体产生磁性凸起，磁阻转矩为第一永磁体和第二永磁体的磁通量产生的差值，进而形成凸极比，且采用该结构可以减少漏磁，增大磁阻转矩，进而改善了电机的功率因数，提高了磁钢利用率；此外，转子铁芯上设置一层永磁体，有效减小了电机转子的轴向尺寸，通过内置永磁体，大大降低了磁钢的涡流损耗。

本发明提供的电机，改善了电机的功率因数，提高了磁钢利用率，且电机的轴向尺寸小，电机性能好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电机的局部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电机定子的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的定子绕组总成的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的定子夹板的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电机转子的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的电机转子的***示意图；

图7是本发明实施例提供的第一永磁体槽和第二永磁体槽的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的转子铁芯、第一永磁体和第二永磁体的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的转子铁芯上安装有第一永磁体和第二永磁体的局部结构示意图。

图中：

1、电子转子；2、电机定子；3、转子轴；4、轴承；

11、转子铁芯；12、第一永磁体槽；13、第二永磁体槽；14、第一永磁体；15、第二永磁体；18、转子支架；19、碳纤维护套；

21、定子绕组总成；211、定子绕组；212、定子铁芯；22、机壳；23、机壳内圈；24、定子夹板。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

针对现有技术中，传统内置磁极的轴向磁通电机转子，采用普通的单层或多层磁极内置式结构，存在单层磁极内置式结构聚磁能力不强且凸极效应不明显，多层磁极内置式结构永磁体用量大且增加了轴向尺寸的问题，本实施例提供了一种磁极内置式的轴向磁通电机转子及电机以解决上述问题。

具体地，如图1和图2所示，本实施例提供的电机包括电机定子2和磁极内置式的轴向磁通电机转子，电机定子2的两侧均设有电机转子2，电机转子2固定设置于转子轴3上，电机定子2转动设置于转子轴3上。

电机转子1与电机定子2之间有间隙，电机定子2通过轴承4与转子轴3转动连接。

电机定子2包括定子绕组总成21，定子绕组总成21的外圈罩设有机壳22，定子绕组总成21的内圈罩设有机壳内圈23。定子绕组总成21的两侧设置有定子夹板24，且机壳22和机壳内圈23分别与定子夹板24连接。

如图3和图4所示，定子绕组总成21包括定子铁芯212和定子绕组211，定子铁芯212由薄硅钢片沿周向卷绕而成，卷绕前需要在硅钢片上开设等间距设置的槽，卷绕成型后，形成在环形空间内周向均匀分布的多个定子齿。

定子绕组211为一体化的扁形绕组，在环形空间内沿周向连续编织成型，对应安装于定子铁芯两个的多个定子齿上。

定子铁芯212和定子绕组211组成定子绕组总成21，两个定子夹板24的端面分别朝向左侧和右侧设置，两个定子夹板24之间形成有环形空间，两个定子夹板24上对应设有多个定位槽，定位槽与定子绕组总成21的定子齿的两端对应设置。

在本实施例中，定子夹板24的材料为非导磁和非导电材料。优选地，本实施例中，定子夹板24的材料是PEEK材料、PC材料、亚克力材料或电木板等非导磁和非导电的材料。

如图5-9所示，本实施例提供的磁极内置式的轴向磁通电机转子包括转子铁芯11，转子铁芯11上设有第一永磁体槽12和第二永磁体槽13，且第一永磁体槽12和第二永磁体槽13沿转子铁芯11的周向交替等间隔设置，第一永磁体槽12的长度沿转子铁芯11周向延伸，第二永磁体槽13的长度沿转子铁芯11的轴向延伸。第一永磁体槽12内设有第一永磁体14，相邻的两个第一永磁体14的充磁方向相反，第一永磁体14的磁化方向与转子铁芯11的轴向相同。第二永磁体槽13内设有第二永磁体15，第二永磁体15朝向第一永磁体14的侧面的磁极与第一永磁体14朝向转子铁芯11外侧面的端面的磁极相同，第二永磁体15的磁化方向垂直于转子铁芯11的轴向。

示例性的，其中一个第一永磁体14朝向转子铁芯11外侧面的磁极为S极，朝向转子铁芯11内侧面的磁极为N极，与该第一永磁体14相邻的第一永磁体14朝向转子铁芯11外侧面的磁极为N极，朝向转子铁芯11内侧面的磁极为S极。第一永磁体14与第二永磁体15交替排布，第二永磁体15朝向第一永磁体14的侧面的磁极与该第一永磁体14朝向转子铁芯11外侧面的一端的磁极相同，即第二永磁体15朝向第一永磁体14的侧面的磁极为N极，第一永磁体14朝向转子铁芯11外侧面的一端的磁极为N极，依此排布。

本实施例提供的磁极内置式的轴向磁通电机转子，在转子铁芯11上交替间隔设置第一永磁体槽12和第二永磁体槽13，第一永磁体槽12内设置第一永磁体14，第二永磁体槽13内设置第二永磁体15，第一永磁体14的磁化方向与转子铁芯11的轴向相同，第二永磁体15的磁化方向垂直于转子铁芯11的轴向，第一永磁体14产生磁性凹陷，第二永磁体15产生磁性凸起，磁阻转矩为第一永磁体14和第二永磁体15的磁通量产生的差值，进而形成凸极比，且采用该结构可以减少漏磁，增大磁阻转矩，进而改善了电机的功率因数，提高了磁钢利用率；此外，转子铁芯11上设置一层永磁体，有效减小了电机转子的轴向尺寸，通过内置永磁体，大大降低了磁钢的涡流损耗。

具体地，电机的转矩用永磁转矩和磁阻转矩的和表示，永磁转矩由永磁体的磁通和通电的电力的乘积得出，磁阻转矩由第一永磁体14的电感和第二永磁体15的电感的差异而得出。由于设置在电机转子1中的永磁体的导磁率与空气相近，所以第一永磁体14的磁性凹陷，第二永磁体15的磁性凸起，因此，第二永磁体15被称为凸极。磁阻转矩为第一永磁体14和第二永磁体15的磁通量产生的差值，进而形成凸极比。

在本实施例中，转子铁芯11由硅钢片轴向卷绕而成，硅钢片为条状薄硅钢片，方便卷绕成型，也便于开槽。本实施例中，需要在硅钢片上等间距冲压两种槽，在多个硅钢片卷绕成型后形成转子铁芯11，转子铁芯11上沿周向交替分布第一永磁体槽12和第二永磁体槽13。

第一永磁体槽12沿转子铁芯11的径向由转子铁芯11的内侧面向外侧面的内径逐渐变大，第一永磁体槽12沿转子铁芯11轴向的内径不变，以适应第一永磁体14的安装。

第二永磁体槽13沿转子铁芯11的径向由转子铁芯11的内侧面向外侧面的内径不变，第二永磁体槽13沿转子铁芯11轴向的内径不变，以适应第二永磁体15的安装。

第一永磁体槽12的两侧均设有第一隔磁桥，两个第一隔磁桥在转子铁芯11的轴向的尺寸相同，以提高转子铁芯11的结构强度，并且不影响电机转子1的性能。

第二永磁体槽13的两侧均设有第二隔磁桥，两个第二隔磁桥在转子铁芯11的轴向的尺寸相同，以提高转子铁芯11的结构强度，并且不影响电机转子1的性能。

第一永磁体14插接于第一永磁体槽12内，第一永磁体14的两端与转子铁芯11的内侧面和外侧面均间隔设置，以形成弧形空气槽。弧形空气槽形成了平面磁隙，增大了沿转子铁芯11的轴向通过第一永磁体14的磁阻，使得沿转子铁芯11的轴向通过第一永磁体14的磁性更加凹陷，进而增大磁阻转矩。第一永磁体14的两端与转子铁芯11的内侧面和外侧面的间隙越小越好，可以有效减少漏磁，但是具体的间隙的大小在此不作具体限定。

第二永磁体15插接于第二永磁体槽13内，第二永磁体15的两端与转子铁芯11的内侧面和外侧面均间隔设置。第二永磁体15的两端与转子铁芯11的内侧面和外侧面的间隙越小越好，可以有效减少漏磁，但是具体的间隙的大小在此不作具体限定。

在本实施例中，电机空载时的感应电压与永磁体的磁通存在比例关系，永磁体的磁通越大，空载时的感应电压越高。在本实施例中，通过设置弧形空气槽形成平面形磁隙，永磁转矩和空载时的感应电压降低。虽然永磁转矩降低，但通过磁阻转矩的增加，整体上能够抑制电机转矩的下降。这样，能够抑制空载时的感应电压并且提高电机转矩。

在本实施例中，在转子铁芯11上设置第一永磁体14，第一永磁14的两端与转子铁芯11的外表面和内表面间隔设置，抑制了电机空载感应电压并且提高了电机转矩，提高了电机功率因数。电机转子1内置一层永磁体，有效减小了转子轴3向长度，通过内置永磁体，大大降低了磁钢的涡流损耗。

转子铁芯11的一侧还设有转子支架18，另一侧套设有碳纤维护套19。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，包括：

转子铁芯(11)，所述转子铁芯(11)上设有第一永磁体槽(12)和第二永磁体槽(13)，且所述第一永磁体槽(12)和所述第二永磁体槽(13)沿所述转子铁芯(11)的周向交替等间隔设置，所述第一永磁体槽(12)的长度沿所述转子铁芯(11)周向延伸，所述第二永磁体槽(13)的长度沿所述转子铁芯(11)的轴向延伸；

第一永磁体(14)，设置于所述第一永磁体槽(12)内，相邻的两个所述第一永磁体(14)的充磁方向相反，所述第一永磁体(14)的磁化方向与所述转子铁芯(11)的轴向相同；

第二永磁体(15)，设置于所述第二永磁体槽(13)内，所述第二永磁体(15)朝向所述第一永磁体(14)的侧面的磁极与所述第一永磁体(14)朝向所述转子铁芯(11)外侧面的端面的磁极相同，所述第二永磁体(15)的磁化方向垂直于所述转子铁芯(11)的轴向。

2.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第一永磁体槽(12)沿所述转子铁芯(11)的径向由所述转子铁芯(11)的内侧面向外侧面的内径逐渐变大，所述第一永磁体槽(12)沿所述转子铁芯(11)轴向的内径不变。

3.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第二永磁体槽(13)沿所述转子铁芯(11)的径向由所述转子铁芯(11)的内侧面向外侧面的内径不变，所述第二永磁体槽(13)沿所述转子铁芯(11)轴向的内径不变。

4.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第一永磁体槽(12)的两侧均设有第一隔磁桥，两个所述第一隔磁桥在所述转子铁芯(11)轴向的尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第二永磁体槽(13)的两侧均设有第二隔磁桥，两个所述第二隔磁桥在所述转子铁芯(11)轴向的尺寸相同。

6.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(14)的两端与所述转子铁芯(11)的内侧面和外侧面均间隔设置。

7.根据权利要求1所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，其特征在于，所述第二永磁体(15)的两端与所述转子铁芯(11)的内侧面和外侧面均间隔设置。

8.一种电机，其特征在于，包括电机定子(2)及权利要求1-7任一项所述的磁极内置式的轴向磁通电机转子，所述电机定子(2)的两侧均设有电机转子(1)，所述电机转子(1)固定设置于转子轴(3)上，所述电机定子(2)转动设置于所述转子轴(3)上。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电机定子(2)包括：

定子绕组总成(21)；

机壳(22)，罩设于所述定子绕组总成(21)的外圈；

机壳内圈(23)，罩设于所述定子绕组总成(21)的内圈；

定子夹板(24)，设置于所述定子绕组总成(21)的两侧，且与所述机壳(22)和所述机壳内圈(23)连接。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述定子夹板(24)的材料为非导磁和非导电材料。

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