一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，转子外壁上开设有圆弧形通槽，圆弧形通槽内放置第一钕铁硼永磁体，转子侧面上均设置有铁氧体永磁体,铁氧体永磁体顶部设置第二钕铁硼永磁体。所述第二钕铁硼永磁体顶部开设有锤型磁障。所述铁氧体永磁体底部开设有圆环形通槽，所述圆环形通槽内壁按照HALBACH结构交错放置有第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体，所述铁氧体永磁体、第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体的数量相等。本发明专利技术该结构不但能充分利用转子内部空间，保证电机的转矩输出性能，还可以有效提高永磁体的利用率，降低电机的稀土永磁材料成本。材料成本。材料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机


[0001]本专利技术涉及一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，属于永磁电机


技术介绍

[0002]具有高效、高功率密度等优点的稀土永磁电机被广泛应用于工业领域，但稀土材料供应不稳定，价格波动较大，已经严重影响了永磁电机的制造成本，阻碍了稀土永磁电机的进一步大规模应用。使得诸多电机生产商开始致力于稀土永磁电机中永磁材料的深度利用甚至研发零稀土的永磁电机。
[0003]非稀土铁氧体具有价格低廉，材料易得等优势，是永磁电机去稀土化的最直接解决方案，但由于铁氧体磁性能远低于钕铁硼等稀土永磁材料，为了保证电机的转矩输出能力，铁氧体永磁电机多采用带聚磁效应的轮辐式结构，且往往需要选取更大尺寸的铁氧体永磁材料，这无疑也增加了电机尺寸，降低电机的转矩和功率密度。可见，就电机的转矩输出性能而言，非稀土铁氧体材料还无法完全取代稀土永磁材料，因此，少量的稀土材料开始被加入其中，构成少稀土混合永磁电机。
[0004]少稀土混合永磁电机中由于同时采用了稀土永磁材料和非稀土永磁材料，两种不同磁特性的永磁材料的灵活摆放方式可以形成串联、并联和串并联混合的不同磁路形式，再加上不同的用量配比使得电机的性能也各有利弊。现有技术中提出的分裂式组合型永磁无刷电机和高转矩密度的混合永磁电机中，其转子内部均采用了大尺寸的非稀土铁氧体和少量的稀土钕铁硼，通过优化配比两种永磁材料的用量达到保证转矩输出性能的同时降低稀土材料用量的目的。但简单的并列轮辐式结构以及结合内置V型永磁材料的放置方案，形成的是单一的并联磁路或串联磁路，因此电机在转矩密度和抗去磁性能方面只能折中取优。另外，考虑到永磁材料的漏磁抑制和转子内部空间利用率，都存在进一步的合理优化设计的需要。现有技术中提出的定子分区式混合永磁电机，将混合永磁体放置在分区后的内定子中，充分利用了电机的内部空间，但该类结构的电机存在双层气隙，使得电机结构复杂装配不易。
[0005]可见，现有技术中，对于少稀土混合永磁电机，如何合理设计电机的结构，优化不同永磁材料的用量配比和放置方案以深度利用永磁材料，保证电机能力的同时进一步减少稀土永磁用量等方面性能，尚存在亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，提升永磁材料的利用率，保证电机转矩输出性能的同时尽可能的降低稀土永磁材料的用量。
[0007]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，包括定子和转子，转子外壁上
开设有圆弧形通槽，圆弧形通槽内放置有形状相配合的第一钕铁硼永磁体，第一钕铁硼永磁体两侧的转子侧面上均开设有垂直圆周方向的第一矩形通槽，第一矩形通槽内放置有形状相配合的铁氧体永磁体,铁氧体永磁体顶部开设有垂直圆周方向的第二矩形通槽，第二矩形通槽内放置有形状相配合的第二钕铁硼永磁体。所述第二钕铁硼永磁体顶部开设有锤型磁障。所述铁氧体永磁体底部开设有圆环形通槽，所述圆环形通槽内壁按照HALBACH结构交错放置有第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体，所述铁氧体永磁体、第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体的数量相等。
[0009]作为优选方案，所述第一钕铁硼永磁体的数量和永磁电机极对数相同；所述第一钕铁硼永磁体均匀的分布在转子外壁上。
[0010]作为优选方案，所述锤型磁障包括水平部、倾斜部，所述水平部一端连接有倾斜部，所述水平部底部设置有凸出部。
[0011]作为优选方案，所述第一钕铁硼永磁体相对转轴中心的扇形夹角为19
‑
25
°
,第一钕铁硼永磁体厚度h4与第二钕铁硼永磁体高度h5比为0.2
‑
0.6:1。
[0012]作为优选方案，所述第一钕铁硼永磁体中心轴线两侧对称设置有铁氧体永磁体，铁氧体永磁体与第一钕铁硼永磁体数量比为2:1。
[0013]作为优选方案，所述第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的中心沿轴线对齐，第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的宽度和高度比可由下式得到：
[0014][0015][0016]其中，Λ
N
、Λ
F
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的磁导，μ
N
、μ
F
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的磁导率，H
cN
、H
cF
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的矫顽力，h5、h6表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的高度，W1、W2表示第二钕铁硼永磁体与铁氧体永磁体的宽度；第二钕铁硼永磁体与铁氧体永磁体的数量相同。
[0017]作为优选方案，锤型磁障水平部高度h2与第二钕铁硼永磁体高度h5比为0.1
‑
0.25:1，水平部宽度W4与第二钕铁硼永磁体宽度W1比为1.7
‑
2.3:1；锤型磁障凸出部高度h1与第二钕铁硼永磁体高度h5比为0.01
‑
0.05:1；凸出部宽度W3与第二钕铁硼永磁体宽度W1比为0.2
‑
0.6:1；锤型磁障的倾斜部的水平夹角α为30
‑
45
°
；倾斜部宽度W5和水平部宽度W4的比为0.6
‑
0.65:1；倾斜部高度h3则与水平部高度h2相同。
[0018]作为优选方案，第一扇形铁氧体永磁体的中心点和第一钕铁硼永磁体的中心点位于同一轴线上，第二扇形铁氧体永磁体分布在第一扇形铁氧体永磁体两侧；第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体厚度相同，扇形铁氧体的厚度与铁氧体永磁体高度h6比为0.24
‑
0.3:1；第二扇形铁氧体顶端与铁氧体永磁体底部之间设置有第一间隔，第一间隔设置为0.5mm，第二扇形铁氧体底端与转子内径之间的第二间隔设置为1
‑
2mm，第一扇形铁氧体永磁体相对于转轴中心点的扇形夹角β为24
°
,第二扇形铁氧体永磁体相对于转轴中心点的扇形夹角γ为12
°
。
[0019]作为优选方案，第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体均采用切向充磁，充磁方向指向第一钕铁硼永磁体，第一钕铁硼永磁体的磁化方向相同，均指向定子，第一扇形铁氧体采
用上下充磁的方向，第二扇形铁氧体相对于第一扇形铁氧体采用切向充磁，并指向第一钕铁硼永磁体。
[0020]作为优选方案，定子内的绕组按分数槽集中式绕组结构设置。
[0021]有益效果：本专利技术提供的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，相比于现有技术，具有以下技术效果：
[0022]1.矩形铁氧体的上方放置有少量的矩形钕铁硼永磁体，两种永磁体共同构成了并联磁路，有利于增强转矩输出能力，改善气隙磁密的幅值和电机的电感性能。
[0023]2.在矩形铁氧体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，包括定子和转子，其特征在于：转子外壁上开设有圆弧形通槽，圆弧形通槽内放置有形状相配合的第一钕铁硼永磁体，第一钕铁硼永磁体两侧的转子侧面上均开设有垂直圆周方向的第一矩形通槽，第一矩形通槽内放置有形状相配合的铁氧体永磁体,铁氧体永磁体顶部开设有垂直圆周方向的第二矩形通槽，第二矩形通槽内放置有形状相配合的第二钕铁硼永磁体。所述第二钕铁硼永磁体顶部开设有锤型磁障。所述铁氧体永磁体底部开设有圆环形通槽，所述圆环形通槽内壁按照HALBACH结构交错放置有第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体，所述铁氧体永磁体、第一扇形铁氧体永磁体和第二扇形铁氧体永磁体的数量相等。2.根据权利要求1所述的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，其特征在于：所述第一钕铁硼永磁体的数量和永磁电机极对数相同；所述第一钕铁硼永磁体均匀的分布在转子外壁上。3.根据权利要求1所述的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，其特征在于：所述锤型磁障包括水平部、倾斜部，所述水平部一端连接有倾斜部，所述水平部底部设置有凸出部。4.根据权利要求3所述的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，其特征在于：所述第一钕铁硼永磁体相对转轴中心的扇形夹角为19
‑
25
°
,第一钕铁硼永磁体厚度h4与第二钕铁硼永磁体高度h5比为0.2
‑
0.6:1。5.根据权利要求1所述的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，其特征在于：所述第一钕铁硼永磁体中心轴线两侧对称设置有铁氧体永磁体，铁氧体永磁体与第一钕铁硼永磁体数量比为2:1。6.根据权利要求1所述的一种交替极局部HALBACH结构少稀土混合永磁电机，其特征在于：所述第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的中心沿轴线对齐，第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的宽度和高度比可由下式得到：体的宽度和高度比可由下式得到：其中，Λ
N
、Λ
F
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的磁导，μ
N
、μ
F
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的磁导率，H
cN
、H
cF
表示第二钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云云，蔡同乐，李敏艳，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：