[發明專利]用于旋轉電機的永磁體轉子

有效

• 申請號: 201210358166.1
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN103036334A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: A·曼托萬尼
• 申請（專利權）人: 蒙塔納里朱利奧&C.有限責任公司
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K21/00;H02K15/03
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 林振波

技術領域

本發明涉及一種用于旋轉電機的永磁體轉子。特別是，轉子具有最大磁通密度和徑向設置的永磁體。本發明特別是應用于構造同步電機。

背景技術

在同步電機中，轉子具有多個永磁體，其磁場與定子電路的繞組相互作用。定子和轉子之間的磁相互作用產生了機械力。

安裝在轉子上的永磁體的數量確定了轉子自身的磁極數量。

已知用于同步電機的轉子的各種實施例。在這些實施例之中，考慮用于同步電機的兩個特定種類的轉子。第一類被稱為“表面磁體”，而第二類被稱為“徑向磁體”。

這兩類之間的主要區別在于轉子內部磁體的布置。

對于基本圓筒形的轉子來說，在“表面磁體”型轉子中，磁體沿轉子自身的圓柱面布置。于是，該類轉子的極延確切地說是沿轉子的側表面布置。

相反，“徑向磁體”類的轉子具有沿徑向方向布置的磁體。換句話說，單個磁體的主延伸方向從轉子的旋轉軸線徑向地指向。

第一構造方案（“表面磁體”）一般是利用由包括稀土元素（例如，NdFeB）的合金制成的永磁體來實現的，具有很高的磁感應強度（例如，1.2T）。

實際上，在使用高性能磁體（例如，確切地說，具有稀土元素的磁體）的情況下，“表面磁體”類型能夠獲得更大的電機緊湊性，同時獲得高轉矩密度。由布置在表面上的稀土磁體制成的轉子是優選用于獲得具有高轉矩密度并具有高尺寸緊湊性的電機的類型。

然而，稀土元素的成本最近顯著地增加了。這意味著生產成本大幅度增加（多達1/4），對于最終的同步電機來說也是一樣的。

因此，為了獲得緊湊的、高性能的（即，具有高轉矩密度）并且在經濟和生產方面都同時可承受的同步電機，考慮到實現這樣一種同步電機，其具有“徑向磁體”型轉子，磁體是用性能比稀土元素低的材料制成的（例如，鐵氧體磁體）。

對比這兩種磁體，最值得注意的是，稀土磁體具有大約1.2T的磁感應強度，而鐵氧體磁體具有大約0.4T的磁感應強度。

本發明面臨的挑戰在于實現一種“徑向鐵氧體磁體”型同步電機，它在緊湊性和高性能方面類似于等同的“表面磁體”型電機，但在生產的經濟性方面是有利的。

正如所注意到的，稀土磁體的磁感應強度值是鐵氧體磁體的磁感應強度值的“三倍”。如果希望保持緊湊的電機尺寸，則對提高轉子性能有影響的另一個參數是可用于磁通線展開的表面。因此，“徑向磁體”型轉子的可用表面（Smr）必須至少為“表面磁體”型轉子的可用表面（Sms）的三倍：Smr=3·Sms

因此，“表面磁體”型轉子的可用表面是：Sms=2·π·R·L，其中，R為轉子的半徑，并且L為轉子的圓柱面的長度。

相反，“徑向磁體”型轉子的可用表面遵循公式：Np表示極延數（磁極），R表示轉子的半徑（因此，磁體的外半徑），并且Ra表示磁體的內半徑。

上述公式的差異是基于以下事實：在“表面磁體”型轉子中，用于輸送可用磁通的可用表面是沿兩個同心的圓周設置的。

在“徑向磁體”型轉子中，用于輸送可用磁通的可用表面是側表面，即，沿基本上徑向方向設置的表面。于是，在對于“徑向磁體”型結構的最大可用表面的計算中，包括了側表面（即，項（R-Ra））及其數量（即，磁極數，Np）。

在緊湊性限制因素之后，轉子的長度L是希望對兩類結構都保持不變的參數。因此，為了補償“三倍”磁感應強度，只能對在“徑向磁體”型轉子上可實現的磁極數（公式中的Np）進行改變。

如果把上述公式結合起來，假設內半徑（Ra）等于零的極端情況下，在兩種類型中獲得相同轉矩密度的最小磁極數（Np）等于20。獲得Ra等于零的轉子是不可能的，這意味著Np必須一定大于20。

此時，產生了對于實現不僅緊湊而且具有高磁極數的轉子而言的技術限制條件。實際上，在該結構中，不容易使高磁極數、轉子的結構機械強度、對與定子聯接的磁通的高磁導和對非可用磁通(即，環回到轉子自身上的磁通)的低磁導相互調和。

發明內容

在此背景下，作為本發明基礎的技術任務是提出一種用于克服現有技術上述缺陷的解決方案。

本發明的目的是提出一種具有低剩磁感應的“徑向磁體”型永磁體轉子，其性能與具有高剩磁感應的“表面磁體型”永磁體轉子相同，總尺寸也等同。

本發明的另一目的是提出一種具有高磁極數且同時具有高結構機械強度的“徑向磁體”型永磁體轉子。

本發明的另一目的是提出一種“徑向磁體”型永磁體轉子，其具有高性能，并且特別是能夠使對于與定子聯接的磁通的磁導最大并使對于非可用磁通（即，環回到轉子自身上的磁通）的磁導最小。