专利名称：永磁体、包括这种永磁体的电机转子以及相应的电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电机转子的永磁体，更具体地，涉及一种能够提高电机的转矩密度和功率密度的永磁体。还涉及包括这种永磁体的电机转子以及相应的电机。
背景技术：
在现有的变频制冷压缩机的应用中通常采用稀土永磁体电机作为压缩机的驱动部件。稀土永磁体的磁能积是铁氧体永磁体的6倍至10倍，因此稀土永磁体被广泛地用于大功率、高效率的变频制冷压缩机中。但稀土永磁体价格昂贵，加工工艺复杂，因此大大地增加了稀土永磁体电机的成本，从而使得采用这种电机的压缩机的成本相应地增加。此外，稀土元素不仅储量小，而且稀土元素的提炼对环境造成较大破坏、污染严重。因此，随着对环境保护要求的日渐严格，稀土元素的开采与提炼将需要付出更加巨大的成本，因此其应用也将受到更多的限制。由于稀土磁铁具有如上所述的局限性，而铁氧体磁体的原材料来源广泛、成本低廉，逐渐成为取代稀土永磁体的一种经济的选择。但是，现有技术中的铁氧体永磁电机由于采用C形铁氧体永磁体或者扁椭圆形铁氧体永磁体而导致其输出的功率密度和转矩密度较小，其效率相对低下，而且其输出转矩的脉动较大，因此其仅能够应用于对功率需求较小、精度要求不高的环境下。因此，现有技术中需要一种能够提高功率密度和转矩密度、效率增大而且输出转矩脉动小的铁氧体永磁体电机。
实用新型内容根据本实用新型的实施例，提供一种用于电机转子的永磁体，其包括弧形部分和线性部分。弧形部分具有弧形的第一边缘和弧形的第二边缘。线性部分从弧形部分沿着远离弧形部分的方向延伸。线性部分具有第三边缘和第四边缘，其中，第三边缘和第四边缘中的至少一个为直线边缘。在根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的一个实施例中，第三边缘和第四边缘均为直线边缘。根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的又一个实施例，弧形部分的弧形的第一边缘和弧形的第二边缘为具有同一圆心的圆弧。在根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的另一个实施例中，弧形部分为扇环形状。[0009]根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的再一个实施例，第三边缘与第四边缘相互平行。根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的还一个实施例，第三边缘和第四边缘分别与弧形的第一边缘和弧形的第二边缘相切地接合。根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的再一个实施例，位于永磁体的两端的线性部分的各自的第二边缘之间形成的夹角的范围为58°至72°。有利地，上述夹角的值为 66°。在根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的又一个实施例中，永磁体的弧形部分的弧形的第一边缘的半径是磁体厚度的1.5倍至2.5倍。有利地，弧形的第一边缘的半径是磁体厚度的2.096倍。根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的还一个实施例，在线性部分的最外侧端部形成有磁极圆弧。在根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的另一个实施例中，磁极圆弧形成为使得第四边缘的长度大于第三边缘的长度。根据本实用新型的用于电机转子的永磁体的再一个实施例，其中，永磁体是铁氧体永磁体。根据本实用新型的另外的实施例，提供一种永磁电机的转子组件，其包括沿着转子组件的周向方向均匀地间隔开的多个磁体容置槽和设置在多个磁体容置槽中的每一个内的永磁体，其中的永磁体为如上所述的用于电机转子的永磁体。在根据本实用新型的永磁电机的转子组件的一个实施例中，在位于永磁体的端部的磁极圆弧与相应的磁体容置槽的对应的边缘之间形成空间。根据本实用新型的永磁电机的转子组件的另一个实施例，在转子组件中设置有6个磁体容置槽和6个永磁体。根据本实用新型的进一步的实施例，提供一种永磁电机，其包括定子组件和转子组件。定子组件包括定子基部和从定子基部沿定子组件的径向方向朝向定子组件的内腔延伸的多个定子齿，在多个定子 齿中的每一个的周围绕制有绕组。转子组件可旋转地设置在定子组件的内腔中，其中的转子组件为如上所述的永磁电机的转子组件。在根据本实用新型的永磁电机的一个实施例中，定子组件包括9个定子齿。在采用根据本实用新型的永磁体的永磁电机中，由于铁氧体永磁体的端部具有线性部分，其与现有技术中的铁氧体永磁体电机相比，功率密度和转矩密度得到较大提高；其次，由于铁氧体永磁体具有使得第三边缘的长度小于第四边缘的长度的圆弧形磁极端部，由此能够减小永磁电机的输出转矩的脉动以及提高永磁体和相应的永磁电机的抗退磁能力；再次，由于永磁体的中心部分采用了同心圆弧的形式，这使得更加有利于将永磁体填充到永磁电机的转子组件中的磁体容置槽内，同时还能够减小永磁电机的输出转矩的脉动。
通过以下参照附图提供的对根据本实用新型的具体实施例的详细说明，将能够更加清楚地理解本实用新型的特征和优点，在附图中:图1是示出根据现有技术的一种铁氧体永磁电机的示意图；图2是示出根据现有技术的另一种铁氧体永磁电机的示意图；图3是根据本实用新型的用于永磁电机的永磁体的截面示意图；图4是采用根据本实用新型的永磁体的永磁电机的示意图；以及图5是示出现有技术中的铁氧体永磁电机和根据本实用新型的铁氧体永磁电机的输出转矩的脉动的对比曲线图。
具体实施方式
下面参照附图对根据本实用新型的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。如图1和图2所示，示出现有技术中的具有代表性的两种铁氧体永磁体电机100，其包括定子组件120和容置在定子腔内的转子组件140，转子组件140分别包括容置在磁体容置槽内的铁氧体永磁体142和144。其中，图1中的铁氧体永磁体142为扁椭圆形，图2中的铁氧体永磁体144为C形。分别采用扁椭圆形铁氧体永磁体142和C形铁氧体永磁体144的上述两种永磁体电机100所输出的功率密度和转矩密度较小，导致其效率较低，而且其输出转矩的脉动较大，因此其仅能够应用于对功率需求较小、精度要求不高的环境下。以下所述的根据本实用新型的实施例将能够解决现有技术中存在的上述问题。如图3所示，根据本实用新型的用于永磁电机的永磁体10整体上为基本弧形。永磁体10包括弧形部分20和位于弧形部分20的两侧的两个线性部分30，线性部分30中的每一个分别从弧形部分20沿着远离弧形部分20的方向延伸。弧形部分20包括弧形的第一边缘21和弧形的第二边缘22，线性部分30分别包括第三边缘31和第四边缘32。其中，第三边缘31和第四边缘32中的至少一个为直线边缘，有利地，第三边缘31和第四边缘32均为直线边缘。第三边缘31分别从弧形的第一边缘21的端部沿着远离弧形的第一边缘21的方向延伸，第四边缘32分别从弧形的第二边缘22的端部沿着远离弧形的第二边缘22的方向延伸。在图3所示的实施例中，弧形的第二边缘22和弧形的第一边缘21均为圆弧形，而且为具有同一圆心O的圆弧。进一步地，弧形部分20的弧形的第一边缘21和弧形的第二边缘22具有相同的圆心角，并且其各自的端部分别由重合的半径限定。也就是说，限定弧形的第一边缘21的两条半径与限定弧形的第二边缘22的两条半径分别重合，由此使得弧形部分20形成为扇环形状。如图3所示，弧形的第二边缘22由半径OC与OD之间的沒)限定，同时，弧形的第一边缘21由半径OE与OF之间日限定。当然，弧形部分20的弧形的第一边缘21和弧形的第二边缘22可以为具有不同圆心的圆弧边缘。在根据本实用新型的上述永磁体10中，由于永磁体10的中心部分采用了圆弧形的结构，这将不仅便于永磁体10的制造和向磁体容置 槽中的填充，而且有利于减小采用这种永磁体的电机的输出转矩的脉动。如图3中所示，线性部分30的直线的第三边缘31和直线的第四边缘32相互平行地延伸。直线的第三边缘31以与弧形的第一边缘21相切的方式从弧形的第一边缘21的端部沿着远离弧形的第一边缘21的方向延伸，即，弧形的第一边缘21分别在点E和点F与相应的直线的第三边缘31相切地接合；同时，直线的第四边缘32以与弧形的第二边缘22相切的方式从弧形的第二边缘22的端部沿着远离弧形的第二边缘22的方向延伸，S卩，弧形的第二边缘22分别在点C和点D与相应的直线的第四边缘32相切地接合。直线的第三边缘31和直线的第四边缘32分别与弧形的第一边缘21和弧形的第二边缘22接合成使得直线的第三边缘31和直线的第四边缘32平行地延伸。当然，直线的第三边缘31和直线的第四边缘32也可以不相平行地延伸，比如两者延伸成其间具有一定的角度。根据本实用新型的如上所述的永磁体10与现有永磁体相比有效地增大了永磁体的表面积，这将有利于提高采用这种永磁体10的电机的功率密度和转矩密度，从而提高电机的效率。[0032]进一步地，位于弧形的第二边缘22的两端的两个直线的第四边缘32之间形成夹角Θ，该夹角Θ的取值范围为58°至72°。在根据图3所示的实施例中，由于直线的第四边缘32分别与弧形的第二边缘22相切地形成，因此，弧形的第二边缘22所对应的圆心角ZCOD为180° -Θ，即为108°至122°。而由于弧形的第一边缘21与弧形的第二边缘22由分别重合的两组半径限定，因此，弧形的第一边缘21所对应的圆心角Z EOF的范围同样为108°至122°。有利地，上述夹角Θ为66°，也就是说，弧形的第一边缘21和弧形的第二边缘22所对应的圆心角Z EOF和Z COD优选为114°。此外，弧形的第一边缘21的半径Rb为永磁体10的厚度W的1.5倍至2.5倍，即，1.5彡Rb/ff彡2.5。有利地，弧形的第一边缘21的半径Rb为永磁体10的厚度W的2.096倍，即，Rb/W=2.096。在此，永磁体10的厚度W为平行延伸的第三边缘31与第四边缘32之间的最小距离，如图3所示。弧形的第一边缘21的半径Rb与永磁体10的厚度W的上述关系经由发明人通过实验所确定，在确定上述关系的实验过程中，发明人发现Rb/W的值太小则不利于采用这种永磁体10的电机转子的径向磁化控制，此外还会导致输出转矩的脉动的增大；如果Rb/W的值太大则会明显降低电机的输出能力。将弧形的第一边缘21的半径Rb的值选择为磁体的厚度W的1.5倍至2.5倍以及更有利地Rb为W的2.096倍，则更加有利于采用永磁体10的电机转子的径向磁化控制以及减小电机的输出转矩的脉动，这将能够进一步提高电机的效率。有利地，永磁体10的线性部分30的远离弧形部分20的端部形成为磁极圆弧33，磁极圆弧33形成为使得直线的第四边缘32的长度大于直线的第三边缘31的长度。如上所述的在端部设置有磁极圆弧33的永磁体10有利于减小米用这种永磁体10的电机的输出转矩的脉动，此外还提高了永磁体10在电机运转过程中的抗退磁能力。在根据本实用新型的上述实施例中，永磁体10有利地为铁氧体永磁体，其相对于稀土永磁体能够大大地降低永磁步电机的制造成本。当然，如本领域技术人员所能够理解的,永磁体10也可以为其他类型的永磁体，比如稀土永磁体。如图4所示，示出采用根据本实用新型的永磁体10的永磁电机200。永磁电机200包括定子组件220和旋转地容置在定子组件220的内腔中的转子组件240。根据构造旋转电机的现有技术，通过使用转子轴、转子轴承和端盖将转子组件240定位在定子组件220的内腔中。定子组件220限定了沿其径向方向朝向定子组件220的内腔延伸的多个定子齿222。每个定子齿222包括从定子组件220的基部延伸出的颈状部分和通常与颈状部分形成“T”形的端部。相邻的两个定子齿222的端部的侧面通过槽口相互分离。定子组件220的绕组224绕制在每个定子齿222的颈状部分上，并在被供给电流时提供用于使转子组件240旋转的磁场。转子组件240包括沿周向方向均匀间隔开地设置的多个磁体容置槽242，每个磁体容置槽242中容置有如上所述的永磁体10。在根据本实用新型的转子组件240中，如图4所示，设置有6个磁体容置槽242以及6个相应的永磁体10。由于在永磁体10的线性部分30的端部形成为磁极圆弧33,因此,在永磁体10的圆弧形端部与磁体容置槽242的相应的边缘之间形成有空间244，该空间244有利于提高永磁体10的抗退磁能力，此外还能够减小电机的输出转矩的脉动。在根据本实用新型的上述永磁电机200中，由于采用了如上所述的端部具有线性部分30的铁氧体永磁体10 ，与现有技术中的铁氧体永磁体电机相比，其功率密度和转矩密度得到较大提高；其次，由于所采用的铁氧体永磁体10具有使得直线的第三边缘31的长度小于直线的第四边缘32的长度的圆弧形磁极端部，由此能够减小永磁电机200的输出转矩的脉动以及提高永磁体10和相应的永磁电机200的抗退磁能力；再次，由于永磁体10的中心部分采用了同心圆弧的形式，这使得更加有利于将永磁体10填充到永磁电机200的转子组件240中的磁体容置槽242内，同时还减小了永磁电机200的输出转矩的脉动。发明人经过试验验证得出，根据本实用新型的铁氧体永磁电机200与现有技术中的同等型号的铁氧体永磁电机相比，其输出转矩的脉动下降30% 50%。如图5所示，示出根据现有技术的铁氧体永磁电机和根据本实用新型的铁氧体永磁体电机的输出转矩随时间而变化的对比曲线图。其中，根据现有技术的铁氧体永磁电机的输出转矩的峰值之间的差值为1.0009N.m，而根据本实用新型的铁氧体永磁电机200的输出转矩的峰值之间的差值为0.3186N.m。由此可见，根据本实用新型的铁氧体永磁电机200大大地减小了其输出转矩的脉动，由此能够相应地提高电机的效率。虽然参照示例性实施方式对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式
，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人 员可以对所述示例性实施方式做出各种改进和变型。
权利要求1.一种用于电机转子的永磁体(10)，其特征在于，所述永磁体(10)包括: 弧形部分(20)，所述弧形部分(20)具有弧形的第一边缘(21)和弧形的第二边缘(22);以及 线性部分(30)，所述线性部分(30)从所述弧形部分(20)沿着远离所述弧形部分(20)的方向延伸，所述线性部分(30)具有第三边缘(31)和第四边缘(32)，其中，所述第三边缘(31)和所述第四边缘(32)中的至少一个为直线边缘。
2.如权利要求1所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述第三边缘(31)和所述第四边缘(32)均为直线边缘。
3.如权利要求1或2所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述弧形部分(20)的所述弧形的第一边缘(21)和所述弧形的第二边缘(22)为具有同一圆心(O)的圆弧。
4.如权利要求3所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述弧形部分(20)为扇环形状。
5.如权利要求2所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述第三边缘(31)与所述第四边缘(32)相互平行。
6.如权利要求2所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述第三边缘(31)和所述第四边缘(32)分别与所述弧形的第一边缘(21)和所述弧形的第二边缘(22)相切地接合。
7.如权利要求2所述的用于电机转子的永磁体(10),其中,位于所述永磁体(10)的两端的线性部分(30)的各自的第四边缘(32)之间形成的夹角(Θ)的范围为58°至72°。
8.如权利要求7所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述夹角(Θ)的值为66。。
9.如权利要求1或2所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述永磁体(10)的弧形部分(20)的弧形的第一边缘(21)的半径(Rb)是磁体厚度(W)的1.5倍至2.5倍。
10.如权利要求9所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述弧形的第一边缘(21)的半径(Rb)是所述磁体厚度(W)的2.096倍。
11.如权利要求1或2所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，在所述线性部分(30)的最外侧端部形成有磁极圆弧(33)。
12.如权利要求11所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述磁极圆弧(33)形成为使得所述第四边缘(32)的长度大于所述第三边缘(31)的长度。
13.如权利要求1所述的用于电机转子的永磁体(10)，其中，所述永磁体(10)是铁氧体永磁体。
14.一种永磁电机的转子组件(240)，包括: 多个磁体容置槽(242 )，所述多个磁体容置槽(242 )沿着所述转子组件(240 )的周向方向均勻地间隔开；和 设置在所述多个磁体容置槽(242)中的每一个内的永磁体，所述永磁体为权利要求1-13中的任一项所述的永磁体(10)。
15.如权利要求14所述的永磁电机的转子组件(240),其中,在位于所述永磁体(10)的端部的磁极圆弧(33)与相应的所述磁体容置槽(242)的对应的边缘之间形成空间(244)。
16.如权利要求14或15所述的永磁电机的转子组件(240)，其中，在所述转子组件(240)中设置有6个所述磁体容置槽(242)和6个所述永磁体(10)。
17.—种永磁电机(200),包括: 定子组件(220)，所述定子组件(220)包括定子基部和从所述定子基部沿所述定子组件(220)的径向方向朝向所述定子组件(220)的内腔延伸的多个定子齿(222)，在所述多个定子齿(222)中的每一个的周围绕制有绕组(224);以及 转子组件，所述转子组件可旋转地设置在所述定子组件(220)的内腔中，所述转子组件为权利要求14-16中任一项所述的永磁电机的转子组件(240)。
18.如权利要求17所述的永磁电机(200)，其中，所述定子组件(220)包括9个定子齿(222) 。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电机转子的永磁体。该永磁体包括弧形部分和线性部分。弧形部分具有弧形的第一边缘和弧形的第二边缘。线性部分从弧形部分沿着远离弧形部分的方向延伸。线性部分具有第三边缘和第四边缘，其中，第三边缘和第四边缘中的至少一个为直线边缘。采用根据本实用新型的永磁体的电机不仅能够提高功率密度和转矩密度，由此提高了电机的效率，而且使得电机的输出转矩的脉动减小。本实用新型还涉及采用上述永磁体的电机转子以及相应的永磁电机。
文档编号H02K1/27GK203119645SQ20132005566
公开日2013年8月7日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者巫存 申请人:艾默生环境优化技术(苏州)有限公司