一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)，該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子外殼、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼、磁楔；設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。由于磁楔具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，尺寸也可以進(jìn)行加工控制的很精密，因而，其在安裝到轉(zhuǎn)子上后，也可以對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼進(jìn)行支撐作用，加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。另外，在使用時(shí)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現(xiàn)象得到緩解，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)能力得到加強(qiáng)。
【專利說明】
一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，是一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)是指依據(jù)電磁定律實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換的一種電磁裝置。永磁同步電機(jī)(PMSM)，因?yàn)槠涔β拭芏群碗姍C(jī)效率較高，因而在現(xiàn)代工業(yè)和家用產(chǎn)品中發(fā)揮越來越重要的作用。為了提高電機(jī)的功率密度，轉(zhuǎn)子的磁鋼需要采用像釹鐵硼這樣的高磁能量永磁材料做成。電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯的磁飽和現(xiàn)象也就比較明顯。
[0003]在圖1、2顯示了一個(gè)具有外轉(zhuǎn)子的永磁同步電機(jī)(PMSM)的基本結(jié)構(gòu)，其包括轉(zhuǎn)子外殼P、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2'、定子鐵芯3'及纏繞在定子鐵芯3'上的電樞繞組4'。圖3顯示的是該電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2 '的N極和S極交替安裝于轉(zhuǎn)子外殼I '上。由于體積和重量的限制，電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼P不能夠做得較厚。
[0004]從圖4中可以看到，當(dāng)作為轉(zhuǎn)子軛部的轉(zhuǎn)子外殼I '較薄時(shí)，其磁飽和的現(xiàn)象會(huì)比較嚴(yán)重。而轉(zhuǎn)子軛部的磁飽和必然限制了磁鋼產(chǎn)生有效磁場(chǎng)的能力。但對(duì)許多永磁同步電機(jī)，為了降低電機(jī)的重量，轉(zhuǎn)子的外殼必須做得很薄。另外，在圖4中還可以看出，轉(zhuǎn)子外殼
3’磁飽和最為嚴(yán)重的地方位于一對(duì)N極和S極的勵(lì)磁磁鋼2 ’的中間部位。
[0005]要實(shí)現(xiàn)高功率密度和高效率的永磁同步電機(jī)(PMSM)，必須能夠充分利用電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁磁鋼產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力。當(dāng)使用了像釹鐵硼這樣高磁能材料，轉(zhuǎn)子磁軛的磁飽和的程度比較嚴(yán)重。這使得勵(lì)磁磁鋼的性能無法得到充分發(fā)揮，電機(jī)的功率密度受到限制，電機(jī)效率無法充分提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)，其可克服上述缺陷，充分發(fā)揮勵(lì)磁磁鋼產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的能力；提高永磁同步電機(jī)的功率山/又O
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其包括轉(zhuǎn)子外殼、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼，其還進(jìn)一步包括有磁楔；設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。磁楔和轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)表面面接觸以共同形成轉(zhuǎn)子磁軛，因而使得轉(zhuǎn)子的磁楔的厚度得到增加。
[0009]上述的磁楔采用鐵磁材料制作而成。
[0010]上述的磁楔為一組，是采用電工鋼這樣的鐵磁材料分體成形。
[0011]優(yōu)選地，上述的磁楔，包括圓環(huán)及固設(shè)于圓環(huán)上的一組豎桿，所述的該組豎桿位于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0012]優(yōu)選地，上述的磁楔成形為筒狀體，所述的筒狀體的筒壁上均勻設(shè)置有可容置轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的槽；所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼均勻裝設(shè)在所述的槽中，各個(gè)槽之間的桿位于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0013]優(yōu)選地，上述的磁楔為設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱的斜面的磁鋼磁楔，所述的兩斜面各成形為α角，所述的α角大于零；所述的磁鋼磁楔通過所述的兩斜面和所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的一對(duì)極相接。
[0014]上述有磁楔采用永久磁鋼制作而成。
[0015]優(yōu)選地，上述的磁楔還包括有鐵磁磁楔，所述的磁鋼磁楔與鐵磁磁楔依次間隔設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
[0016]一種永磁同步電機(jī)，其包括上述的電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及定子結(jié)構(gòu)，所述的定子結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的電樞繞組。
[0017]采用上述技術(shù)方案后，由于磁楔是由象電工鋼這樣的材料制成，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，尺寸也可以進(jìn)行加工控制的很精密，因而，其在安裝到轉(zhuǎn)子上后，也可以對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼進(jìn)行支撐作用，加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。另外，在使用時(shí)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現(xiàn)象得到緩解，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)能力得到加強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的組合示意圖；
[0020]圖3為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ] 圖4為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況；
[0022]圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)例例一的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例一的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明實(shí)施例一的同步電機(jī)的磁場(chǎng)分布圖；
[0027]圖10為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖11為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖12為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖13為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例四的磁楔的充磁方向和勵(lì)磁磁鋼的充磁方向以及主磁場(chǎng)回路不意圖；
[0031]圖14為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例四的磁場(chǎng)分布圖；
[0032]圖15為本發(fā)明同步電機(jī)實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0034]實(shí)施例一:
[0035]參考圖5、6所示，本發(fā)明公開了一種高功率密度的電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其包括轉(zhuǎn)子外殼1、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2、磁楔5,其中:
[0036]磁楔3是用鐵磁性材料制作而成，其設(shè)為一組，分別設(shè)于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。在具體實(shí)施時(shí)，磁楔5可以用電工鋼這樣的鐵磁材料制作而成，另外，磁楔5是采用分體式的，一個(gè)個(gè)成形的。用電工鋼這樣的鐵磁性材料來制造磁楔5后，其機(jī)械強(qiáng)度很高，尺寸可以進(jìn)行加工控制的很精密，因而，鐵磁材料所制成的磁楔5，在安裝到轉(zhuǎn)子上后，也可以對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2進(jìn)行支撐作用，加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。
[0037]參考圖9所示，在使用時(shí)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2之間的磁軛部分的厚度得到增力口，磁飽和的現(xiàn)象得到緩解，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2產(chǎn)生的磁場(chǎng)能力得到加強(qiáng)。
[0038]參考圖7、8所示，本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子外殼1、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2、定子鐵芯3、電樞繞組4及磁楔5，其中:
[0039]電樞繞組4纏繞在定子鐵芯3上的。
[0040]同樣參考圖9，由于磁楔3是用鐵磁性材料制作而成，因此，其不僅具有機(jī)械支撐作用，使整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度得到加強(qiáng)；而且，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2之間的磁軛部分的厚度得到增加，磁飽和的現(xiàn)象得到緩解，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2產(chǎn)生的磁場(chǎng)能力得到加強(qiáng)。
[0041]實(shí)施例二:
[0042]參考圖10所示，其為本發(fā)明的永磁同步電機(jī)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例一相比，其不同之處在于:
[0043]在本實(shí)施例中，磁楔5，包括一圓環(huán)51及設(shè)于圓環(huán)51上的一組豎桿52，在本實(shí)施例中，該豎桿52與圓環(huán)51 —體成形,使用時(shí),豎桿52位于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。
[0044]—體化設(shè)計(jì)，使裝配精度更好控制，裝配更為方便。且更好的加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。
[0045]實(shí)施例三:
[0046]參考圖11所示，其為本發(fā)明永磁同步電機(jī)的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例一相比，其不同之處在于:
[0047]在本實(shí)施例中，磁楔5,其成形為筒狀體,該筒狀體的筒壁上均勻設(shè)置有可容置轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的槽53。使用時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2均勻裝設(shè)在該槽53中，各個(gè)槽53之間的桿52位于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。這種磁楔5的結(jié)構(gòu)，不僅增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子外殼I的位于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙的轉(zhuǎn)子磁軛厚度，同時(shí)還增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子外殼I與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2相接觸位置的厚度。因此，其不僅具有機(jī)械支撐作用，使整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度得到加強(qiáng)；而且，使整個(gè)轉(zhuǎn)子磁軛的厚度得到增加，磁飽和的現(xiàn)象得到緩解，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2產(chǎn)生的磁場(chǎng)能力得到加強(qiáng)。
[0048]實(shí)施例四:
[0049]參考圖12所示，其為本發(fā)明永磁同步電機(jī)的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例一相比，其不同之處在于:
[0050]在本實(shí)施例中,磁楔5是采用高性能永久磁鋼制作而成。且磁楔5設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱的斜面54,該斜面54成形為α角，該α角大于零。在裝配時(shí),磁楔5通過這兩個(gè)斜面54和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的一對(duì)極相接。參考圖13所示，在安裝到轉(zhuǎn)子外殼I的磁軛后，磁楔5的充磁方向和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的不同，兩者接近垂直。磁楔5的充磁方向與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的接觸面能夠使得勵(lì)磁磁鋼所產(chǎn)生的一部分磁場(chǎng)從磁楔5中走過，從而減緩轉(zhuǎn)子磁軛的磁飽和現(xiàn)象；另外，磁楔5的磁場(chǎng)方向和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的磁場(chǎng)方向能夠形成磁場(chǎng)回路，見圖13的磁回路61。因此，磁楔5能夠加強(qiáng)電機(jī)氣隙的磁場(chǎng)，從而提高電機(jī)的功率密度及電機(jī)的效率。參考圖14所示，從中可以看出，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2所產(chǎn)生的一部分磁場(chǎng)從磁楔5中通過，因而減輕了轉(zhuǎn)子磁軛的飽和程度。
[0051]實(shí)施例五:
[0052]參考圖15所示，其為本發(fā)明永磁同步電機(jī)的實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例四相比，其不同之處在于:
[0053]在本實(shí)施例中，磁楔5包括磁鋼磁楔55和鐵磁磁楔56，該磁鋼磁楔55與實(shí)施例四中的磁楔5結(jié)構(gòu)相同，具有對(duì)稱的斜面551、552，磁鋼磁楔55通過兩斜面551、552與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的一對(duì)極相接。磁鋼磁楔55與鐵磁磁楔56依次間隔設(shè)于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的N極和S極之間的空隙中。
[0054]將該結(jié)構(gòu)的磁楔5安裝到轉(zhuǎn)子的磁軛后，磁鋼磁楔55的充磁方向和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2不同，兩者接近垂直。磁鋼磁楔55的充磁方向和與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2的接觸面能夠使得轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼2所產(chǎn)生的一部分磁場(chǎng)從磁楔磁鋼中走過。這種結(jié)構(gòu)，一方面，可以改善轉(zhuǎn)子磁軛的磁飽和程度，并且增加電機(jī)的功率密度。另一方面，由于采用鐵磁材料制成磁楔，磁鋼得到支撐，轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度得到增強(qiáng)。再者，采用混合磁楔的轉(zhuǎn)子，可以實(shí)現(xiàn)高功率密度的電機(jī)并且改進(jìn)電機(jī)的效率。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其包括轉(zhuǎn)子外殼、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼，其特征在于:其還進(jìn)一步包括有磁楔；設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔采用鐵磁材料制作而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔為一組，是采用鐵磁材料分體成形。
4.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔，包括圓環(huán)及固設(shè)于圓環(huán)上的一組豎桿，所述的該組豎桿位于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中，并且和轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)表面有面接觸，以共同組成轉(zhuǎn)子的磁軛。
5.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔成形為筒狀體，所述的筒狀體的筒壁上均勻設(shè)置有可容置轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的槽；所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼均勻裝設(shè)在所述的槽中，各個(gè)槽之間的桿位于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中；磁楔所形成的圓筒和轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)表面面接觸，以共同組成轉(zhuǎn)子的磁軛。
6.如權(quán)利要求1所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔為設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱的斜面的磁鋼磁楔，所述的兩斜面各成形為α角，所述的α角大于零；所述的磁鋼磁楔通過所述的兩斜面和所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的一對(duì)極相接。
7.如權(quán)利要求6所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述有磁楔采用永久磁鋼制作而成。
8.如權(quán)利要求6所述的高功率密度的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的磁楔還包括有鐵磁磁楔，所述的磁鋼磁楔與鐵磁磁楔依次間隔設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁鋼的N極和S極之間的空隙中。
9.一種永磁同步電機(jī)，其特征在于:其包括權(quán)利要求1-8任一所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及定子結(jié)構(gòu)，所述的定子結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的電樞繞組。
【文檔編號(hào)】H02K21/12GK104426265SQ201310411199
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】畢磊 申請(qǐng)人:峰岹科技（深圳）有限公司