一种高转矩密度的混合永磁电机转子结构的制作方法

本发明公开了一种高转矩密度的混合永磁电机转子结构，属于电机技术领域。

背景技术

稀土材料广泛应用于电机等工业生产，但稀土作为一种战略性资源，常年供应不稳定，价格不断上涨。因此采用价格低廉，供应稳定的非稀土永磁，如铁氧体部分代替稀土永磁应用于电机中，能够显著降低电机制造成本。但由于铁氧体的磁能积远低于钕铁硼永磁材料且矫顽力较低，通过合理的转子设计，使得在降低稀土永磁材料用量的同时保证电机的高转矩密度。以及提高电机的抗去磁能力，成为重点。本发明针对以上问题，通过转子结构设计，使两种永磁体排布合理，可以降低成本且提高电机的转矩密度，降低铁芯和涡流损耗，提高了电机的效率。

混合永磁电机的工作原理为，两种混合永磁体作为励磁源内置于转子上，产生磁场，与定子电励磁产生的旋转磁场相互作用，使得转子转动。虽然永磁体内置于转子上具有凸极效应，可以用磁阻转矩，但不可避免的出现漏磁，永磁体利用率降低，且铁氧体永磁材料的磁能积远低于钕铁硼，矫顽力也较低，易被退磁。因此合理的设置永磁体的位置排布，隔磁槽能够在降低成本的同时提高电机的转矩密度和效率。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种混合永磁电机的转子结构，该转子结构不仅能够降低传统稀土永磁电机的成本，还因为永磁体位置和隔磁磁障的设计能够提高电机的转矩密度，同时提高电机的效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合永磁电机转子结构，所述转子上沿垂直于圆周方向上设有若干矩形槽(2),所述矩形槽(2)下端与拱形槽(3)相连通，连通槽中嵌有矩形铁氧体(7)，且铁氧体(7)的磁化方向为切向垂直于永磁体面；所述矩形槽(2)上端与t形槽(4)相连通；所述t形槽(4)左右两侧均设有v形槽(5)；所述v形槽(5)与开口相对的另一端部设有加强筋(6)；所述v形槽(5)的左右两个槽内嵌有极性相同的钕铁硼(8)；所述v形槽(5)接近加强筋(6)侧设有梯形槽(9)以限制钕铁硼(8)的移动。

优选的：所述拱形槽(3)为拱桥形结构，包括外层圆弧和内层圆弧，所述内外层圆弧平行，靠近转轴的内层圆弧与铁氧体(7)相切，以限制铁氧体(7)的移动。

优选的：所述t形槽(4)上层“一”形部分包括内外层弧线，内外层弧线均与转子圆弧平行。下层“1”形部分与矩形槽(2)相连通，宽度较矩形槽(2)宽度窄，一限制铁氧体(7)的移动。

优选的：所述v形槽(5)的开口指向定子，开口处与两侧相邻的t形槽(4)相连通。

优选的：所述矩形槽(2)的个数为6个，矩形槽的宽度与长度比为1:1.5-2。

优选的：所述拱形槽(3)的宽度与铁氧体(7)的宽度比为1:1.75-2.25，拱形槽(3)的上侧弧线距其弧心的距离与下侧弧线距其弧心的距离比为1-2：3。

优选的：所述t形槽(4)下层“1”形部分宽度与铁氧体(7)的宽度比为1:1.75-2.25，上层“一”形宽度与“1”形宽度比为1-1.25:1。

优选的：所述钕铁硼(8)的宽度与其长度比约为1：7.5-8.5，所述加强筋(6)的宽度与钕铁硼(8)的宽度比为0.75-1.25:1。

优选的：所述梯形槽(9)的下侧与钕铁硼(8)的端部成α夹角，所述α的夹角为60-85°。

优选的：所述斜切面(11)与钕铁硼(8)的端部成β夹角，所述β的夹角为120-150°。

本发明提供的一种混合永磁电机的转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：

1.转子上沿圆周方向设有矩形槽，矩形槽下侧设有拱形槽与其连通，该拱形槽用来调整磁通路径，起到规划磁路的效果。因此通过优化该拱形槽的宽度与距上下层圆弧弧心的距离以及矩形槽的长宽比能够减小漏磁，高电机效率。

2.矩形槽上侧接近圆周处设有连通的t形槽，t形槽左右两侧设有v形槽，左右两个槽中嵌有极性相同钕铁硼，磁化方向垂直于钕铁硼表面。钕铁硼上侧与铁氧体形成串联磁路，下侧与铁氧体形成并联磁路，因此通过优化铁氧体和钕铁硼的用量以及位置能够提高永磁体利用率，提高转矩密度且提高铁氧体的抗退磁能力。

3.v形槽底部设有梯形槽，梯形槽能够限制钕铁硼的移动，且起到减少漏磁的作用。两个梯形槽中间设有加强筋，提高的电机的机械强度。

4.t形槽上侧弧线距转子圆周有一定的距离，在保证机械强度的同时能够有效减小三块永磁体聚集处的漏磁，提高电机效率。

综上所述，本发明不仅能够提高混合永磁电机的转矩密度，而且能够减少漏磁，提高永磁体利用率和电机效率。

附图说明

图1-4为实施例1的附图说明

图1为高转矩密度的混合永磁电机的转子结构图

图2为矩形槽、拱形槽和t形槽的结构图

图3为v形槽、矩形槽的结构图

图4为钕铁硼和铁氧体永磁材料的磁化方向示意图，图中，箭头方向为磁化方向。

其中：1为硅钢片，2为矩形槽，3为拱形槽，4为t形槽，5为v形槽，6为加强筋，7为铁氧体永磁材料，8为钕铁硼永磁材料，9为梯形槽，α为钕铁硼与梯形槽下层斜面的夹角。

图5-8为实施例2的附图说明

图5为高转矩密度的混合永磁电机的转子结构图

图6为矩形槽、拱形槽和矩形开口槽的结构图

图7为v形槽、矩形槽的结构图

图8为钕铁硼和铁氧体永磁材料的磁化方向示意图，图中，箭头方向为磁化方向。

其中：1为硅钢片，2为矩形槽，3为拱形槽，4为矩形开口槽，5为v形槽，6为加强筋，7为铁氧体永磁材料，8为钕铁硼永磁材料，9为梯形槽，10为加强筋，11为斜切面，α为钕铁硼与梯形槽下层斜面的夹角，β为钕铁硼与斜切面夹角。

具体实施方式

实施例1

结合附图1-4对本发明实例1作更进一步的说明。

一种混合永磁电机转子结构，所述转子上沿垂直于圆周方向上设有若干矩形槽(2),所述矩形槽(2)下端与拱形槽(3)相连通，连通槽中嵌有矩形铁氧体(7)，且铁氧体(7)的磁化方向为切向垂直于永磁体面；所述矩形槽(2)上端与t形槽(4)相连通；所述t形槽(4)左右两侧均设有v形槽(5)；所述v形槽(5)与开口相对的另一端部设有加强筋(6)；所述v形槽(5)的左右两个槽内嵌有极性相同的钕铁硼(8)；所述v形槽(5)接近加强筋(6)侧设有梯形槽(9)以限制钕铁硼(8)的移动。

所述拱形槽(3)为拱桥形结构，包括外层圆弧和内层圆弧，所述内外层圆弧平行，靠近转轴的内层圆弧与铁氧体(7)相切，以限制铁氧体(7)的移动。

所述t形槽(4)上层“一”形部分包括内外层弧线，内外层弧线均与转子圆弧平行。下层“1”形部分与矩形槽(2)相连通，宽度较矩形槽(2)宽度窄，一限制铁氧体(7)的移动。

所述v形槽(5)的开口指向定子，开口处与两侧相邻的t形槽(4)相连通。

所述矩形槽(2)的个数为6个，矩形槽的宽度与长度分别为2mm和3.5mm。

所述拱形槽(3)的宽度为1mm，铁氧体(7)的宽度为2mm，拱形槽(3)的上侧弧线距其弧心的距离与下侧弧线距其弧心的距离分别为2.5mm和3.5mm。

所述t形槽(4)下层“1”形部分宽度1mm，上层“一”形宽度为1.15mm。

所述钕铁硼(8)的宽度与其长度分别为1mm和8mm，所述加强筋(6)的宽度为1.05mm。

所述梯形槽(9)的下侧与钕铁硼(8)的端部成α夹角，所述α的夹角为75°。

实施例2

结合附图5-8对本发明的实例2作更进一步说明。

一种混合永磁电机转子结构，所述转子上沿垂直于圆周方向上设有若干矩形槽(2),所述矩形槽(2)下端与拱形槽(3)相连通，连通槽中嵌有矩形铁氧体(7)，且铁氧体(7)的磁化方向为切向垂直于永磁体面；所述转子圆周上设有矩形开口槽(4)，所述矩形槽(2)上端与矩形开口槽(4)相连通；所述矩形开口槽(4)左右两侧均设有v形槽(5)；所述v形槽(5)与开口相对的另一端部设有加强筋(6)；所述v形槽(5)的左右两个槽内嵌有极性相同的钕铁硼(8)；所述v形槽(5)接近加强筋(6)侧设有梯形槽(9)以限制钕铁硼(8)的移动。

所述拱形槽(3)为拱桥形结构，包括外层圆弧和内层圆弧，所述内外层圆弧平行，靠近转轴的内层圆弧与铁氧体(7)相切，以限制铁氧体(7)的移动。

所述v形槽(5)的开口指向定子，开口处两端设有加强筋(10)，以提高机械强度，减小漏磁。

所述矩形槽(2)的个数为6个，矩形槽的宽度与长度分别为2mm和3.5mm。

所述拱形槽(3)的宽度为1mm，铁氧体(7)的宽度为2mm，拱形槽(3)的上侧弧线距其弧心的距离与下侧弧线距其弧心的距离分别为2.5mm和3.5mm。

所述矩形开口槽(4)宽度为1mm，沿圆周方向设置，形成不规则转子圆周。

所述钕铁硼(8)的宽度与其长度分别为1mm和8mm，所述加强筋(6)的宽度为1.05mm。

所述梯形槽(9)的下侧与钕铁硼(8)的端部成α夹角，所述α的夹角为75°。

所述斜切面(11)与钕铁硼(8)的端部成β夹角，所述β的夹角为140°。

利用“合理设计两种混合永磁体结构提高永磁体利用率”，在以转轴轴心为圆心的转子上设有若干矩形槽，其中嵌有切向充磁的铁氧体磁钢，磁化方向垂直于磁钢面；矩形槽底部设有与其相连通的拱形槽，该拱形槽用于调整磁通路径，减小铁氧的的端部漏磁；矩形槽上端设有与其相连通的t形槽/矩形开口槽,该槽起到隔磁作用，减小两种混合永磁体的端部漏磁，提高永磁体利用率；t形槽左右两侧均设有v形槽，槽中嵌有磁极相同的钕铁硼永磁磁钢，该磁钢的磁化方向垂直于磁钢面；钕铁硼上端与铁氧体形成串联磁路，能够有效抵抗电枢影响导致的退磁现象的发生，同时由于磁链的串联，能为低磁能的铁氧体充磁；钕铁硼下端与上端形成并联磁路；v形槽底部设有加强筋，通过优化加强筋的宽度，减小漏磁且增加机械强度。通过合理设计两种混合永磁结构和各类隔磁槽，提高永磁体利用率，改善转矩性能，减小漏磁，降低铁芯损耗与涡流损耗，提高电机效率。

如图1-4所示为电机实施例1说明。

如图1所示；混合永磁电机转子结构，该转子上沿圆周方向垂直设有6个矩形槽，槽内嵌有铁氧体磁钢。

如图2所示；矩形槽下端与拱形槽相连通，矩形槽上端与t形槽相连通；拱形槽的宽度为1mm，拱形槽的上侧弧线距其弧心的距离与下侧弧线距其弧心的距离分别为2.5mm和3.5mm，铁氧体的宽度为2mm，长度为3.5mm，t形槽下层“1”形部分宽度1mm，上层“一”形宽度为1.15mm。

如图3所示，v形槽底部设有加强筋；v形槽的左右两个槽内嵌有极性相同的钕铁硼；v形槽接近加强筋侧设有梯形槽以限制钕铁硼的移动。钕铁硼的宽度与其长度分别为1mm和8mm，加强筋的宽度为1.05mm，梯形槽的下侧与钕铁硼的端部成α夹角，所述α的夹角为75°

如图4所示，轮辐状矩形铁氧体为切向充磁，v形槽中的钕铁硼为径向充磁，与铁氧体构成串联磁路。

如图5-8所示为电机实施例2说明。

如图5所示；混合永磁电机转子结构，该转子上沿圆周方向垂直设有6个矩形槽，槽内嵌有铁氧体磁钢。

如图6所示；矩形槽下端与拱形槽相连通，矩形槽上端与矩形开口槽相连通；拱形槽的宽度为1mm，拱形槽的上侧弧线距其弧心的距离与下侧弧线距其弧心的距离分别为2.5mm和3.5mm，铁氧体的宽度为2mm，长度为3.5mm，矩形开口槽宽度1mm。

如图7所示，v形槽底部设有加强筋；v形槽的左右两个槽内嵌有极性相同的钕铁硼；v形槽接近加强筋侧设有梯形槽以限制钕铁硼的移动。钕铁硼的宽度与其长度分别为1mm和8mm，加强筋的宽度为1.05mm，梯形槽的下侧与钕铁硼的端部成α夹角，所述α的夹角为75°斜切面(11)与钕铁硼(8)的端部成β夹角，所述β的夹角为140°。

如图8所示，轮辐状矩形铁氧体为切向充磁，v形槽中的钕铁硼为径向充磁，与铁氧体构成串联磁路。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。