[发明专利]一种混合交替极转子结构及游标永磁电机

说明书

本发明提出了一种混合交替极转子结构及游标永磁电机，混合交替极转子结构，包括：V型的N极永磁体、表贴式的S极永磁体及转子铁心；所述表贴式的S极永磁体交替放入V型的N极永磁体之间，所述V型的N极永磁体放置转子铁心的内部，表贴式的S极永磁体放置在转子铁心的表面。

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种混合交替极转子结构及游标永磁电机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着高端应用场合对电机性能要求的提升，常规永磁电机的转矩密度提升逐渐放缓，接近理论极限。同时，为进一步提升转矩密度，导致永磁体材料的用量大幅增加，提升电机成本。不同于传统永磁电机，游标永磁电机基于“齿轮效应”，在外特性上等效于一台普通电机与电磁齿轮箱的融合，电磁上实现了定转子极数的解耦，解决了传统永磁电机增大极数会同比例减少定子磁链的矛盾，从而可以大幅甚至成倍地提高转矩密度。

然而，现有的游标永磁电机虽然转矩密度比传统永磁电机很高，但是永磁体用量较多，成本高，同时过载能力较差，从而限制了游标永磁电机的推广应用。研究发现，采用永磁体交替极的结构具有降低磁钢用量的效果。然而采用永磁体表贴式交替极的游标永磁电机由于空间限制了永磁体用量，导致转矩密度受限；而采用永磁体内置式交替极的游标永磁电机过载能力较弱。同时，由于单极性的永磁体，导致电机转轴空间区域具有充磁现象，影响电机使用安全和寿命。因此，目前现有结构难以达到既提高转矩密度，降低磁钢用量，又提升过载能力的效果。

普通游标永磁电机结构如图1所示。图1中(a)为定子部分，铁心为普通结构，绕组根据极数需要为集中绕组或者分布式绕组。图1中(b)为转子部分，磁极采用了内置V型结构，N极和S极磁钢交替内置于其转子的内部。转子磁极产生的磁场与定子绕组通以电流后产生的磁场相互作用产生转矩驱动转子旋转。

现有的内置式转子结构在应用于高转矩及高过载需求的电机领域时，在成本方面：由于电机尺寸较大，为了产生足够的驱动转矩必然需要高额的磁钢用量，而永磁材料的成本高昂，大量使用会造成电机成本的大幅上升，从而使得厂家需要提高投入的成本。性能方面：永磁游标电机相比较传统永磁电机具有更高的转矩密度，但是由于低次谐波的作用导致在高负载工况下铁心饱和严重，导致过载能力很低。因此，以上两点不足从某种程度上阻止了其推广。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种混合交替极转子结构，采用了混合交替极结构，有效减少永磁材料用量的同时，进一步提高转矩密度以及过载能力。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种混合交替极转子结构，包括：

V型的N极永磁体、表贴式的S极永磁体及转子铁心；

所述表贴式的S极永磁体交替放入V型的N极永磁体之间，所述V型的N极永磁体放置转子铁心的内部，表贴式的S极永磁体放置在转子铁心的表面。

作为进一步的技术方案，所述V型的N极永磁体采用切向充磁磁钢形式或U型磁钢结构。

作为进一步的技术方案，所述表贴式的S极永磁体采用圆角矩形磁钢、梯形磁钢、面包型结构、瓦片型结构或Halbach阵列结构。

作为进一步的技术方案，所述V型的N极永磁体的顶点朝向转轴，开口方向朝向转子铁心表面。

第二方面，公开了一种混合交替极转子结构的制作方法，包括：

将原转子中的内置V型S极的永磁体和槽去掉，形成单交替极的转子结构；其中，原转子的内部N极和S极磁钢交替内置；

然后将S极的表贴式永磁体交替放入V型N极永磁体之间，嵌入转子铁心表面。