永磁电机转子及永磁同步电机的制作方法

本发明涉及电机设备领域，特别是涉及一种切向式的永磁电机转子，以及含有上述永磁电机转子的永磁同步电机。

背景技术：

含有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，使得含有永磁体切向磁化结构的电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比，进而含有永磁体切向磁化结构的电机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。

目前，切向永磁电机由于是单个永磁体的两个面同时提供气隙磁通，磁路为并联结构，使得转子永磁体的工作点较径向永磁电机的工作点低，容易引起切向永磁电机的效率下降，并且在恶劣环境下切向永磁电机存在退磁的风险，使得切向永磁电机无法运转。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的切向永磁电机中主极永磁体的工作点较低，易存在退磁风险的问题，提供一种能够提高主极永磁体的工作点、提升抗退磁能力的永磁电机转子，以及含有上述永磁电机转子的永磁同步电机。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种永磁电机转子，包括：

转子铁芯；以及

永磁体组，所述永磁体组沿所述转子铁芯的径向方向设置；且所述永磁体组沿所述转子铁芯的周向方向均匀分布；

其中，所述永磁体组包括切向磁化的主极永磁体和切向磁化的辅助永磁体，所述主极永磁体沿所述转子铁芯的径向方向设置，所有所述永磁体组中所述辅助永磁体均设置在所述主极永磁体的同一侧；所述主极永磁体的数量总和与永 磁同步电机的极数相等，且任意相邻的两个所述主极永磁体最接近的表面磁极相同。

在其中一个实施例中，所述辅助永磁体的矫顽力小于所述主极永磁体的矫顽力。

在其中一个实施例中，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯周向方向上的宽度M小于所述主极永磁体沿所述转子铁芯周向方向上的宽度L。

在其中一个实施例中，所述辅助永磁体沿所述转子铁芯径向方向上的长度B小于所述主极永磁体沿所述转子铁芯径向方向上的长度G。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述永磁体组的数量大于等于四个，且所述永磁体组的数量为偶数个。

在其中一个实施例中，所述永磁电机转子还包括设置在所述转子铁芯的周向边缘位置上隔磁桥组，所述隔磁桥组包括相对设置的两个延伸部；

其中，所述转子铁芯在所述主极永磁体旋转方向的前侧的延伸部为第一延伸部，所述转子铁芯在所述主极永磁体旋转方向的后侧的延伸部为第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部向相对的方向延伸，且所述第一延伸部和所述第二延伸部之间存在缺口。

在其中一个实施例中，所述第一延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₁小于所述第二延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₂。

在其中一个实施例中，所述第一延伸部沿所述转子铁芯径向方向的长度H₁大于所述第二延伸部沿所述转子铁芯径向方向的长度H₂。

在其中一个实施例中，所述隔磁桥组还包括隔磁部，所述隔磁部位于相邻的两个所述主极永磁体之间且靠近所述转子铁芯的内侧。

在其中一个实施例中，所述隔磁部的截面形状为三角形或者梯形，且所述三角形或者所述梯形的斜边所在的隔磁部的表面均与所述主极永磁体的表面相平行。

在其中一个实施例中，所述隔磁部的所述三角形或者所述梯形的斜边与所述主极永磁体前侧的表面之间的距离C₁大于所述隔磁部的所述三角形或者所述梯形的斜边与所述主极永磁体后侧的表面之间的距离C₂。

在其中一个实施例中，每个所述永磁体组中所述辅助永磁体的数量为一个，且所述辅助永磁体位于所述主极永磁体旋转方向的前侧。

在其中一个实施例中，所述第一延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₁小于所述辅助永磁体沿所述转子铁芯周向方向上的宽度M；

所述第二延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₂小于所述主极永磁体沿所述转子铁芯周向方向的宽度L。

在其中一个实施例中，每个所述永磁体组中所述辅助永磁体的数量为两个，且两个所述辅助永磁体分别位于所述主极永磁体的两侧。

在其中一个实施例中，所述第一延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₁小于所述主极永磁体旋转方向前侧的所述辅助永磁体的宽度M；

所述第二延伸部沿所述转子铁芯周向方向的宽度D₂大于所述主极永磁体旋转方向后侧的所述辅助永磁体的宽度M。

在其中一个实施例中，任意相邻的所述主极永磁体与所述辅助永磁体平行设置。

在其中一个实施例中，任意相邻的所述主极永磁体与所述辅助永磁体的磁极相异的表面相贴合。

在其中一个实施例中，任意相邻的所述主极永磁体与所述辅助永磁体为一体。

还涉及一种永磁同步电机，包括定子和转子，所述转子为上述任一技术特征所述的永磁电机转子。

本发明的有益效果是：

本发明的永磁电机转子及永磁同步电机，结构设计简单合理，在转子铁芯上安装永磁体组，可以将永磁体组中主极永磁体的一部分磁力线与永磁体组中与主极永磁体平行设置的辅助永磁体串联后再进入气隙，这样能够显著提高主极永磁体的工作点，提高永磁同步电机的转矩。同时，由于主极永磁体的工作点的提高，使得主极永磁体的抗退磁能力得到了提高，减小退磁的风险，保证永磁同步电机正常运转。

附图说明

图1为本发明一实施例的永磁电机转子的主极永磁体的一侧存在辅助永磁体的一实施方式的结构示意图；

图2图1所示的永磁电机转子的另一实施方式的结构示意图；

图3为图1所示的永磁电机转子内侧的隔磁桥组的截面形状为三角形的结构示意图；

图4为图1所示的永磁电机转子内侧的隔磁桥组的截面形状为梯形的结构示意图；

图5为本发明的永磁电机转子的主极永磁体的两侧存在辅助永磁体的结构示意图；

其中：

100-永磁电机转子；

110-转子铁芯；

120-主极永磁体；

130-辅助永磁体；

140-隔磁桥组；141-第一延伸部；142-第二延伸部；143-隔磁部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的永磁电机转子及永磁同步电机进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明一实施例的永磁电机转子100，包括转子铁芯110和永磁体组，永磁体组沿转子铁芯110的径向方向设置；且永磁体组沿转子铁芯110的周向方向均匀分布。永磁体组的数量等于永磁同步电机的极数，相应的，永磁同步电机的极数为偶数级，永磁体组的数量也为偶数个，偶数个永磁体组沿转子铁芯110的周向方向均匀分布。其中，永磁体组包括切向磁化的主极永磁体120和切向磁化的辅助永磁体130，主极永磁体120的数量总和与永磁同步电机的极数相等，也就是说每个永磁体组包括一个主极永磁体120，所有永磁体组 中的主极永磁体120的数量等于永磁体组的数量。主极永磁体120沿转子铁芯110的径向方向设置，辅助永磁体130与主极永磁体120平行设置。所有永磁体组中辅助永磁体130均设置在主极永磁体120的同一侧，且任意相邻的两个主极永磁体120最接近的表面磁极相同，也就是说每个永磁体组中辅助永磁体130相对主极永磁体120的位置相同。永磁体组包括一个主极永磁体120，使得主极永磁体120的两个表面同时能够提供气隙磁通，增加永磁同步电机的气隙磁通量，提高气隙磁通的利用率。同时，任意相邻的两个主极永磁体120最接近的表面磁极相同，也就是其中一个主极永磁体120的N极与另一相邻的主极永磁体120的N极相对，该主极永磁体120的S极与再一相邻的主极永磁体120的S极相对，保证永磁同步电机的极数等于主极永磁体120的数量。通过主极永磁体120均匀安装在转子铁芯110上，能够保证主极永磁体120在排斥力作用下保持受力平衡，使得永磁同步电机的极数等于主极永磁体120的数量。

辅助永磁体130与主极永磁体120平行设置，主极永磁体120与辅助永磁体130都为切向充磁，使得永磁同步电机能够产生更高的气隙磁通，进而保证永磁同步电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比。主极永磁体120与辅助永磁体130平行放置，通过将切向磁化的辅助永磁体130布置在任意相邻的主极永磁体120之间，主极永磁体120的一部分磁力线与辅助永磁体130串连后再进入气隙，可以显著提高主极永磁体120的工作点，使得永磁电机转子100在定子侧产生更多的磁链，提高气隙磁通的利用率，提升永磁同步电机的输出转矩，提高永磁同步电机的效率。

现有的切向永磁电机由于是单个永磁体的两个面同时提供气隙磁通，磁路为并联结构，使得转子永磁体的工作点较径向永磁电机的工作点低，容易引起切向永磁电机的效率下降，并且存在退磁的风险，使得切向永磁电机无法运转。本发明的永磁电机转子100在任意相邻的两个主极永磁体120会将安装辅助永磁体130，使得主极永磁体120的一部分磁力线与辅助永磁体130串联后再进入气隙，这样能够显著提高主极永磁体120的工作点，提高永磁同步电机的转矩。由于主极永磁体120的工作点的提高，使得主极永磁体120的抗退磁能力得到了提高，减小了永磁同步电机在恶劣工况下运行的退磁风险，保证永磁同步电 机正常运转。

作为一种可实施方式，永磁体组的数量大于等于四个。每个永磁体组中包括一个主极永磁体120，永磁体组的数量大于等于四个，即将主极永磁体120的个数设置成四个以上，这样可以更好的使得永磁同步电机具有聚磁效果，实现更高的转矩输出。在本实施例中，主极永磁体120的数量为六个，且六个主极永磁体120按照N极与N极相对，S极与S极相对设置。辅助永磁体130位于主极永磁体120的一侧和两侧，辅助永磁体130的N极和S极分别对应任意相邻的两个主极永磁体120的S极或者N极。

参见图2和图3，转子铁芯110转动时，对于同一个永磁体组而言，转子铁芯110转动时，辅助永磁体130位于转子铁芯110上主极永磁体120旋转方向的前侧，相对的，主极永磁体120位于转子铁芯110上旋转方向的后侧，即转子铁芯110旋转方向的前侧为主极永磁体120的前侧，转子铁芯110旋转方向的后侧为主极永磁体120的后侧。转子铁芯110转动时，在转子铁芯110的a-b-c-d-e-f位置处，主极永磁体120的相应磁极按照顺时针方向排布为N-S-S-N-N-S-S-N-N-S-S-N。以转子铁芯110的a位置处的主极永磁体120为例，该位置处的主极永磁体120的沿顺时针方向为N-S，当转子铁芯110顺时针方向转动时，如图2所示的箭头方向，主极永磁体120的S极为转子铁芯110旋转方向的前侧，主极永磁体120的N极为转子铁芯110旋转方向的后侧；当转子铁芯110逆时针方向转动时，如图3所示的箭头方向，主极永磁体120的N极为转子铁芯110旋转方向的前侧，主极永磁体120的S极为转子铁芯110旋转方向的后侧，可以使得永磁同步电机带负载运行时，永磁电机转子磁力线更加顺畅，单位电流下实现更大的转矩输出。

作为一种可实施方式，辅助永磁体130的矫顽力小于主极永磁体120的矫顽力。研究发现，辅助永磁体130的工作点总是高于主极永磁体120的工作点，这使得辅助永磁体130与主极永磁体120的抗退磁能力不一致，降低了永磁同步电机的抗退磁能力。通过辅助永磁体130的矫顽力小于主极永磁体120的矫顽力，可以使得辅助永磁体130的工作点与主极永磁体120的工作点相接近，以提升永磁同步电机整体的抗退磁能力。当然，还可以通过辅助永磁体130沿 转子铁芯周向方向上的宽度M小于主极永磁体120沿转子铁芯110周向方向上的宽度L使得辅助永磁体130的工作点与主极永磁体120的工作点相接近，以提升永磁同步电机整体的抗退磁能力。

作为一种可实施方式，辅助永磁体130沿转子铁芯110径向方向上的长度B小于主极永磁体120沿转子铁芯110径向方向上的长度G。在永磁同步电机的运行过程中，主极永磁体120有一部分磁链与辅助永磁体130串联后进入气隙，另一部分磁链从位于主极永磁体120的旋转方向前侧的相邻辅助永磁体130的末端进入气隙，通过将辅助永磁体130沿转子铁芯110径向方向上的长度B小于主极永磁体120沿转子铁芯110径向方向上的长度G，可以使这部分另一部分磁链的磁通不会因为磁路饱和而下降。

参见图3至图5，永磁电机转子100还包括隔磁桥组140，隔磁桥组140设置在转子铁芯110的周向边缘位置上，隔磁桥组140的数量与永磁体组的数量相一致。隔磁桥组140包括相对设置在的两个延伸部。其中，转子铁芯110在主极永磁体120旋转方向的前侧的延伸部为第一延伸部141；转子铁芯110在主极永磁体120旋转方向的后侧的延伸部为第二延伸部142。第一延伸部141和第二延伸部142的延伸方向相反，且第一延伸部141和第二延伸部142之间存在缺口。在转子铁芯110上增加隔磁桥组140，采用的原理就是让隔磁桥组140尽可能的窄，使得转子铁芯110易出现磁饱和的现象。一般发生磁饱和后会出现磁堵塞现象，剩下的磁力线将无法从隔磁桥组140上通过，只能从转子铁芯110的气隙中通过，磁力线经过定子铁芯的齿部、轭部、再经过齿部，最后从气隙归来，在这过程中实现了磁力线与定子绕组交链，实现电磁感应。通过带有缺口的隔磁桥组140起到防止转子铁芯110的端部出现漏磁的问题，使得永磁同步电机的永磁电机转子可以在定子上产生更大的磁通，提升了转矩的输出。

缺口由隔磁桥组140在主极永磁体120的前侧的第一延伸部141和隔磁桥组140在主极永磁体120的后侧的第二延伸部142形成，且缺口的宽度小于主极永磁体120与辅助永磁体130沿转子铁芯110周向方向的宽度和。通过此设置，可以保证主极永磁体120和辅助永磁体130充分固定，不会由于转子铁芯110高速旋转时，主极永磁体120和辅助永磁体130承受较大的离心力脱离转子 铁芯110，也可以使得永磁体在隔磁桥组140的第一延伸部141和第二延伸部142处的漏磁较小，提高了永磁同步电机的效率。

进一步地，隔磁桥组140在主极永磁体120的前侧的第一延伸部141沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁小于隔磁桥组140在主极永磁体120的后侧的第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂。更进一步的，隔磁桥组140在主极永磁体120的前侧的第一延伸部141沿转子铁芯110径向方向的长度H₁大于隔磁桥组140在主极永磁体120的后侧的第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的长度H₂。研究发现，永磁同步电机旋转时，转子铁芯110位于主极永磁体120两边的隔磁桥组140所承受的应力是不相同的。转子铁芯110转动时，主极永磁体120的前侧的隔磁桥组140应力始终大于主极永磁体120的后侧的隔磁桥组140应力，为此，将主极永磁体120的前侧的隔磁桥组140(第一延伸部141)沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁大于主极永磁体120的后侧的隔磁桥组140(第二延伸部142)沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂；主极永磁体120的前侧的隔磁桥组140(第一延伸部141)沿转子铁芯110径向方向的宽度H₁小于主极永磁体120的后侧的隔磁桥组140(第二延伸部142)沿转子铁芯110径向方向的宽度H₂，可以在不增加漏磁的条件下，减少转子铁芯110旋转方向的前侧隔磁桥组140的应力集中，增强转子铁芯110的机械强度。

作为一种可实施方式，隔磁桥组140还包括隔磁部143，隔磁部143位于相邻的两个主极永磁体120靠近转子铁芯110的内侧。进一步地，隔磁部143的截面形状为三角形或者梯形，三角形或者梯形的斜边所在的隔磁部143的表面均与主极永磁体120的表面相平行。截面形状为三角形或者梯形的隔磁部143使得任意相邻的两个主极永磁体120靠近转子铁芯110内侧具有隔磁结构，使得任意相邻的两个主极永磁体120之间的硅钢片结构的隔磁桥组140强度更好，不容易往两侧倾斜，更容易保证转子铁芯110上主极永磁体120的放置尺寸。更进一步地，隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与主极永磁体120的后侧的表面之间的距离C₁大于隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与相邻的主极永磁体120的前侧的表面之间的距离C₂，这样能够降低主极永磁体120前侧隔磁桥组140的应力集中，增强转子铁芯110的机械强度。

以b位置处的主极永磁体120和c位置处的主极永磁体120之间的隔磁部143为例，隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与主极永磁体120的后侧的表面之间的距离C₁是指隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与b位置处的主极永磁体120的后侧的表面之间的距离；隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与相邻的主极永磁体120的前侧的表面之间的距离C₂是指隔磁部143的三角形或者梯形的斜边与c位置处的主极永磁体120的前侧的表面之间的距离。

参见图2和图3，作为一种可实施方式，每个永磁体组中辅助永磁体130的数量为一个，辅助永磁体130位于主极永磁体120的前侧。即每个永磁体组包括一个辅助永磁体130和一个主极永磁体120。研究发现永磁同步电机负载运行时，产生转矩的磁力线总是在主极永磁体120的前侧，通过将辅助永磁体130放置在主极永磁体120沿转子铁芯110旋转方向的前侧，可以使得辅助永磁体130更好的补充主极永磁体120产生的磁力线，可以实现更大的转矩输出。当每个永磁体组中辅助永磁体130的数量为一个时，辅助永磁体130位于主极永磁体120的前侧，辅助永磁体130与主极永磁体120相互靠近的表面相贴合或者存在预设距离，通过辅助永磁体130提高永磁同步电机的效率，保证永磁同步电机的效率和抗退磁效果。

参见图4，进一步地，第一延伸部141沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁小于辅助永磁体130沿转子铁芯110周向方向上的宽度M；第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂小于主极永磁体120沿转子铁芯110周向方向的宽度L。辅助永磁体130始终位于主极永磁体120的前侧，也就是说，辅助永磁体130对应第一延伸部141，主极永磁体120对应第二延伸部142。参见图3，当转子铁芯110逆时针方向转动时，第一延伸部141对应辅助永磁体130，第二延伸部142对应主极永磁体120，此时，第一延伸部141沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁小于辅助永磁体130沿转子铁芯110周向方向上的宽度M；第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂小于主极永磁体120沿转子铁芯110周向方向上的宽度L。

参见图5，当然，每个永磁体组中辅助永磁体130的数量也可以为两个，两个辅助永磁体130分别位于主极永磁体120的两侧。即每个永磁体组包括两个 复合组用磁铁120和一个主极永磁体120。辅助永磁体130与主极永磁体120不同，如果增加主极永磁体120会使得永磁同步电机的极数增加，辅助永磁体130虽然也是切向磁化的永磁体，但增加辅助永磁体130不影响永磁同步电机极数，只对永磁同步电机的效率和退磁有帮助。辅助永磁体130的数量为一个时，永磁同步电机的效率的提高和抗退磁效果明显。因此，当辅助永磁体130的数量为两个时，永磁同步电机的效率的提高和抗退磁效果更加明显。

参见图5，进一步地，隔磁桥组140在转子铁芯110旋转方向前侧的第一延伸部141沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁小于主极永磁体120旋转方向前侧的辅助永磁体(130)的宽度M；隔磁桥组140在主极永磁体120旋转方向后侧的第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂大于在主极永磁体120旋转方向后侧的辅助永磁体130的宽度M。也就是说，第一延伸部141和第二延伸部142分别对应主极永磁体120两侧的辅助永磁体130，当转子铁芯110顺时针或者逆时针转动时，要求第一延伸部141小于对应位置的辅助永磁体130的宽度M，第二延伸部142大于对应位置的辅助永磁体130的宽度M。这样就限定了隔磁桥组140缺口处的宽度，可以保证主极永磁体120和辅助永磁体130很好固定在转子铁芯110的内部，同时可以减少主极永磁体120和辅助永磁体130在转子铁芯110外侧的漏磁现象。

通过将辅助永磁体130布置在主极永磁体120的两侧，可以提高主极永磁体120的工作点，提高永磁同步电机的效率，提高主极永磁体120的抗退磁能力。第一延伸部141沿转子铁芯110周向方向的宽度D₁小于辅助永磁体130的宽度M，第二延伸部142沿转子铁芯110周向方向的宽度D₂大于辅助永磁体130的宽度M，这样能够保证在不增加漏磁的条件下，提高主极永磁体120的工作点，提高永磁同步电机的效率，减少转子铁芯110旋转前侧的隔磁桥组140的应力集中，增强转子铁芯110的机械强度。

参见图2，作为一种可实施方式，任意相邻的主极永磁体120与辅助永磁体130平行放置，且任意相邻的主极永磁体120与辅助永磁体130的磁极相异的表面相贴合，主极永磁体120与辅助永磁体130具有相同的磁极。以a位置处的主极永磁体120为例，图2所示的箭头方向为转子铁芯110的旋转方向，主极 永磁体120的前侧和后侧的磁极分别为S极和N极，主极永磁体120的前侧的辅助永磁体130的磁极分别为N极和S极。此时，主极永磁体120的S极与辅助永磁体130的N极相贴合，进而a位置处的永磁体组的前侧和后侧的磁极分别为S极和N极。当然，为了进一步扩大磁力线较多区域的面积，提升永磁同步电机的效率，也可以将任意相邻的辅助永磁体130与主极永磁体120放置在一起，为了简化生产工艺，也可以辅助永磁体130与主极永磁体120合并成一体。

本发明一实施例的永磁同步电机至少包括具有主极永磁体120和辅助永磁体130的永磁电机转子100和在永磁电机转子100外侧的定子；永磁电机转子100为上述任一实施例中的永磁电机转子100。定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组安装在定子铁芯上。在永磁电机转子100的任意相邻的两个主极永磁体120之间安装辅助永磁体130，可以显著提高主极永磁体120的工作点，使得永磁电机转子100在定子侧产生更多的磁链，提高气隙磁通的利用率，提升永磁同步电机的输出转矩，提高永磁同步电机的效率。同时，由于主极永磁体120的工作点的提高，使得主极永磁体120的抗退磁能力得到了提高，减小了永磁同步电机在恶劣工况下运行的退磁风险。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。