一種高功率密度的永磁電機轉子結構及應用其的電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率密度的永磁電機轉子結構及應用其的電機，該轉子結構包括轉子外殼、轉子勵磁磁鋼、磁楔；設于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。由于磁楔具有較高的機械強度，尺寸也可以進行加工控制的很精密，因而，其在安裝到轉子上后，也可以對轉子勵磁磁鋼進行支撐作用，加強轉子的機械強度。另外，在使用時，由于兩個轉子勵磁磁鋼之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現象得到緩解，轉子勵磁磁鋼產生的磁場能力得到加強。
【專利說明】
一種高功率密度的永磁電機轉子結構及應用其的電機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機轉子【技術領域】，具體地講，是一種高功率密度的永磁電機轉子結構及應用其的電機。

【背景技術】
[0002]電機是指依據電磁定律實現機電能轉換的一種電磁裝置。永磁同步電機(PMSM)，因為其功率密度和電機效率較高，因而在現代工業(yè)和家用產品中發(fā)揮越來越重要的作用。為了提高電機的功率密度，轉子的磁鋼需要采用像釹鐵硼這樣的高磁能量永磁材料做成。電機轉子鐵芯的磁飽和現象也就比較明顯。
[0003]在圖1、2顯示了一個具有外轉子的永磁同步電機(PMSM)的基本結構，其包括轉子外殼P、轉子勵磁磁鋼2'、定子鐵芯3'及纏繞在定子鐵芯3'上的電樞繞組4'。圖3顯示的是該電機的電磁結構，轉子勵磁磁鋼2 '的N極和S極交替安裝于轉子外殼I '上。由于體積和重量的限制，電機轉子外殼P不能夠做得較厚。
[0004]從圖4中可以看到，當作為轉子軛部的轉子外殼I '較薄時，其磁飽和的現象會比較嚴重。而轉子軛部的磁飽和必然限制了磁鋼產生有效磁場的能力。但對許多永磁同步電機，為了降低電機的重量，轉子的外殼必須做得很薄。另外，在圖4中還可以看出，轉子外殼
3’磁飽和最為嚴重的地方位于一對N極和S極的勵磁磁鋼2 ’的中間部位。
[0005]要實現高功率密度和高效率的永磁同步電機(PMSM)，必須能夠充分利用電機轉子的勵磁磁鋼產生磁場的能力。當使用了像釹鐵硼這樣高磁能材料，轉子磁軛的磁飽和的程度比較嚴重。這使得勵磁磁鋼的性能無法得到充分發(fā)揮，電機的功率密度受到限制，電機效率無法充分提高。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高功率密度的永磁電機轉子結構及應用其的電機，其可克服上述缺陷，充分發(fā)揮勵磁磁鋼產生勵磁磁場的能力；提高永磁同步電機的功率山/又O
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0008]一種高功率密度的永磁電機轉子結構，其包括轉子外殼、轉子勵磁磁鋼，其還進一步包括有磁楔；設于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。磁楔和轉子外殼內表面面接觸以共同形成轉子磁軛，因而使得轉子的磁楔的厚度得到增加。
[0009]上述的磁楔采用鐵磁材料制作而成。
[0010]上述的磁楔為一組，是采用電工鋼這樣的鐵磁材料分體成形。
[0011]優(yōu)選地，上述的磁楔，包括圓環(huán)及固設于圓環(huán)上的一組豎桿，所述的該組豎桿位于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0012]優(yōu)選地，上述的磁楔成形為筒狀體，所述的筒狀體的筒壁上均勻設置有可容置轉子勵磁磁鋼的槽；所述的轉子勵磁磁鋼均勻裝設在所述的槽中，各個槽之間的桿位于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0013]優(yōu)選地，上述的磁楔為設有兩個對稱的斜面的磁鋼磁楔，所述的兩斜面各成形為α角，所述的α角大于零；所述的磁鋼磁楔通過所述的兩斜面和所述的轉子勵磁磁鋼的一對極相接。
[0014]上述有磁楔采用永久磁鋼制作而成。
[0015]優(yōu)選地，上述的磁楔還包括有鐵磁磁楔，所述的磁鋼磁楔與鐵磁磁楔依次間隔設于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0016]一種永磁同步電機，其包括上述的電機轉子結構及定子結構，所述的定子結構包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的電樞繞組。
[0017]采用上述技術方案后，由于磁楔是由象電工鋼這樣的材料制成，具有較高的機械強度，尺寸也可以進行加工控制的很精密，因而，其在安裝到轉子上后，也可以對轉子勵磁磁鋼進行支撐作用，加強轉子的機械強度。另外，在使用時，由于兩個轉子勵磁磁鋼之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現象得到緩解，轉子勵磁磁鋼產生的磁場能力得到加強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現有永磁同步電機的立體結構示意圖；
[0019]圖2為現有永磁同步電機的組合示意圖；
[0020]圖3為現有永磁同步電機的電磁結構示意圖；
[0021 ] 圖4為現有永磁同步電機的磁場分布情況；
[0022]圖5為本發(fā)明轉子結構實施例一的立體結構示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明轉子結構實例例一的平面結構示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明同步電機實施例一的立體結構示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明同步電機實施例一的平面結構示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明實施例一的同步電機的磁場分布圖；
[0027]圖10為本發(fā)明同步電機實施例二的立體結構示意圖；
[0028]圖11為本發(fā)明同步電機實施例三的立體結構示意圖；
[0029]圖12為本發(fā)明同步電機實施例四的結構示意圖；
[0030]圖13為本發(fā)明同步電機實施例四的磁楔的充磁方向和勵磁磁鋼的充磁方向以及主磁場回路不意圖；
[0031]圖14為本發(fā)明同步電機實施例四的磁場分布圖；
[0032]圖15為本發(fā)明同步電機實施例五的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0034]實施例一:
[0035]參考圖5、6所示，本發(fā)明公開了一種高功率密度的電機轉子結構，其包括轉子外殼1、轉子勵磁磁鋼2、磁楔5,其中:
[0036]磁楔3是用鐵磁性材料制作而成，其設為一組，分別設于轉子勵磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。在具體實施時，磁楔5可以用電工鋼這樣的鐵磁材料制作而成，另外，磁楔5是采用分體式的，一個個成形的。用電工鋼這樣的鐵磁性材料來制造磁楔5后，其機械強度很高，尺寸可以進行加工控制的很精密，因而，鐵磁材料所制成的磁楔5，在安裝到轉子上后，也可以對轉子勵磁磁鋼2進行支撐作用，加強轉子的機械強度。
[0037]參考圖9所示，在使用時，由于兩個轉子勵磁磁鋼2之間的磁軛部分的厚度得到增力口，磁飽和的現象得到緩解，轉子勵磁磁鋼2產生的磁場能力得到加強。
[0038]參考圖7、8所示，本發(fā)明還公開了一種應用上述轉子結構的永磁同步電機，其包括轉子外殼1、轉子勵磁磁鋼2、定子鐵芯3、電樞繞組4及磁楔5，其中:
[0039]電樞繞組4纏繞在定子鐵芯3上的。
[0040]同樣參考圖9，由于磁楔3是用鐵磁性材料制作而成，因此，其不僅具有機械支撐作用，使整個電機的轉子強度得到加強；而且，使兩個轉子勵磁磁鋼2之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現象得到緩解，使轉子勵磁磁鋼2產生的磁場能力得到加強。
[0041]實施例二:
[0042]參考圖10所示，其為本發(fā)明的永磁同步電機實施例二的結構示意圖，與實施例一相比，其不同之處在于:
[0043]在本實施例中，磁楔5，包括一圓環(huán)51及設于圓環(huán)51上的一組豎桿52，在本實施例中，該豎桿52與圓環(huán)51 —體成形,使用時,豎桿52位于轉子勵磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。
[0044]—體化設計，使裝配精度更好控制，裝配更為方便。且更好的加強轉子的機械強度。
[0045]實施例三:
[0046]參考圖11所示，其為本發(fā)明永磁同步電機的實施例三的結構示意圖，與實施例一相比，其不同之處在于:
[0047]在本實施例中，磁楔5,其成形為筒狀體,該筒狀體的筒壁上均勻設置有可容置轉子勵磁磁鋼2的槽53。使用時，轉子勵磁磁鋼2均勻裝設在該槽53中，各個槽53之間的桿52位于轉子勵磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。這種磁楔5的結構，不僅增強了轉子外殼I的位于轉子勵磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙的轉子磁軛厚度，同時還增強了轉子外殼I與轉子勵磁磁鋼2相接觸位置的厚度。因此，其不僅具有機械支撐作用，使整個電機的轉子強度得到加強；而且，使整個轉子磁軛的厚度得到增加，磁飽和的現象得到緩解，使轉子勵磁磁鋼2產生的磁場能力得到加強。
[0048]實施例四:
[0049]參考圖12所示，其為本發(fā)明永磁同步電機的實施例四的結構示意圖，與實施例一相比，其不同之處在于:
[0050]在本實施例中,磁楔5是采用高性能永久磁鋼制作而成。且磁楔5設有兩個對稱的斜面54,該斜面54成形為α角，該α角大于零。在裝配時,磁楔5通過這兩個斜面54和轉子勵磁磁鋼2的一對極相接。參考圖13所示，在安裝到轉子外殼I的磁軛后，磁楔5的充磁方向和轉子勵磁磁鋼2的不同，兩者接近垂直。磁楔5的充磁方向與轉子勵磁磁鋼2的接觸面能夠使得勵磁磁鋼所產生的一部分磁場從磁楔5中走過，從而減緩轉子磁軛的磁飽和現象；另外，磁楔5的磁場方向和轉子勵磁磁鋼2的磁場方向能夠形成磁場回路，見圖13的磁回路61。因此，磁楔5能夠加強電機氣隙的磁場，從而提高電機的功率密度及電機的效率。參考圖14所示，從中可以看出，轉子勵磁磁鋼2所產生的一部分磁場從磁楔5中通過，因而減輕了轉子磁軛的飽和程度。
[0051]實施例五:
[0052]參考圖15所示，其為本發(fā)明永磁同步電機的實施例五的結構示意圖，與實施例四相比，其不同之處在于:
[0053]在本實施例中，磁楔5包括磁鋼磁楔55和鐵磁磁楔56，該磁鋼磁楔55與實施例四中的磁楔5結構相同，具有對稱的斜面551、552，磁鋼磁楔55通過兩斜面551、552與轉子勵磁磁鋼2的一對極相接。磁鋼磁楔55與鐵磁磁楔56依次間隔設于轉子勵磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。
[0054]將該結構的磁楔5安裝到轉子的磁軛后，磁鋼磁楔55的充磁方向和轉子勵磁磁鋼2不同，兩者接近垂直。磁鋼磁楔55的充磁方向和與轉子勵磁磁鋼2的接觸面能夠使得轉子勵磁磁鋼2所產生的一部分磁場從磁楔磁鋼中走過。這種結構，一方面，可以改善轉子磁軛的磁飽和程度，并且增加電機的功率密度。另一方面，由于采用鐵磁材料制成磁楔，磁鋼得到支撐，轉子的機械強度得到增強。再者，采用混合磁楔的轉子，可以實現高功率密度的電機并且改進電機的效率。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種高功率密度的永磁電機轉子結構，其包括轉子外殼、轉子勵磁磁鋼，其特征在于:其還進一步包括有磁楔；設于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
2.如權利要求1所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔采用鐵磁材料制作而成。
3.如權利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔為一組，是采用鐵磁材料分體成形。
4.如權利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔，包括圓環(huán)及固設于圓環(huán)上的一組豎桿，所述的該組豎桿位于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中，并且和轉子外殼內表面有面接觸，以共同組成轉子的磁軛。
5.如權利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔成形為筒狀體，所述的筒狀體的筒壁上均勻設置有可容置轉子勵磁磁鋼的槽；所述的轉子勵磁磁鋼均勻裝設在所述的槽中，各個槽之間的桿位于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中；磁楔所形成的圓筒和轉子外殼內表面面接觸，以共同組成轉子的磁軛。
6.如權利要求1所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔為設有兩個對稱的斜面的磁鋼磁楔，所述的兩斜面各成形為α角，所述的α角大于零；所述的磁鋼磁楔通過所述的兩斜面和所述的轉子勵磁磁鋼的一對極相接。
7.如權利要求6所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述有磁楔采用永久磁鋼制作而成。
8.如權利要求6所述的高功率密度的永磁電機轉子結構，其特征在于:所述的磁楔還包括有鐵磁磁楔，所述的磁鋼磁楔與鐵磁磁楔依次間隔設于所述的轉子勵磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
9.一種永磁同步電機，其特征在于:其包括權利要求1-8任一所述的電機轉子結構及定子結構，所述的定子結構包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的電樞繞組。
【文檔編號】H02K21/12GK104426265SQ201310411199
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】畢磊 申請人:峰岹科技（深圳）有限公司