CN118054597A - 轴向磁通永磁电机及其转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴向磁通电机及其转子。转子为环盘形构造，包括转子主体和布置于转子主体上的磁体，磁体沿周向分成多段，相邻段磁体的磁极交替。根据本发明，各段磁体构造为沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称。轴向磁通电机包括定子以及上述的转子。本发明的上述布置大大降低了轴向磁通电机的齿槽扭矩和扭矩波动，同时提高了磁通密度的基波分量。

Description

轴向磁通永磁电机及其转子

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是轴向磁通电机。具体而言，在第一方面，本发明涉及用于轴向磁通电机转子的分段式磁体阵列。在第二方面，本发明涉及包括该分段式磁体阵列的轴向磁通电机。

背景技术

轴向磁通永磁电机由于具有轴向体积小、重量轻、功率密度高和效率高等优点，因此特别适合于电力驱动、例如车辆等应用。

为了在永磁电机中布置电枢绕组，需要在电枢铁芯中设置齿槽。这会导致转子永磁体和电枢铁芯之间相互作用，产生齿槽扭矩。齿槽扭矩会使电机扭矩波动，产生振动和噪声，同时出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能，而且还使电机产生不希望的振动和噪声。

传统的轴向磁通电机一般具有梯形或矩形气隙磁密。相应的，电机的反电动势波形也呈现出梯形或矩形。因此，电机具有较高的齿槽扭矩和扭矩波动，这对于电机性能具有不利影响。图1显示了一种现有技术的转子10，其为盘形构造，包括转子主体11和磁体，该磁体12沿周向等分成多段，相邻段磁体的磁极交替。磁体各段可以粘附到转子主体11上，或与之一体形成，然后通过对磁体各段进行轴向充磁来形成交替的磁极。

为了避免齿槽扭矩造成的不利影响，通常采用的方法是转子斜极方法。对于轴向磁通永磁电机，由于转子为盘形构造，所以一般是将每段磁体沿一定方向偏斜一定角度。虽然能够降低齿槽扭矩，但是这种方法却减小了磁通密度的基波分量(fundamentalcomponent)，导致电机的扭矩密度下降。

因此，仍然存在既要保证电机性能又要减小齿槽扭矩的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的降低电机齿槽扭矩和扭矩波动的方式。根据一方面，本发明提供一种转子，该转子为环盘形构造，包括转子主体和布置于转子主体上的磁体，磁体沿周向分成多段，相邻段磁体的磁极交替。根据本发明，各段磁体构造为沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称。

优选的，各段磁体彼此相同。此布置便于制造。

优选的，极弧系数之比可在0.75-0.85的范围内选择。

根据另一实施例，磁体构造成一体的磁环。例如，磁体由一块磁钢一体形成，通过利用充磁头对磁钢进行局部充磁而形成径向周向分布的正弦波磁环。此方式可以实现柔性制造和高费效比。

根据另一实施例，磁体可以附接于转子主体，例如将各段磁体或磁环粘附到转子主体上。

优选的，谐波(如三阶谐波或五阶谐波)被注入磁体的轮廓上。以此方式，可以降低电机的齿槽转矩和转矩波动。

根据本发明，磁体可以是铁氧体或稀土磁体，可以是各向同性或异性磁体，如烧结或粘结的钕铁硼磁体或铁氧体磁体。

另一方面，本发明提供一种轴向磁通永磁电机，其包括定子和如上所述的转子。根据实施例，转子为外转子。

与采用图1所示的转子的轴向磁通永磁电机相比，本发明的上述布置大大降低了轴向磁通永磁电机的齿槽扭矩和扭矩波动，同时提高了磁通密度的基波分量。由此，可以提高电机的扭矩密度。因此，对于给定的扭矩，所需要的磁体体积显著减少。

附图说明

在附图中将更加详细地解释本发明的一些实施例，其中：

图1是现有技术的分段磁体形式的轴向磁通电机转子的示意图；

图2是本发明第一实施例的轴向磁通电机转子的示意图；

图3是本发明第二实施例的轴向磁通电机转子的示意图，其中还显示了充磁机构；

图4A是图3的充磁机构的示意图，其中去掉了充磁线圈；

图4B是图3的充磁机构的示意图，其中示出了充磁线圈；

图5是采用本发明与现有技术的轴向磁通电机转子的电机齿槽扭矩的比较示意图。

附图不一定按比例绘制。附图中。相似的附图标记表示相似的部件。

具体实施方式

图2显示了本发明第一实施例的轴向磁通永磁电机转子100的示意图。转子100为圆环盘形构造，包括转子主体110和布置于转子主体110上的磁体120。磁体120沿周向分成多段，相邻段磁体的磁极交替。如图所示，各段磁体彼此相同，均构造为沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称。磁体可以采用烧结钕铁硼磁体，也可以采用其它材料，如铁氧体或稀土材料。转子主体110可以为导磁材料。各段磁体单独加工成型，然后分别粘附到转子主体110上。

本例中，极弧系数，即极弧长度于极距之比可在0.75-0.85的范围内选择。此外，为进一步降低电机的齿槽转矩和转矩波动，三阶谐波或五阶谐波被注入磁体120的轮廓上。

图3显示了本发明第二实施例的轴向磁通永磁电机转子的示意图。与第一实施例区别在于，在本例中，转子的磁体是一体的磁环200，其中磁环200由一块磁钢一体形成，通过充磁机构300的正弦充磁头对磁钢进行局部充磁，即仅对磁钢的极弧系数内的磁体段部分进行充磁，磁体段部分之间不充磁，从而形成磁极S和N交替的磁体段，且各磁体段沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称。

图3还显示了用于磁环200的充磁机构300，其包括充磁轭310和充磁线圈320。图4A和图4B分别示出了未安装充磁线圈和安装了充磁线圈的充磁机构300。

如图4A所示，充磁轭310包括主体311和充磁头312，各充磁头彼此间隔开，并且构造相同，均构造为沿径向符合正弦曲线，并且关于径向对称。如图4B所示，充磁线圈320缠绕在充磁轭310的各充磁头312上。各充磁线圈320通入由脉冲磁化设备生成的脉冲电流，产生交替的S磁极和N磁极，然后对磁环200进行充磁(充磁头之间的充磁轭310的主体部分构成磁通返回通路)，由此在磁环200中产生磁极S和N交替的、沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称的磁体段。充磁机构300可以采用高导磁铁磁材料，通过叠层制成，然后再加工成如图4A所示的构造。

针对采用本发明实施例的转子组件和传统构造的转子组件的轴向磁通电机，发明人进行了试验。图5显示了采用本发明实施例的转子组件的电机与采用现有技术的转子部件的电机的齿槽扭矩和扭矩波动的比较。

从图5中的比较结果可以清楚看到，与传统的轴向磁通电机相比，采用本发明实施例的转子组件的电机的齿槽扭矩和扭矩波动均得到显著降低(本发明实施例的扭矩波动数值为1.98，显著小于现有技术的28.75，单位为毫牛米)。

在一些情形中，在本发明中公开的特征可以与其它特征无关地使用。另一方面，当有必要时，可以组合在本发明中公开的特征以提供各种组合。

本发明中使用的措辞和表述都是说明性的而非限制性的，因此使用这些措辞和表述并不意图将图示和描述的特性的任何等同物排除在本发明的范围之外。例如，转子形状不限于圆形，而是可以有各种变化。因此，在权利要求书的范围内可能存在各种修改、变型和替代例。权利要求书意图涵盖所有此类等同物。

Claims (9)

1.一种转子，该转子为环盘形构造，包括转子主体和布置于转子主体上的磁体，磁体沿周向分成多段，相邻段磁体的磁极交替，其特征在于，各段磁体构造为沿径向符合正弦曲线并且关于径向对称。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，各段磁体彼此相同。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，极弧系数在0.75-0.85的范围内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，磁体构造成一体的磁环，通过利用充磁头对磁环进行局部充磁而形成径向周向分布的正弦波磁环。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，磁体附接于转子主体。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，三阶谐波或五阶谐波被注入磁体的轮廓上。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，磁体为烧结或粘结的钕铁硼磁体或铁氧体磁体。

8.一种轴向磁通电机，其包括定子以及转子，其特征在于，转子构造成根据权利要求1-7中任一项所述的转子。

9.根据权利要求8所述的轴向磁通电机，其特征在于，转子为外转子。