电机转子和永磁电机的制作方法

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机转子和永磁电机。

背景技术

传统永磁电机依靠永磁体提供磁通，但永磁体提供磁场固定，电机内部磁场难以调节，使永磁电机难以兼顾高频和低频时的效率。且在供电电源电压固定的情况下，限制了电机的最高运行频率。

目前，大多永磁电机内部磁场难以调节的缺点，导致了电机最高转速受输入直流母线电压等因素限制，电机低速、高速运行区域效率难以兼顾等问题，而常见可变磁通电机，低矫顽力磁钢受高矫顽力磁钢影响，充退磁电流较大，会增加低矫顽力磁钢的充退磁难度，降低电机效率。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机转子和永磁电机，能够有效减小电机充磁电流，增大电机退磁电流，保证电机正常运行时磁回路稳定性，提升电机效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括转子铁芯和沿转子铁芯的周向交替排布的第一永磁极和第二永磁极，第一永磁极上的永磁体的矫顽力高于第二永磁极上的永磁体的矫顽力。

优选地，第一永磁极包括第一永磁体，第一永磁体关于第一永磁极的磁极中心线对称。

优选地，第一永磁体呈一字型、v型或w型。

优选地，第二永磁极包括第二永磁体，第二永磁体关于第二永磁极的磁极中心线对称。

优选地，第二永磁极还包括第三永磁体，第三永磁体关于第二永磁极的磁极中心线对称，第二永磁体位于第三永磁体的周向方向的两端。

优选地，位于同一永磁极的第二永磁体和第三永磁体呈w型。

优选地，第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体之间满足：

0.9h1≤h2；

hcj3*br3*h3≤3/4*hcj1*br1*h1；

0.8hcj3≤hcj2≤1.3hcj3；

其中h1为第一永磁体的厚度，h2为第二永磁体的厚度，h3为第三永磁体的厚度，hcj1为第一永磁体的矫顽力，br1为第一永磁体的剩磁，hcj2为第二永磁体的矫顽力，br2为第二永磁体的剩磁，hcj3为第三永磁体的矫顽力，br3为第三永磁体的剩磁。

优选地，第三永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。

优选地，第二永磁体和第三永磁体的厚度不同和/或牌号不同。

优选地，第二永磁体与第三永磁体之间的夹角为θ＞30°。

优选地，第二永磁体和第一永磁体在磁回路中形成串联结构。

优选地，第一永磁体为w型时，第一永磁极上设置有第一永磁槽，第二永磁极上设置有第二永磁槽，第一永磁体设置在第一永磁槽内，第二永磁体设置在第二永磁槽内，第一永磁槽与第二永磁槽之间的夹角为-5°≤θ1≤30°。

优选地，第二永磁极包括第二永磁槽和第三永磁槽，第二永磁体设置在第二永磁槽内，第三永磁体设置在第三永磁槽内，第二永磁体部分伸入第三永磁槽内，且第二永磁体伸入第三永磁槽的部分相对于第三永磁槽靠近第二永磁体一侧侧壁的最大高度为h4，其中h4/h2＜0.3，h2为第二永磁体的厚度。

优选地，第一永磁体为w型时，第一永磁极上设置有第一永磁槽，第一永磁体设置在第一永磁槽内，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，第一永磁槽的外边缘与第二永磁槽的外边缘之间的最小距离为h，第一永磁体的厚度为h1，第二永磁槽靠近第一永磁槽的侧壁与第一永磁极和第二永磁极的交界面之间的最大距离为h5，其中：

h≥2h1；

0.5*h1≤h5≤h1。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，在第一永磁体的径向方向的中分线上，第一永磁体的径向外边缘与转子铁芯的径向外边缘之间的间距为l1，在第二永磁体的径向方向的中分线上，第二永磁体的径向外边缘与转子铁芯的径向外边缘之间的间距为l2，第一永磁体的厚度为h1，其中：

l1≥2l2；且l1≥1.8*h1。

优选地，第一永磁体的径向外边缘设置有贯通转子铁芯的径向外边缘的开口；或，第一永磁体的径向外边缘设置有导磁桥。

优选地，第一永磁体的径向外边缘设置有开口时，开口靠近第二永磁极的一侧具有斜切边。

优选地，第一永磁体的径向外边缘设置有开口时，开口与第二永磁极的永磁体之间设置有从转子铁芯的径向外周缘向内凹陷的凹槽。

优选地，第一永磁极上设置有第一永磁槽，第二永磁极上设置有第二永磁槽和第三永磁槽，第一永磁体设置在第一永磁槽内，第二永磁体设置在第二永磁槽内，第三永磁体设置在第三永磁槽内，第一永磁体与第一永磁槽之间的间隙尺寸为d1，第二永磁体与第二永磁槽之间的间隙尺寸为d2，第三永磁体与第三永磁槽之间的间隙尺寸为d3，其中d2≥1.5d1，d3≥1.5d1。

优选地，d1≥0.1mm。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

优选地，永磁电机还包括电机定子，电机定子和电机转子之间形成气隙，当转子铁芯上设置有凹槽时，凹槽的宽度k与气隙宽度δ之间的关系满足：

k≥1.2δ。

本发明提供的电机转子，包括转子铁芯和沿转子铁芯的周向交替排布的第一永磁极和第二永磁极，第一永磁极上的永磁体的矫顽力高于第二永磁极上的永磁体的矫顽力。该电机转子采用矫顽力不同的永磁体形成交替设置的第一永磁极和第二永磁极，不同矫顽力的永磁体可以在磁回路中形成串联结构，在电机正常运行过程中，能够通过第一永磁极上的高矫顽力的永磁体对第二永磁极上的低矫顽力的永磁体形成保磁作用，提升了整体磁回路的等效矫顽力，可以有效减小电机充磁电流，提高电机退磁电流，保证电机正常运行时的磁回路稳定性，提升电机效率。

附图说明

图1为本发明第一实施例的电机转子的结构示意图；

图2为本发明第二实施例的电机转子的结构示意图；

图3为本发明实施例的永磁电机在第一种隔磁结构充磁时的磁力线图；

图4为本发明实施例的永磁电机在第二种隔磁结构充磁时的磁力线图；

图5为本发明实施例的永磁电机在第三种隔磁结构充磁时的磁力线图；

图6为本发明实施例的永磁电机在第四种隔磁结构充磁时的磁力线图；

图7为本发明实施例的永磁电机在第五种隔磁结构充磁时的磁力线图；

图8为本发明实施例的电机转子的第二永磁体和第三永磁体在不同相对位置时对充磁电流的影响示意图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、第一永磁体；3、第二永磁体；4、第三永磁体；5、第一永磁槽；6、第二永磁槽；7、第三永磁槽；8、导磁桥；9、开口；10、斜切边；11、凹槽；12、电机定子；13、气隙。

具体实施方式

结合参见图1至8所示，根据本发明的实施例，电机转子包括转子铁芯1和沿转子铁芯1的周向交替排布的第一永磁极和第二永磁极，第一永磁极上的永磁体的矫顽力高于第二永磁极上的永磁体的矫顽力。

上述的永磁体例如为磁钢。

第一永磁极上的永磁体和第二永磁极上的永磁体分别采用至少两种矫顽力的磁钢牌号，从而在两个永磁极上形成不同矫顽力的永磁结构，由于两种不同矫顽力的永磁结构分别位于不同磁极，因此低矫顽力磁钢不容易受到高矫顽力磁钢的影响，能够有效发挥低矫顽力磁钢的磁特性，从而提高电机性能。

该电机转子采用矫顽力不同的永磁体形成在转子铁芯1上沿周向交替设置的第一永磁极和第二永磁极，不同矫顽力的永磁体可以在磁回路中形成串联结构，在电机正常运行过程中，能够通过第一永磁极上的高矫顽力的永磁体对第二永磁极上的低矫顽力的永磁体形成保磁作用，提升了整体磁回路的等效矫顽力，可以有效减小电机充磁电流，提高电机退磁电流，保证电机正常运行时的磁回路稳定性，提升电机效率。

优选地，第一永磁极包括第一永磁体2，第一永磁体2关于第一永磁极的磁极中心线对称。如此一来，位于第一永磁极的磁极中心线两侧的第一永磁体的结构相同，因此可以与第一永磁极周向两侧的第二永磁极的结构形成良好的磁路结构，进一步提高电机正常运行时回路的磁稳定性。

第一永磁体2可以呈一字型、v型或w型，从而能够根据第二永磁极上的磁体结构选择合适的布置方式，能够更好地与第二永磁极上的磁体结构形成配合，提升电机的工作性能。

第二永磁极包括第二永磁体3，第二永磁体3关于第二永磁极的磁极中心线对称，可以使得位于磁极中心线两侧的第二永磁体3能够分别与第二永磁极两侧的第一永磁极形成相同的磁路结构，保证电机整体磁路在周向方向分布的均衡性，提高电机的工作性能。

第二永磁极还包括第三永磁体4，第三永磁体4关于第二永磁极的磁极中心线对称，第二永磁体3位于第三永磁体4的周向方向的两端。第二永磁体3和第三永磁体4的矫顽力均低于第一永磁体2的矫顽力，因此第二永磁体3和第三永磁体4相互配合所形成的永磁体组合，其矫顽力仍然低于第一永磁体2的矫顽力，且由于第二永磁极上采用了两种永磁体，因此可以使得第二永磁极上能够形成更多种不同矫顽力的永磁结构，能够更加方便地与第一永磁体2之间形成配合，获得良好的磁路效果，同时可以有效提升电机的调磁范围。

优选地，位于同一永磁极的第二永磁体3和第三永磁体4呈w型。第二永磁体3和第三永磁体4的厚度不同和/或牌号不同。

在本实施例中，第一永磁体2、第二永磁体3和第三永磁体4之间满足：

0.9h1≤h2；

hcj3*br3*h3≤3/4*hcj1*br1*h1；

0.8hcj3≤hcj2≤1.3hcj3；

其中h1为第一永磁体2的厚度，h2为第二永磁体3的厚度，h3为第三永磁体4的厚度，hcj1为第一永磁体2的矫顽力，br1为第一永磁体2的剩磁，hcj2为第二永磁体3的矫顽力，br2为第二永磁体3的剩磁，hcj3为第三永磁体4的矫顽力，br3为第三永磁体4的剩磁。

优选地，h2≤h3/2；hcj2≤hcj3。

在本实施例中，第二永磁体3的厚度和矫顽力均小于第三永磁体4。采用这样的设计，在进行退磁过程中，第三永磁体4厚度较厚，且矫顽力较高，因此其磁稳定型较高，不会受到充退磁的影响；这样，在调磁过程中仅第二永磁体3的在不断的进行充磁和退磁，且由于第二永磁体3厚度较薄，矫顽力较低，其充磁过程所需要充磁电流小；同时由于其与高矫顽力磁钢串联，其等效矫顽力hcj也较高，因此其退磁电流比较高，正常状态不易出现退磁；

其中等效矫顽力hcj＝(hcj1*h1+hcj2*h2)/(h1+h2)

且第二永磁体3的主要作用是用于调节磁路有效磁通范围，仅提供少量的主磁通；而第三永磁体4整个调磁过程中磁稳定性较高；整体而言采用此结构在整个过程中充磁电流较小，所需要的控制器模块成本较低；退磁电流较大，主磁通稳定较高。

由于第二永磁体3和第三永磁体4的厚度不同，因此两款低矫顽力磁极各磁钢排布相对位置进行特殊设计，较厚第三永磁体4沿径向方向高度设置高于或低于第二永磁体3均可。

结合参见图8所示，在本实施例中，第二永磁体3沿径向方向高度高于第三永磁体4的高度，第二永磁极包括第二永磁槽6和第三永磁槽7，第二永磁体3设置在第二永磁槽6内，第三永磁体4设置在第三永磁槽7内，第二永磁体3部分伸入第三永磁槽7内，且第二永磁体3伸入第三永磁槽7的部分相对于第三永磁槽7靠近第二永磁体3一侧侧壁的最大高度为h4，其中h4/h2＜0.3，h2为第二永磁体3的厚度。

优选地，第二永磁体3与第三永磁体4之间的夹角为θ＞30°。随着比例的变化，充磁电流减小的幅度减小，即降幅越小，电流越大，整个尺寸有一个最优的比例范围。整个比例变化过程是磁钢4在移动，在大于0.3以上时虽然降幅较大，但这样同样也影响调磁倍数，因此此处限定h4/h2＜0.3，同时限定θ＞30°，能够与该比例相配合，进一步提高电机效能。

第二永磁体3和第一永磁体2在磁回路中形成串联结构，正常运行过程中高矫顽力磁钢对低矫顽力磁钢具有保磁作用，提升了整体磁回路的等效矫顽力，提升电机退磁电流，保证正常运行时回路磁稳定性。

第一永磁体2为w型时，第一永磁极上设置有第一永磁槽5，第二永磁极上设置有第二永磁槽6，第一永磁体2设置在第一永磁槽5内，第二永磁体3设置在第二永磁槽6内，第一永磁槽5与第二永磁槽6之间的夹角为-5°≤θ1≤30°。第一永磁体2为w型时，增加了高矫顽力磁钢的用量，同时对第一永磁体2和第二永磁体3的磁极间结构进行限定，能够有效提升电机效率。

优选地，第一永磁体2为w型时，第一永磁极上设置有第一永磁槽5，第一永磁体2设置在第一永磁槽5内，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，第一永磁槽5的外边缘与第二永磁槽6的外边缘之间的最小距离为h，第一永磁体2的厚度为h1，第二永磁槽6靠近第一永磁槽5的侧壁与第一永磁极和第二永磁极的交界面之间的最大距离为h5，其中：

h≥2h1；

0.5*h1≤h5≤h1。

采用该设计能够有效减小磁路磁阻，总体上可以有效提升电机效率。同时采用此设计可以有效增加极间导磁通道，增大反向时第二永磁体3对整个磁路的短路效果，从而增加了电机调磁范围10％以上。

结合参见图5所示，在本实施例中，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，在第一永磁体2的径向方向的中分线上，第一永磁体2的径向外边缘与转子铁芯1的径向外边缘之间的间距为l1，在第二永磁体3的径向方向的中分线上，第二永磁体3的径向外边缘与转子铁芯1的径向外边缘之间的间距为l2，第一永磁体2的厚度为h1，其中：

l1≥2l2；且l1≥1.8*h1。

采用该结构设计，可以使得电机的性价比最优，在充磁电流增大不大的前提下，最大限度的减小电机的退磁电流。

结合参见图3所示，在本实施例中，第一永磁体2的径向外边缘设置有导磁桥8。

结合参见图4所示，在本实施例中，第一永磁体2的径向外边缘设置有贯通转子铁芯1的径向外边缘的开口9。

通过采用图3和图4的结构，可以通过改变第一永磁体2的导磁桥8的位置，以及对第一永磁体2的外圆进行开口设计的方式，强行改变磁力线走向，增大第一永磁体2对第二永磁体3的助磁能力，从而进一步降低充磁电流大小。

结合参见图6所示，优选地，第一永磁体2的径向外边缘设置有开口9时，开口9靠近第二永磁极的一侧具有斜切边10。通过在图5的基础上进行外圆斜切角设计，可以进一步减小充磁电流，同时退磁电流变化不大，保证了电机的工作性能。

优选地，第一永磁体2的径向外边缘设置有开口9时，开口9与第二永磁极的永磁体之间设置有从转子铁芯1的径向外周缘向内凹陷的凹槽11。该凹槽11能够改变第一永磁极和第二永磁极之间的磁路走向，因此也可以起到减小充磁电流的作用。

第一永磁极上设置有第一永磁槽5，第二永磁极上设置有第二永磁槽6和第三永磁槽7，第一永磁体2设置在第一永磁槽5内，第二永磁体3设置在第二永磁槽6内，第三永磁体4设置在第三永磁槽7内，第一永磁体2与第一永磁槽5之间的间隙尺寸为d1，第二永磁体3与第二永磁槽6之间的间隙尺寸为d2，第三永磁体4与第三永磁槽7之间的间隙尺寸为d3，其中d2≥1.5d1，d3≥1.5d1。

优选地，d1≥0.1mm。磁钢槽间隙也作为磁路中的一部分，间隙越大，磁阻越大；在特殊结构下也可采用此方式来增加低矫顽力磁钢的抗去磁能力，保证低矫顽力磁钢的磁性。

结合参见图3至图7所示，根据本发明的实施例，永磁电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

优选地，永磁电机还包括电机定子12，电机定子12和电机转子之间形成气隙13，当转子铁芯1上设置有凹槽11时，凹槽11的宽度k与气隙13宽度δ之间的关系满足：

k≥1.2δ。

通过限定凹槽11的宽度与定转子气隙13的宽度之间的关系，可以有效减小充磁电流。

通过采用本发明的上述方案，经过验证，在保证电机的调磁范围提升10％以上时，可以使电机的充磁电流下降15％，退磁电流提升10％，因此有效提升了电机的工作性能，降低了电机的正常状态与退磁状态的负载转矩脉动。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上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。