電機轉子以及永磁電機的制作方法

本實用新型涉及電機技術領域，具體而言，涉及一種電機轉子以及永磁電機。

背景技術：

永磁體切向磁化結構的電機由于具有“聚磁”效果，較徑向式結構能夠產生更高的氣隙磁密，使得電機具有較大的轉矩/電流比和轉矩/體積比，越來越多地被應用于伺服系統、電力牽引、辦公自動化、家用電器等場合。

一般為了更好的發揮切向永磁電機的“聚磁”效果，需要增加電機的極對數，但隨著極對數的增加，相同轉速下電機鐵損會明顯加大，導致電機效率下降。

技術實現要素：

本實用新型旨在提供一種電機轉子以及永磁電機，以解決永磁電機效率不高的問題。

本實用新型提供了一種電機轉子，包括：

轉子鐵芯；

N個弧形永磁體，N個所述弧形永磁體以所述轉子鐵芯的轉子中心為圓心按圓周方向排布設置在所述轉子鐵芯上，其中任一個所述弧形永磁體在垂直于轉子中心的截面上呈弧形，任一個所述弧形永磁體沿切向磁化；

其中，任兩個相緊鄰的所述弧形永磁體中的一個所述弧形永磁體的凸面與另一個所述弧形永磁體的凹面相對設置且極性相同；

其中，N為大于或等于4的偶數。

進一步地，所述轉子鐵芯能沿旋轉方向轉動，其中任一個所述弧形永磁體的凸面沿所述旋轉方向位于該所述弧形永磁體的凹面的前側。

進一步地，2.5D≥H≥1.5D，其中D表示所述弧形永磁體在垂直于轉子中心的截面上的厚度，H表示以所述弧形永磁體的凸面最高點為切點的切線與所述弧形永磁體的凹面最低點之間的距離。

進一步地，2D≥H≥1.8D。

進一步地，任一個弧形永磁體具有朝向所述轉子鐵芯外側的第一端和朝向所述轉子鐵芯內側的第二端。

進一步地，所述弧形永磁體的第一端的凹面與凸面之間的中點為第一中點，該所述弧形永磁體的第二端的凹面與凸面之間的中點為第二中點，所述第一中點、所述第二中點與所述轉子中心共線。

進一步地，至少一個所述弧形永磁體在垂直于轉子中心的截面上的厚度自第二端至第一端逐漸增加。

進一步地，0.25≥C*H/M²≥0.1，其中，M表示所述弧形永磁體的磁場焦點與所述弧形永磁體的凸面之間的距離，H表示以所述弧形永磁體的凸面最高點為切點的切線與所述弧形永磁體的凹面最低點之間的距離，C表示所述弧形永磁體在垂直于轉子中心的截面上的寬度。

進一步地，所述弧形永磁體的第一端的凹面與凸面之間的中點為第一中點，該所述弧形永磁體的第二端的凹面與凸面之間的中點為第二中點，由所述第一中點與所述轉子中心形成的第一線段和由所述第二中點與所述轉子中心形成的第二線段所呈的夾角為θ，25°≥θ≥10°。

進一步地，N個所述弧形永磁體以所述轉子鐵芯的轉子中心為圓心按圓周方向均勻排布。

進一步地，所述轉子鐵芯能沿旋轉方向轉動，所述弧形永磁體的第一端沿所述旋轉方向位于所述弧形永磁體的第二端的前側。

本實用新型提供了一種永磁電機，包括電機定子和如上述的電機轉子。

根據本實用新型的電機轉子和永磁電機，可以減小電機鐵損，提高永磁電機的效率。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本實用新型一個實施例的電機轉子的結構示意圖；

圖2是圖1中電機磁鏈隨H/D變化圖；

圖3是根據本實用新型另一個實施例的電機轉子的結構示意圖；

圖4是根據本實用新型又一個實施例的電機轉子的結構示意圖；

圖5是根據本實用新型再一個實施例的電機轉子的結構示意圖；

附圖標記說明：

1、弧形永磁體；11、凸面；12、凹面；13、第一中點；14、第二中點；15、最高點；16、第一端；17、第二端；18、最低點；19、磁場焦點；2、轉子鐵芯；3、轉子中心；41、第一線段；42、第二線段；5、旋轉方向。

具體實施方式

下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。

如圖1所示，根據本實用新型的電機轉子包括轉子鐵芯2和六個弧形永磁體1，六個弧形永磁體1以所述轉子鐵芯2的轉子中心3為圓心按圓周方向排布設置在所述轉子鐵芯2上。當然，在其他可選的實施方式中，所述弧形永磁體1的數量可以為4個、8個或其他大于或等于4的正整數。所述弧形永磁體1可以為沿切向磁化的非稀土永磁體。

任一個所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上呈弧形。任兩個相緊鄰的所述弧形永磁體1中的一個所述弧形永磁體1的凸面11與另一個所述弧形永磁體1的凹面12相對設置。任兩個相緊鄰的所述弧形永磁體1中的一個所述弧形永磁體1的凸面11與另一個所述弧形永磁體1的凹面12的極性相同。

具體的，位于圖1中正上方的弧形永磁體1的凸面11的極性為S極，其凹面12的極性為N極。相鄰且位于圖1中正上方的弧形永磁體1的左側的弧形永磁體1的凹面12與位于圖1中正上方的弧形永磁體1的凸面11相對。相鄰且位于圖1中正上方的弧形永磁體1的左側的弧形永磁體1的凹面12的極性為S極。相鄰且位于圖1中正上方的弧形永磁體1的右側的弧形永磁體1的凸面11與位于圖1中正上方的弧形永磁體1的凹面12相對。相鄰且位于圖1中正上方的弧形永磁體1的右側的弧形永磁體1的凸面11的極性為N極。相似的，在此不再累述。

通過采用弧形永磁體1，并利用弧形永磁體1的凸面11的弧長大于凹面12的弧長的特點，提升了一個磁極下的弧形永磁體1的表磁面積，從而增加了轉子在定子繞組上產生的感應磁通，使得切向永磁電機在極數較少的情況下，也能產生很好的聚磁作用，有效增大了電機的轉矩密度，減小了電機鐵損，提高了電機的效率。

繼續參照圖1所示，任一個弧形永磁體1具有朝向所述轉子鐵芯2外側的第一端16和朝向所述轉子鐵芯2內側的第二端17。所述弧形永磁體1的第一端16的凹面12與凸面11之間的中點為第一中點13，該所述弧形永磁體1的第二端17的凹面12與凸面11之間的中點為第二中點14，所述第一中點13、所述第二中點14與所述轉子中心3共線。

在一個優選的實施方式中，參照圖1所示，所述轉子鐵芯2能沿旋轉方向5轉動，其中任一個所述弧形永磁體1的凸面11沿所述旋轉方向5位于該所述弧形永磁體1的凹面12的前側。經過研究發現，弧形永磁體1產生的磁場多數經過旋轉前側的區域進入定子，通過將弧形永磁體1突起方向設置在轉子旋轉方向5的前側，可以增大弧形永磁體1旋轉前側的面積，減少在磁場在這一區域的飽和，增大了電機的輸出轉矩。

在一個優選的實施方式中，經過研究發現，參照圖2所示，當H/D大于等于1.5時可有效增大電機磁鏈，但隨著H/D的增加會導致永磁體弧度變深，這會導致永磁體的制造成本顯著增加，因此，將H設置成1.5倍到2.5倍永磁體厚度之間，既可以增大電機永磁體磁鏈也不會帶來較大的成本增加。其中，D表示所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上的厚度，H表示以所述弧形永磁體1的凸面11最高點15為切點的切線與所述弧形永磁體1的凹面12最低點18之間的距離。更優選地，2D≥H≥1.8D，可以使得電機兼具更佳的性能與成本比值。

在一個優選的實施方式中，參照圖3所示，至少一個所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上的厚度自第二端17至第一端16逐漸增加。參照圖3所示，所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上的第一端16的厚度為D1，所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上的第一端16的厚度為D2，其中，D1小于D2。經過研究表明，所述弧形永磁體1靠近所述轉子外側的部分主要產生主磁通，所述弧形永磁體1靠近所述轉子內側的部分容易產生更多的漏磁通。由此采用該種結構，電機轉子可以在不增加漏磁通的情況下，增加電機的主磁通，提高電機的性能。

在一個優選的實施方式中，參照圖4所示，0.25≥C*H/M²≥0.1，其中，M表示所述弧形永磁體1的磁場焦點19與所述弧形永磁體1的凸面11之間的距離，H表示以所述弧形永磁體1的凸面11最高點15為切點的切線與所述弧形永磁體1的凹面12最低點18之間的距離，C表示所述弧形永磁體1在垂直于轉子中心3的截面上的寬度。由于弧形永磁體1磁場方向聚合在永磁體凹進的一側，可以使得弧形永磁體1的體積不變的情況下增大電機的磁通，有效增大電機轉矩密度。

在一個優選的實施方式中，參照圖1所示，六個所述弧形永磁體1以所述轉子鐵芯2的轉子中心3為圓心按圓周方向均勻排布，使得該電機轉子的磁場分布均勻，從而保證該電機的性能。

在一個優選的實施方式中，參照圖5所示，所述弧形永磁體1的第一端16沿所述旋轉方向5位于所述弧形永磁體1的第二端17的前側。如前所述，所述弧形永磁體1靠近所述轉子外側的部分主要產生主磁通，所述弧形永磁體1靠近所述轉子內側的部分容易產生更多的漏磁通。由此，可以在轉子體積不變的條件下，增大電機永磁體的磁通面積。

在另一個優選的實施方式中，繼續參照圖5所示，所述弧形永磁體1的第一端16的凹面12與凸面11之間的中點為第一中點13，該所述弧形永磁體1的第二端17的凹面12與凸面11之間的中點為第二中點14，由所述第一中點13與所述轉子中心3形成的第一線段41和由所述第二中點14與所述轉子中心3形成的第二線段42所呈的夾角為θ，經過研究表明，在25°≥θ≥10°可以有效增大電機的轉矩密度。

根據本實用新型的永磁電機，包括電機定子和如上述權利要求的電機轉子。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。