混合励磁转子及混合励磁表贴式永磁电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种混合励磁转子及混合励磁表贴式永磁电机，包括转轴，固定于转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外侧圆周设置有若干转子极，转子极之间设置有空气气隙间隔，每个转子极都包括了多个弧形磁钢，且所述弧形磁钢包括第一磁钢和第二磁钢两种，且第一磁钢的矫顽力与第二磁钢具有相同或者相近的剩磁，但两者的矫顽力不同；且第一磁钢和第二磁钢依次交替设置，本实用新型专利技术可以做到更低的转矩输出成本，同时还具有结构简单有利于工厂批量化生产和不影响电机的电磁特性以及便于弱磁控制的特点。

【技术实现步骤摘要】
混合励磁转子及混合励磁表贴式永磁电机
本技术属于永磁电机
，具体涉及一种混合励磁转子及混合励磁表贴式永磁电机。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。电机是现代工业生产以及人类生活的重要组成部分，同时也是国家经济重要推力之一。稀土材料一直是世界上重要的稀缺资源，随着稀土材料的应用和科学技术的发展，永磁材料的种类和性能得到了质的飞跃。于是随着永磁材料的进步，永磁电机在电动汽车、家用电器、风力发电机、航天航空、智能机器人、医疗器械、农业生产等领域的应用也越来越广泛。稀土永磁体的超高磁性能可使电机的重量比常规电机减少30-50％，提高了电机的功率密度；永磁电机的功率因数很高，在电机的快速调速特性、过载能力等方面优点十分显著，有明显取代异步电机的趋势。表贴式永磁电机因其结构简单，可靠性高，制造工艺简单，易于矢量控制，所以被广泛的使用在各种场合。但是随着稀土材料的紧张和价格不断的上涨，严重限制了表贴式永磁电机的研发和发展。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种混合励磁转子及混合励磁表贴式永磁电机，本技术能够降低转矩输出成本,提高单位成本的转矩输出，同时还具有结构简单，不影响电机的电磁特性以及便于弱磁控制的特点。根据一些实施例，本技术采用如下技术方案：一种混合励磁转子，包括转轴，固定于转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外侧圆周设置有若干转子极，转子极之间设置有空气气隙间隔，每个转子极都包括了两个弧形磁钢，且所述弧形磁钢包括第一磁钢和第二磁钢两种，且第一磁钢与第二磁钢具有相同或者相近的剩磁，但两者的矫顽力不同；且第一磁钢和第二磁钢依次交替设置。上述方案充分利用了定子电流产生的磁动势来降低在永磁体上的花费。在定子产生的助磁区域内使用低矫顽力的永磁体如铝镍钴等来实现降低电机成本的目的，在定子产生的退磁区域内使用高矫顽力的永磁体如钕铁硼等来保证电机的转矩输出。电流产生的磁动势方向与永磁材料充磁方向相同，则会对永磁材料产生一定的充磁或者助磁，其充磁或者助磁的效果取决于永磁材料的矫顽力，矫顽力越小的永磁材料越容易被充磁或者越容易凸显助电流产生磁动势的助磁效果，矫顽力越大的永磁材料越难被充磁或者越难凸显电流产生磁动势的助磁效果，当永磁材料的充磁方向与电流产生磁动势的方向相反时，永磁材料会有退磁风险，其退磁情况依旧取决于永磁材料的矫顽力，矫顽力越大的永磁材料退磁效果越小，矫顽力越小的永磁材料其退磁效果越大。电机在稳态运行过程中，如果所用第二磁钢全部始终处于充磁或助磁状态下，那么可以很好的提高第二磁钢对转矩的贡献度，从而实现电机转矩的提升，降低电机的转矩成本，实现单位成本输出转矩更高的目的。作为可选择的实施方式，所述第一磁钢为钕铁硼材料制成的磁钢，所述第二磁钢为铝镍钴材料制成的磁钢。作为可选择的实施方式，所述第一磁钢和所述第二磁钢与转子铁芯之间紧密黏贴，没有气隙。作为可选择的实施方式，同一转子极的两种不同磁钢充磁方向都是相同的，每个磁钢的充磁方向都是径向充磁。作为可选择的实施方式，相邻两个转子极的充磁方向相反，分别是沿径向方向向里充磁和沿径向方向向外充磁。作为可选择的实施方式，第二磁钢所对应的电角度α在55°到75°之间，第一磁钢对应的电角度β对应在75°到55°之间。作为可选择的实施方式，第二磁钢所对应的电角度α＝75°，第一磁钢对应的电角度β＝55°。电机磁极配置过程中，保持α+β＝130°，α从55°变到75°，对应β从75°变为55°均可实现降低转矩成本的目的。提出的α＝75°、β＝55°的配置可以将电机在永磁体方面花费的成本降到最低，实现单位成本下提高转矩的目的。作为可选择的实施方式，第二磁钢侧的空气气隙间隔对应的电角度δ1＝20°，第一磁钢侧的空气气隙间隔对应的电角度δ2＝30°。作为可选择的实施方式，第一磁钢所对应的剩磁与第二磁钢所对应的剩磁应尽可能相等，误差小于0.01T。在保证剩磁满足条件的情况下，第一磁钢所对应的矫顽力应是第二磁钢所对应矫顽力的10-20倍，该配置可以降低永磁体成本和转矩成本，实现单位成本下增加转矩的目的。混合励磁表贴式永磁电机，包括上述混合励磁转子和定子。作为可选择的实施方式，定子电流产生的磁动势对第二磁钢始终是充磁状态，即第二磁钢始终处在定子电流磁动势产生的充磁区域的区域内(定子电流产生的磁动势方向与磁钢的充磁方向相同)，所以转子每一极中，第二磁钢始终沿定子电流磁动势旋转方向排列在第一磁钢之前。作为可选择的实施方式，定子具有定子铁芯和多个定子绕组，所述定子铁芯具有在转轴方向上层叠电磁硅钢片而成的结构，定子铁芯为圆筒状，且在转轴方向上延伸。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供的混合励磁表贴式永磁电机在同种规格尺寸表贴式永磁电机中可以做到更低的转矩输出成本，提高单位成本的转矩输出。同时还具有结构简单有利于工厂批量化生产和不影响电机的电磁特性以及便于弱磁控制的特点。本技术利用钕铁硼材料和铝镍钴材料具有相同或者相近的剩磁，矫顽力具有较大的差异的特点，电机在稳态运行过程中，控制保持定子磁动势与转子磁动势之间的夹角始终为90°(电角度)，所用铝镍钴永磁材料全部始终处于充磁或助磁状态下，可以很好的提高铝镍钴永磁材料对转矩的贡献度，在降低永磁体成本的同时，减少转矩损失，从而实现单位成本下输出转矩更高的目的。附图说明构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1是本实施例的电机的剖面结构示意图；图2是本实施例的一个转子极的剖面结构图；图3是本实施例的钕铁硼材料和铝镍钴材料的退磁曲线示意图；图4是本实施例一个电周期内的定子电流产生的磁动势与转子上永磁材料分布产生拉力和推力的示意图，也为整个电机设计的原理图；图5是本实施例4极转子3D结构图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本技术各部件或元件结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合励磁转子，其特征是：包括转轴，固定于转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外侧圆周设置有若干转子极，转子极之间设置有空气气隙间隔，每个转子极都包括了多个弧形磁钢，且所述弧形磁钢包括第一磁钢和第二磁钢两种，且第一磁钢与第二磁钢具有相同或者相近的剩磁，但两者的矫顽力不同；/n且第一磁钢和第二磁钢依次交替设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合励磁转子，其特征是：包括转轴，固定于转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外侧圆周设置有若干转子极，转子极之间设置有空气气隙间隔，每个转子极都包括了多个弧形磁钢，且所述弧形磁钢包括第一磁钢和第二磁钢两种，且第一磁钢与第二磁钢具有相同或者相近的剩磁，但两者的矫顽力不同；
且第一磁钢和第二磁钢依次交替设置。


2.如权利要求1所述的一种混合励磁转子，其特征是：所述第一磁钢为钕铁硼材料制成的磁钢，所述第二磁钢为铝镍钴材料制成的磁钢。


3.如权利要求1所述的一种混合励磁转子，其特征是：所述第一磁钢和所述第二磁钢与转子铁芯之间紧密黏贴，没有气隙。


4.如权利要求1所述的一种混合励磁转子，其特征是：同一转子极的两种不同磁钢充磁方向都是相同的，每个磁钢的充磁方向都是径向充磁。


5.如权利要求1所述的一种混合励磁转子，其特征是：相邻两个转子极的充磁方向相反，分别是沿径向方向向里充磁和沿径向方向向外充磁。


6.如权利要求1所述的一种混合励磁转子，其特征是：作为可选择的实施方式，第二磁钢所对应的电角度α在55°到75°之间，第一磁钢对应的电角度β对应在75°到55°之间；
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵文良，刘炎，托马斯·李普，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37