[发明专利]一种采用混合永磁体的交替极永磁电机转子

说明书

本发明公开了一种采用混合永磁体的交替极永磁电机转子，包括转子铁心段、导磁环、高能量密度永磁体和低能量密度永磁体，相邻两个转子铁心段之间同轴设置一个导磁环；交替极永磁电机转子能作为内转子，也能作为外转子。每个转子铁心段的外表面或内表面沿周向均匀布设有p个弧形的外凸极，其中，p为电机极对数；相邻两个外凸极之间形成一个外弧形槽，每个外弧形槽内布设一个高能量密度永磁体；每个转子铁心段的内侧或外侧圆环面上沿周向均匀布设有n个内弧形槽，且n≥p；每个内弧形槽内布设一个低能量密度永磁体。本发明能在节省电机成本和削弱交替极表面式永磁电机转轴漏磁的同时，进一步提高交替极表面式永磁电机的转矩输出能力。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，特别是一种采用混合永磁体的交替极永磁电机转子。

背景技术

永磁电机具有高转矩密度和高效率，已经广泛应用于医疗器械、家用电器、电动汽车、风力发电和航空航天等领域。不同的永磁电机转子结构，使得磁路不同，这就使得电机性能、控制系统、制造工艺和适用场合也不同。根据永磁同步电机的坐标变换理论，表面式永磁电机的直轴磁路和交轴磁路。直轴磁路：永磁体→气隙→定子铁心→气隙→相邻的永磁体→转子铁心→回到永磁体。(图中定子铁心和气隙没有画出，但是行业内都知道)。交轴磁路：两个永磁体的边界处→气隙→定子铁心→气隙→相邻的两个永磁体的边界处→转子铁心→回到开始两个永磁体的边界处。

可见，其直轴磁路的磁阻与交轴磁路的磁阻相等，所以其直轴电感等于交轴电感。

永磁同步电机的电磁转矩T_e表达式，如式(a)所示。

式(a)中，p为电机的极对数，ψ_pm为永磁磁链，L_d和L_q分别为直轴电感和交轴电感，i_d和i_q分别为电枢绕组的直轴电流和交轴电流。I_a是正弦相电流的峰值，β是电流相位角。T_pm和T_r分别是永磁转矩分量和磁阻转矩分量。

由于表面式永磁电机的直轴电感等于交轴电感，所以其磁阻转矩分量为0。只含有永磁转矩分量，即表面式永磁电机的电磁转矩T_e表达式，可由式(b)所示。

表面式永磁电机转子的制造工艺简单，其输出转矩中不含有磁阻转矩分量，故控制方法简单，广泛应用于机床、机器人和医疗器械等伺服传动场合。传统的表面式永磁电机使用大量价格较高的稀土永磁材料，是其生产成本较高的主要原因。为了降低其成本，申请号为200710010915.0的发明专利，提供了一种表面式永磁伺服电机转子，永磁体与“假极”交替布置，永磁体的数量仅为传统表面式永磁电机的一半，节省了永磁材料，从而降低了电机的总成本。

然而，正如IEEE磁学会刊发表的文章：Comparative Analysis of End Effect inPartitioned Stator Flux Reversal Machines Having Surface-Mounted andConsequent Pole Permanent Magnets，所指出的，交替极结构的永磁电机，其端部漏磁比较严重。

另外，交替极表面式永磁电机的转轴端部会有单极性漏磁，使得电机的转轴端部发生磁化，这将对整个电机系统的可靠性和安全性产生影响。发明专利201611011019.1提出采用转子分段的方法，在转子和转轴内部提供漏磁路径，削弱了转轴端部的磁化。然而，两段转子交界处的漏磁会降低转矩输出能力，永磁体的利用率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种采用混合永磁体的交替极永磁电机转子，该采用混合永磁体的交替极永磁电机转子能在节省电机成本和削弱交替极表面式永磁电机转轴漏磁的同时，进一步提高交替极表面式永磁电机的转矩输出能力。