永磁同步电机转子和永磁电机的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机转子和永磁电机。


背景技术：

2.永磁体切向磁化结构的电机由于具有“聚磁”效果，较永磁体径向磁化电机能够产生更高的气隙磁密,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系统、电力牵引、办公自动化、家用电器等场合。
3.现有技术的切向永磁电机由于采用单个永磁体并联的磁路结构，转子永磁体工作点较径向永磁电机低，容易引起电机效率下降，并且在恶劣环境下存在退磁的风险，使得电机无法运转。
4.由于现有技术中的永磁电机存在抗退磁能力差的问题；电机磁链低，运行电流大的问题；电机铜耗大，效率低的问题；副永磁体易退磁等技术问题，因此本发明研究设计出一种永磁同步电机转子和永磁电机。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的永磁电机存在抗退磁能力差的缺陷，从而提供一种永磁同步电机转子和永磁电机。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种永磁同步电机转子，其包括：转子铁芯和永磁体，所述永磁体设置于所述转子铁芯上沿所述转子铁芯的径向方向延伸，所述永磁体为n个，n≥2，且n个所述永磁体依次沿所述转子铁芯的周向方向间隔布置，每两个相邻的所述永磁体的相对的一侧具有相同的极性；
7.其中，所述永磁体包括相接的主永磁体和副永磁体，所述主永磁体位于所述副永磁体的径向外侧，所述转子包括多个磁极，两个相邻的磁极之间具有磁极分界线，所述主永磁体的主永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角a，所述副永磁体的副永磁体中心线与其最近的磁极分界线之间倾斜设置，并存在不为0的夹角m，副永磁体中心线的倾斜方向与主永磁体中心线的倾斜方向一致，且m与a满足以下关系：0.3≤m/a，所述磁极分界线指转子圆心与所述主永磁体靠近外圆的外侧边中点之间的直线连线。
8.在一些实施方式中，m与a还满足以下关系：m/a≤3.5。
9.在一些实施方式中，转子的每个磁极所占的圆周角度为b，a与b满足以下关系：a/b≥0.3。
10.在一些实施方式中，所述副永磁体的副永磁体中心线与其相接的所述主永磁体的主永磁体中心线平行。
11.在一些实施方式中，在转子铁芯的端面内，所述主永磁体包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边，所述副永磁体的副永磁体中心线相对于所述第一倾斜前侧边更靠近所述第一倾斜后侧边设置，所述副永磁体的内侧边相
对于所述第一倾斜前侧边更靠近所述第一倾斜后侧边设置，所述内侧边为所述副永磁体位于径向最内侧的边。
12.在一些实施方式中，在转子铁芯的端面内，所述副永磁体包括相对位于逆时针前方的第二倾斜前侧边和位于逆时针后方的第二倾斜后侧边，所述第二倾斜后侧边与所述第一倾斜后侧边位于同一条直线上。
13.在一些实施方式中，在转子铁芯的端面内，所述主永磁体包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边，所述副永磁体的副永磁体中心线相对于所述第一倾斜后侧边更靠近所述第一倾斜前侧边设置，所述副永磁体的内侧边相对于所述第一倾斜后侧边更靠近所述第一倾斜前侧边设置，所述内侧边为所述副永磁体位于径向最内侧的边。
14.在一些实施方式中，在转子铁芯的端面内，所述副永磁体包括相对位于逆时针前方的第二倾斜前侧边和位于逆时针后方的第二倾斜后侧边，所述第二倾斜前侧边与所述第一倾斜前侧边位于同一条直线上。
15.在一些实施方式中，所述主永磁体为矩形永磁体，其在转子铁芯的端面上的投影为矩形；所述副永磁体为矩形永磁体，其在转子铁芯的端面上的投影为矩形。
16.在一些实施方式中，所述副永磁体的长边长度设为o，转子半径设为n，o与n满足以下关系：0.2≤o/n≤0.6。
17.在一些实施方式中，所述副永磁体的长边长度设为o，所述主永磁体的长边长度设为p，o与p满足以下关系：0.2≤o/p≤1。
18.在一些实施方式中，转子铁芯的端面内，所述主永磁体包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边，
19.所述副永磁体的内侧边靠近所述主永磁体的所述第一倾斜后侧边设置，所述副永磁体的外侧顶部靠近所述主永磁体的所述第一倾斜前侧边设置，所述副永磁体的倾斜前侧顶点在所述主永磁体的第一倾斜前侧边的延长线上，所述内侧边为所述副永磁体位于径向最内侧的边，所述外侧顶部为所述副永磁体中位于径向最外侧的位置，所述倾斜前侧顶点为所述副永磁体中位于逆时针最前方的位置。
20.在一些实施方式中，转子铁芯的端面内，所述主永磁体包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边，
21.所述副永磁体的外侧顶部靠近所述主永磁体的所述第一倾斜前侧边设置，所述副永磁体的倾斜前侧顶点越过所述主永磁体的所述第一倾斜前侧边的延长线，所述倾斜前侧顶点与其相邻的主永磁体之间的最短距离设为c，主永磁体的厚度设为d，c与d满足以下关系：0.5≤d/c≤1.1；
22.所述外侧顶部为所述副永磁体中位于径向最外侧的位置，所述倾斜前侧顶点为所述副永磁体中位于逆时针最前方的位置。
23.在一些实施方式中，所述副永磁体的副永磁体中心线与位于其逆时针前方的主永磁体的主永磁体中心线平行。
24.在一些实施方式中，所述副永磁体的矫顽力高于主永磁体，副永磁体的剩磁高于主永磁体。
25.本发明还提供一种永磁电机，其包含前任一项所述的永磁同步电机转子。
26.本发明提供的一种永磁同步电机转子和永磁电机具有如下有益效果：
27.本发明由于在主永磁体外侧采用了副永磁体，主永磁体相对转子中心线倾斜，副永磁体相对主永磁体倾斜，主永磁体与转子中心线之间有一夹角设为a，副永磁体与转子中心线之间形成一夹角设为m，0.3≤m/a≤3.5，使得副永磁体更靠近主永磁体的倾斜前侧，利用转子有限空间增加主副永磁体面积，增加主副永磁体与电枢磁场磁力线角度，使得主副永磁体的退磁率减小，从而提高电机的抗退磁能力，同时提高主副永磁体向气隙提供磁通，提高了电机的磁链，降低了电机的运行电流，降低电机铜耗，提高电机效率。
附图说明
28.图1为本发明的新型切向电机转子结构实施例1的示意图；
29.图2为本发明的新型切向电机转子结构实施例2的示意图；
30.图3为本发明的新型切向电机转子结构实施例3的示意图；
31.图4为本发明的新型切向电机转子结构实施例4的示意图；
32.图5为本发明的新型切向电机与现有电机的电机磁链对比图；
33.图6为本发明的新型切向电机与现有电机的电机效率对比图；
34.图7为本发明的新型切向电机与现有电机的退磁电流对比图。
35.附图标记表示为：
36.1、转子铁芯；o、圆心；p、主永磁体外侧中点；10、磁极；11、磁极分界线；111、左磁极分界线；112、右磁极分界线；2、永磁体；21、主永磁体；22、副永磁体；23、主永磁体中心线；24、副永磁体中心线；25、第一倾斜前侧边；26、第一倾斜后侧边；27、第二倾斜前侧边；28、第二倾斜后侧边；29、内侧边；30、外侧顶部；31、倾斜前侧顶点。
具体实施方式
37.如图1-7所示，本发明提供一种永磁同步电机转子，其包括：转子铁芯1和永磁体2，所述永磁体2设置于所述转子铁芯上沿所述转子铁芯的径向方向延伸，所述永磁体为n个，n≥2，且n个所述永磁体2依次沿所述转子铁芯1的周向方向间隔布置，每两个相邻的所述永磁体2的相对的一侧具有相同的极性；
38.其中，所述永磁体2包括相接的主永磁体21和副永磁体22，所述主永磁体21位于所述副永磁体22的径向外侧，所述转子包括多个磁极10，两个相邻的磁极10之间具有磁极分界线11，所述主永磁体21的主永磁体中心线23与其最近的磁极分界线11之间倾斜设置，并存在不为0的夹角a，所述副永磁体22的副永磁体中心线24与其最近的磁极分界线11之间倾斜设置，并存在不为0的夹角m，副永磁体中心线的倾斜方向与主永磁体中心线的倾斜方向一致，且m与a满足以下关系：0.3≤m/a，所述磁极分界线指转子圆心(圆心o)与所述主永磁体靠近外圆的外侧边中点(主永磁体外侧中点p)之间的直线连线。
39.本发明提供一种永磁同步电机转子，其特征在于，包括：转子铁芯，n个辐条型永磁体，沿所述转子铁芯的周向设置于所述转子铁芯上，并沿所述转子铁芯的径向方向延伸，每两个相邻的所述辐条型永磁体的相面对的一侧具有相同的极性，其中，辐条型永磁体至少由两段构成，靠近轴侧的为主永磁体，在主永磁体外侧布置副永磁体，副永磁体靠近转子外圆，主永磁体相对磁极分界线倾斜，磁极分界线指圆心与主永磁体外侧中点连线所在直线，
主永磁体与磁极分界线之间有一夹角，该夹角设为a，角度a可在转子外圆中心线逆时针侧，也可在转子外圆中心线顺时针侧，副永磁体相对磁极分界线倾斜，副永磁体的倾斜方向与主永磁体的倾斜方向一致，副永磁体与磁极分界线之间形成一夹角，该夹角设为m，m与a应满足以下关系：0.3≤m/a。
40.辐条型永磁电机由于采用单个永磁体并联的磁路结构，转子永磁体工作点较径向永磁电机低，容易引起辐条型永磁同步电机的效率下降，并且在恶劣环境下辐条型永磁同步电机存在退磁的风险，而本发明通过在主永磁体外侧设置副永磁体，副永磁体靠近转子外圆，主永磁体倾斜，副永磁体倾斜，在有限空间内提高永磁体用量，提高电机磁链，提高电机输出转矩，提高电机效率，减小电枢磁场对副永磁体的退磁作用，提高电机的抗退磁能力。
41.本发明解决的技术问题：
42.1.解决电机抗退磁能力差的问题；
43.2.解决电机磁链低，运行电流大的问题；
44.3.解决电机铜耗大，效率低的问题；
45.4.解决副永磁体易退磁问题。
46.在一些实施方式中，m与a还满足以下关系：m/a≤3.5。本发明控制副永磁体相对磁极分界线的倾斜程度，倾斜程度过大，副永磁体在转子径向方向的跨度过小，减小电机有效磁通，当m/a≤3.5，能够在增大副永磁体长度的同时，保证电机的切向磁通分量，进而进一步提高电机磁链，进一步提高电机转矩，提高电机效率。
47.在一些实施方式中，转子的每个磁极所占的圆周角度为b，a与b满足以下关系：a/b≥0.3。本发明通过该范围能够提高主永磁体相对磁极分界线的倾斜角度，提高主永磁体在转子内的长度，提高主永磁体的有效磁通面积，提高电机磁链及转矩，提高电机效率，兼顾副永磁体倾斜，主副永磁体共同组合进一步提高电机总转矩。
48.在一些实施方式中，所述副永磁体的副永磁体中心线24与其相接的所述主永磁体的主永磁体中心线23平行。本发明进一步优选的，副永磁体与主永磁体平行，能够提高永磁体有效磁通面积的同时减小磁极的不对称性，减小气隙谐波畸变率，减小谐波损耗，同时减小副永磁体对主永磁体磁通向气隙传递磁通的阻碍，提高永磁体的利用率。
49.如图1，在一些实施方式中，在转子铁芯1的端面内，所述主永磁体21包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边25和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边26，所述副永磁体的副永磁体中心线24相对于所述第一倾斜前侧边25更靠近所述第一倾斜后侧边26设置，所述副永磁体22的内侧边相对于所述第一倾斜前侧边25更靠近所述第一倾斜后侧边26设置，所述内侧边为所述副永磁体22位于径向最内侧的边。
50.在一些实施方式中，在转子铁芯1的端面内，所述副永磁体22包括相对位于逆时针前方的第二倾斜前侧边27和位于逆时针后方的第二倾斜后侧边28，所述第二倾斜后侧边28与所述第一倾斜后侧边26位于同一条直线上。
51.如图2，在一些实施方式中，在转子铁芯1的端面内，所述主永磁体21包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边25和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边26，所述副永磁体的副永磁体中心线24相对于所述第一倾斜后侧边26更靠近所述第一倾斜前侧边25设置，所述副永磁体22的内侧边相对于所述第一倾斜后侧边26更靠近所述第一倾斜前侧边25设置，所
述内侧边为所述副永磁体22位于径向最内侧的边。本发明进一步优选的，副永磁体更靠近主永磁体的倾斜前侧，副永磁体内侧底部靠近主永磁体的倾斜前侧，倾斜前侧距离转子外圆的距离相对倾斜后侧距离转子外圆的距离大，更有利于布置倾斜的副永磁体，进一步提高副永磁体的长度，提高副永磁体的有效磁通面积，提高电机磁链，提高电机转矩，提高电机效率，同时减小副永磁体退磁区域面积占比，提高抗退磁能力。
52.如图2，在一些实施方式中，在转子铁芯1的端面内，所述副永磁体22包括相对位于逆时针前方的第二倾斜前侧边27和位于逆时针后方的第二倾斜后侧边28，所述第二倾斜前侧边27与所述第一倾斜前侧边25位于同一条直线上。本发明通过副永磁体的倾斜前侧边与主永磁体的倾斜前侧边在一条直线上，在提高永磁体有效磁通面积的同时减小磁极的不对称性，减小气隙谐波畸变率，保证永磁体长度同时更有利于布置规则形状的副永磁体及主永磁体。
53.在一些实施方式中，所述主永磁体21为矩形永磁体，其在转子铁芯1的端面上的投影为矩形；所述副永磁体22为矩形永磁体，其在转子铁芯1的端面上的投影为矩形。本发明进一步优选的，主永磁体为矩形永磁体，提高永磁体的工艺性，同时降低永磁体材料的废料率，降低永磁体材料成本及工艺成本。进一步优选的，副永磁体为矩形永磁体，提高永磁体的工艺性，同时降低永磁体材料的废料率，降低永磁体材料成本及工艺成本，降低电机总成本，提高电机性价比。
54.在一些实施方式中，所述副永磁体22的长边长度设为o，转子半径设为n，o与n满足以下关系：0.2≤o/n≤0.6。本发明通过0.2≤o/n≤0.6能够提高副永磁体在转子内的长度占比，提高副永磁体的贡献的磁链，提高电机转矩，提高电机效率。
55.在一些实施方式中，所述副永磁体22的长边长度设为o，所述主永磁体21的长边长度设为p，o与p满足以下关系：0.2≤o/p≤1。本发明通过0.2≤o/p≤1能够控制副永磁体与主永磁体的永磁体体积占比，控制副永磁体与主永磁体的磁链贡献量占比，进而使得电机总磁链最优，进而达到主副永磁体在使用不同材料时，保证磁链的同时降低电机成本，提高电机磁链和效率。
56.如图3，在一些实施方式中，转子铁芯1的端面内，所述主永磁体21包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边25和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边26，
57.所述副永磁体22的内侧边29靠近所述主永磁体21的所述第一倾斜后侧边26设置，所述副永磁体22的外侧顶部30靠近所述主永磁体21的所述第一倾斜前侧边25设置，所述副永磁体22的倾斜前侧顶点31在所述主永磁体21的第一倾斜前侧边25的延长线上，所述内侧边为所述副永磁体22位于径向最内侧的边，所述外侧顶部30为所述副永磁体22中位于径向最外侧的位置，所述倾斜前侧顶点31为所述副永磁体22中位于逆时针最前方的位置。
58.本发明优选副永磁体的内侧底部靠近主永磁体倾斜后侧，副永磁体的外侧顶部靠近主永磁体倾斜前侧，副永磁体的倾斜前侧顶点在主永磁体的倾斜前侧边的延长线上，顶点是距离该处磁极分界线最远的点，能够进一步利用转子外侧的有限空间，提高副永磁体的长度，提高副永磁体的有效磁通，提高电机磁链，提高电机转矩和效率。
59.如图4，在一些实施方式中，转子铁芯1的端面内，所述主永磁体21包括相对位于逆时针前方的第一倾斜前侧边25和位于逆时针后方的第一倾斜后侧边26，
60.所述副永磁体22的外侧顶部30靠近所述主永磁体的所述第一倾斜前侧边25设置，
所述副永磁体22的倾斜前侧顶点31越过所述主永磁体的所述第一倾斜前侧边25的延长线，所述倾斜前侧顶点31与其相邻的主永磁体之间的最短距离设为c，主永磁体的厚度设为d在转子铁芯端面内的投影中的短边宽度，c与d满足以下关系：0.5≤d/c≤1.1；
61.所述外侧顶部30为所述副永磁体22中位于径向最外侧的位置，所述倾斜前侧顶点31为所述副永磁体22中位于逆时针最前方的位置。
62.本发明通过上述进一步特征的限定能够提高副永磁体与主永磁体的组合倾斜前后侧跨越的角度，其角度大于转子一个磁极占的角度，甚至右侧的副永磁体越过左侧主永磁体，左侧主永磁体径向外侧有一部分的角度范围被右侧的副永磁体占据，提高永磁体的长度，提高整体磁通，提高电机转矩及效率，同时此种设置的倾斜永磁体，分散电枢磁钢退磁作用，也降低电枢退磁磁场对主永磁体的退磁作用，降低永磁体退磁区域面积占比，提高电机整体的抗退磁能力。
63.在一些实施方式中，所述副永磁体22的副永磁体中心线24与位于其逆时针前方的主永磁体的主永磁体中心线23平行。本发明进一步优选右侧副永磁体与左侧(倾斜前侧)的主永磁体平行，能够使得磁极内侧各处宽度相等，提高永磁体长度的同时减小外侧永磁体对内侧永磁体的磁通阻挡作用，提高电机整体磁链。
64.在一些实施方式中，所述副永磁体的矫顽力高于主永磁体，副永磁体的剩磁高于主永磁体，优选主永磁体的材料是铁氧体，副永磁体的材料为钕铁硼。本发明进一步优选的，副永磁体的矫顽力高于主永磁体，副永磁体的剩磁高于主永磁体，如主永磁体的材料是铁氧体，副永磁体的材料为钕铁硼，由于钕铁硼的磁力较铁氧体的强，主极永磁体使用磁性能低的铁氧体材料，起引导退磁磁场作用的永磁体即副永磁体使用磁性能高的钕铁硼，不同时使用钕铁硼材料，既提高永磁体的利用率，提高效率，又降低电机成本。
65.本发明还提供一种永磁电机，其包含前任一项所述的永磁同步电机转子。本发明的电机由于包含前述的永磁同步电机转子，能够具有抗退磁能力高，电机效率高，副永磁体退磁率低的优点。
66.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。
67.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。