本發(fā)明涉及電機領域，具體地，涉及一種永磁同步電機的轉子組件以及具有該轉子的永磁同步電機。

背景技術：

永磁同步電機具有損耗少、效率高、節(jié)電效果明顯的優(yōu)點。永磁同步電機以永磁體提供勵磁，使電機結構較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去了容易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電機運行的可靠性；又因無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電機的效率和功率密度，因而它是近幾年研究較多并在各個領域中應用越來越廣泛的一種電動機。在節(jié)約能源和環(huán)境保護日益受到重視的今天，對其研究就顯得非常必要。

如圖1所示，其示出了現有技術的永磁同步電機的轉子組件的橫截面剖視圖。轉子組件包括：轉軸1、轉子軛部2”以及環(huán)形磁鐵3”。轉子軛部2”設置于轉軸1的外側，環(huán)形磁鐵3”貼附于轉子軛部2”的外側。其中，環(huán)形磁鐵3”的磁極對沿環(huán)形磁鐵3”的徑向設置，其磁場所形成的磁力線(圖1中虛線所示)由環(huán)形磁鐵3”外部穿入轉子組件，經過環(huán)形磁鐵3”以及轉子軛部2”后穿出轉子組件。因此，轉子軛部2”(又稱轉子鐵芯)通常由電工鋼等可傳導磁場的導磁材料制成，以便于環(huán)形磁鐵3”的磁場通過。

而現有的永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率以及定子繞組的反電動勢和氣隙磁密不高，并且，在永磁同步電機運行時，由于環(huán)形磁鐵3”和轉子軛部2”(轉子鐵心)的膨脹系數不同以及磁鐵材料脆弱易碎的特性，在電機運行過程中，轉子組件的升溫或高速運行會造成環(huán)形磁鐵3”的破裂，這就限制了環(huán)形磁鐵3”的尺寸，通常只能用于小功率的電機中，對永磁同步電機的應用造成了限制。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種永磁同步電機的轉子組件以及永磁同步電機。通過對轉子組件的轉子軛部以及環(huán)形磁鐵部分進行改進，有效地提高了永磁同步電機的定子繞組的反電動勢和氣隙磁密，降低了反電動勢和氣隙磁密的諧波，優(yōu)化了定子繞組反電動勢和氣隙磁密波形的正弦性，提升了永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率；同時也有效地防止出現現有技術中永磁同步電機在運行時因環(huán)形磁鐵與導磁部(轉子鐵芯)的材料膨脹系數不同而造成環(huán)形磁鐵破裂的情況，提高了永磁同步電機的可靠性。

根據本發(fā)明的一方面，提供一種永磁同步電機的轉子組件，其特征在于，包括：轉軸；轉子軛部，環(huán)繞設置于所述轉軸的外周，所述轉子軛部包括非導磁部；多極磁環(huán)，所述多極磁環(huán)環(huán)繞設置于所述轉子軛部的非導磁部的外周。

優(yōu)選地，所述多極磁環(huán)的磁極對沿所述多極磁環(huán)的圓周方向設置。

優(yōu)選地，所述多極磁環(huán)的磁極對數大于等于2。

優(yōu)選地，所述多極磁環(huán)由一整塊永磁體制成。

優(yōu)選地，所述多極磁環(huán)由多塊永磁體拼接而成。

優(yōu)選地，所述永磁體由稀土材料充磁后制成。

優(yōu)選地，所述多極磁環(huán)的磁力線經過所述多極磁環(huán)后穿出所述轉子組件。

優(yōu)選地，所述非導磁部呈環(huán)形，且與所述多極磁環(huán)的內表面相貼。

優(yōu)選地，所述非導磁部由柔性材料制成。

優(yōu)選地，所述非導磁部由丁腈橡膠材料制成。

優(yōu)選地，所述轉子軛部還包括導磁部，所述轉子軛部的導磁部位于所述非導磁部內側。

根據本發(fā)明的另一方面，還提供一種永磁同步電機，其包括：定子組件和上述轉子組件，所述轉子組件設置于所述定子組件的內部。

本發(fā)明的轉子組件通過將多極磁環(huán)設置于轉子軛部的外側，在同樣的磁環(huán)厚度相同的情況下，由于多極磁環(huán)的大部分磁力線僅僅只經過轉子組件的多極磁環(huán)，很少經過多極磁環(huán)內的轉子軛部，因此，多極磁環(huán)經充磁后所形成的磁力線的分布方式可以有效地提高永磁同步電機的定 子組件的定子繞組的反電動勢和氣隙磁密，還可消除反電動勢中的三次、五次及七次諧波，使反電動勢形成的波形接近正弦波，從而提升永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率。

同時，也由于多極磁環(huán)充磁后所形成磁場的磁力線的特殊磁路走向(很少經過多極磁環(huán)內的轉子軛部)，轉子軛部的導磁作用非常小，因此，轉子軛部可以全部或部分采用非導磁材料(包括但不限于丁腈橡膠等柔性材料)，有效防止出現現有技術中永磁同步電機在高速運行時因環(huán)形磁鐵與導磁部(轉子鐵芯)的材料膨脹系數不同而造成環(huán)形磁鐵破裂的情況，提高永磁同步電機的可靠性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為現有技術的永磁同步電機的轉子組件的橫截面剖視圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例的永磁同步電機的轉子組件的橫截面剖視圖；

圖3為本發(fā)明第一實施例的永磁同步電機的轉子組件的縱截面剖視圖；

圖4為本發(fā)明第一實施例的永磁同步電機的橫截面剖視圖；

圖5為本發(fā)明第一實施例的永磁同步電機的縱截面剖視圖；

圖6為本發(fā)明第一實施例的永磁同步電機的定子繞組的反電動勢波形圖；以及

圖7為本發(fā)明第二實施例的永磁同步電機的轉子組件的橫截面剖視圖。

附圖標記

1 轉軸

2、2’、2” 轉子軛部

21 導磁部

22、22’ 非導磁部

3 多極磁環(huán)

3” 環(huán)形磁鐵

4 定子組件

41 定子極

具體實施方式

以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明將結合一些具體實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。

另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的結構和部件未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

第一實施例

如圖2和圖3所示，其分別示出了本發(fā)明的永磁同步電機的轉子組件的橫截面剖視圖以及縱截面剖視圖。其中，橫截面剖視圖是指沿轉子組件的徑向的剖視圖，縱截面剖視圖是指沿轉子組件的軸向的剖視圖。在圖2和圖3所示的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的永磁同步電機的轉子組件包括：轉軸1、轉子軛部2以及多極磁環(huán)3。

轉子軛部2環(huán)繞設置于轉軸1的外周。在圖2和圖3所示的優(yōu)選例中，轉子軛部2包括導磁部21以及非導磁部22。導磁部21環(huán)繞設置于轉軸1的外周上，導磁部21優(yōu)選地由電工鋼等導磁材料制成。非導磁部22位于導磁部2 1的外側，非導磁部22與多極磁環(huán)3的內表面相貼，其中，非導磁部22由無法傳導磁場的柔性材料制成。在本發(fā)明的優(yōu)選例中，非導磁部22由丁腈橡膠材料制成。非導磁部22使用柔性材料可以在永磁同步電機高速運行的工況下，對受熱膨脹的多極磁環(huán)3起到緩沖保護的作用，有效地防止出現現有技術中環(huán)形磁鐵與導磁部(轉子鐵芯)因材料的膨脹系數不同，而造成環(huán)形磁鐵膨脹后破裂等情況，提高電機的可靠性。

多極磁環(huán)3環(huán)繞設置于轉子軛部2的外周。優(yōu)選地，多極磁環(huán)3通過使用膠粘劑(例如環(huán)氧樹脂膠等)貼附于轉子軛部2的非導磁部的外側?；蛘叨鄻O磁環(huán)3也可以通過過盈配合固定于轉子軛部2的非導磁部的外側。多極磁環(huán)3可以由一整塊永磁體制成或者也可以由多塊永磁體拼接制成。其中，永磁體優(yōu)選地由稀土材料充磁后制成，所述稀土材料充磁后形成磁場。多極磁環(huán)3經充磁后的磁極對沿其圓周方向設置，不同于現有技術中的磁極對沿徑向設置的環(huán)形磁鐵3”。多極磁環(huán)3的磁極對數大于等于2。如圖2所示，圖2中虛線即為多極磁環(huán)3的磁力線。由于多極磁環(huán)3的磁極對沿其圓周方向設置，因此，本發(fā)明中的轉子組件的多極磁環(huán)3的磁力線經過多極磁環(huán)3后穿出所述轉子組件，并不經過軛部2。具體來說，經充磁后的多極磁環(huán)3的每條磁力線的循環(huán)方式為：從多極磁環(huán)3的N極穿出所述轉子組件后，從多極磁環(huán)3的S極穿入，并于多極磁環(huán)3的內部由多極磁環(huán)3的S極通向多極磁環(huán)3的N極后再穿出，形成循環(huán)。由此可見，多極磁環(huán)3的大部分磁力線僅僅只經過所述轉子組件的多極磁環(huán)3，很少經過多極磁環(huán)3內的轉子軛部2，因此，多極磁環(huán)3經充磁后所形成的磁力線的分布方式可以有效地提高永磁同步電機的定子組件的定子繞組的反電動勢和氣隙磁密，從而提升永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率。同時還可以大大降低反電動勢和氣隙磁密中的諧波分量，使反電動勢形成的波形接近正弦波，有效地降低永磁同步電機運行時的噪音和振動。

同時，正由于多極磁環(huán)3充磁后所形成磁場的磁力線的特殊磁路走向(很少經過多極磁環(huán)3內的轉子軛部2)，轉子軛部2的導磁作用非常小，因此，轉子軛部2才可以包括由柔性且無法傳導磁場的材料(包括但不限于丁腈橡膠材料)構成的非導磁部22，從而有效防止出現現有技術中永磁同步電機在運行時因環(huán)形磁鐵與導磁部(轉子鐵芯)的材料膨脹系數不同而造成環(huán)形磁鐵破裂的情況，提高永磁同步電機的可靠性。

本發(fā)明還提供一種永磁同步電機。請一并參見圖4至圖6，其分別示出了本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電機的橫截面剖視圖、縱截面剖視圖以及永磁同步電機的定子繞組的反電動勢波形圖。如圖4和圖5所示，本發(fā)明的永磁同步電機包括：定子組件4以及上述圖2和圖3中所示的轉子組件，所述轉子組件設置于定子組件4的內部。具體地，定子組件4設置于轉子組件 的多極磁環(huán)3的外側。如圖4所示，定子組件4包括多個定子極41，每個定子極41上卷繞有定子繞組(圖4中未示出)。如圖6所示，圖6中的三條曲線分別代表了定子繞組的三相電壓的波形圖。以下為本發(fā)明的永磁同步電機經實驗后的實驗結果以及反電動勢FFT諧波分析：

由上述實驗結果、反電動勢FFT諧波分析以及圖6中所示的波形圖可見，本發(fā)明的永磁同步電機使用圖2和圖3所示的轉子組件后，有效地提高永磁同步電機的定子組件的定子繞組的反電動勢和氣隙磁密，從而提升永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率并降低電機運行噪音和振動。并且還可使反電動勢形成的波形接近正弦波，有效地降低永磁同步電機運行時的噪音和振動。

第二實施例

請參見圖7，其示出了本發(fā)明的第二實施例的永磁同步電機的轉子組件 的橫截面剖視圖。如圖7所示，所述轉子組件包括轉軸1、轉子軛部2以及多極磁環(huán)3。與上述圖2和圖3中所示的第一實施例不同的是，轉子軛部2’僅僅包括非導磁部22’(不包括導磁部)，即整個轉子軛部2’使用柔性且無法傳導磁場的材料(包括但不限于丁腈橡膠材料)制成。由于多極磁環(huán)3充磁后所形成磁場的磁力線很少經過多極磁環(huán)3內的轉子軛部，轉子軛部的導磁部所起到的作用非常小，因此，在此實施例中，整個轉子軛部2’可以完全由非導磁部22’組成以代替第一實施例中的由導磁部21和非導磁部22組成的轉子軛部2。該實施例同樣可以予以實現，此處不予贅述。

結合上述實施例，在本發(fā)明的其他實施例中，非導磁部也可以使用無法傳導磁場的非柔性材料，例如在第一實施例中非導磁部22可以使用無法傳導磁場且膨脹系數介于多極磁環(huán)3與導磁部21之間的非柔性材料；或者在第二實施例中，非導磁部22’可以使用無法傳導磁場且膨脹系數介于多極磁環(huán)3與轉軸1之間的非柔性材料。這些實施例均可予以實現。

綜上可知，本發(fā)明的轉子組件通過將多極磁環(huán)設置于轉子軛部的外側，在同樣的磁環(huán)厚度相同的情況下，由于多極磁環(huán)的大部分磁力線僅僅只經過轉子組件的多極磁環(huán)，很少經過多極磁環(huán)內的轉子軛部，因此，多極磁環(huán)經充磁后所形成的磁力線的分布方式可以有效地提高永磁同步電機的定子組件的定子繞組的反電動勢和氣隙磁密，提升永磁同步電機的輸出力矩和輸出功率。還可使反電動勢形成的波形接近正弦波，從而，有效地降低永磁同步電機運行時的噪音和振動。同時，也由于多極磁環(huán)充磁后所形成磁場的磁力線的特殊磁路走向(很少經過多極磁環(huán)內的轉子軛部)，轉子軛部的導磁作用非常小，因此，轉子軛部可以全部或部分采用非導磁材料(包括但不限于丁腈橡膠等柔性材料)，有效防止現有技術中永磁同步電機在高速運行時因環(huán)形磁鐵與導磁部(轉子鐵芯)的材料膨脹系數不同而造成環(huán)形磁鐵破裂的情況，提高永磁同步電機的可靠性。