[发明专利]用于旋转电机的永磁体转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的永磁体转子。特别是，转子具有最大磁通密度和径向设置的永磁体。本发明特别是应用于构造同步电机。

背景技术

在同步电机中，转子具有多个永磁体，其磁场与定子电路的绕组相互作用。定子和转子之间的磁相互作用产生了机械力。

安装在转子上的永磁体的数量确定了转子自身的磁极数量。

已知用于同步电机的转子的各种实施例。在这些实施例之中，考虑用于同步电机的两个特定种类的转子。第一类被称为“表面磁体”，而第二类被称为“径向磁体”。

这两类之间的主要区别在于转子内部磁体的布置。

对于基本圆筒形的转子来说，在“表面磁体”型转子中，磁体沿转子自身的圆柱面布置。于是，该类转子的极延确切地说是沿转子的侧表面布置。

相反，“径向磁体”类的转子具有沿径向方向布置的磁体。换句话说，单个磁体的主延伸方向从转子的旋转轴线径向地指向。

第一构造方案（“表面磁体”）一般是利用由包括稀土元素（例如，NdFeB）的合金制成的永磁体来实现的，具有很高的磁感应强度（例如，1.2T）。

实际上，在使用高性能磁体（例如，确切地说，具有稀土元素的磁体）的情况下，“表面磁体”类型能够获得更大的电机紧凑性，同时获得高转矩密度。由布置在表面上的稀土磁体制成的转子是优选用于获得具有高转矩密度并具有高尺寸紧凑性的电机的类型。

然而，稀土元素的成本最近显著地增加了。这意味着生产成本大幅度增加（多达1/4），对于最终的同步电机来说也是一样的。

因此，为了获得紧凑的、高性能的（即，具有高转矩密度）并且在经济和生产方面都同时可承受的同步电机，考虑到实现这样一种同步电机，其具有“径向磁体”型转子，磁体是用性能比稀土元素低的材料制成的（例如，铁氧体磁体）。

对比这两种磁体，最值得注意的是，稀土磁体具有大约1.2T的磁感应强度，而铁氧体磁体具有大约0.4T的磁感应强度。

本发明面临的挑战在于实现一种“径向铁氧体磁体”型同步电机，它在紧凑性和高性能方面类似于等同的“表面磁体”型电机，但在生产的经济性方面是有利的。

正如所注意到的，稀土磁体的磁感应强度值是铁氧体磁体的磁感应强度值的“三倍”。如果希望保持紧凑的电机尺寸，则对提高转子性能有影响的另一个参数是可用于磁通线展开的表面。因此，“径向磁体”型转子的可用表面（Smr）必须至少为“表面磁体”型转子的可用表面（Sms）的三倍：Smr=3·Sms

因此，“表面磁体”型转子的可用表面是：Sms=2·π·R·L，其中，R为转子的半径，并且L为转子的圆柱面的长度。

相反，“径向磁体”型转子的可用表面遵循公式：Np表示极延数（磁极），R表示转子的半径（因此，磁体的外半径），并且Ra表示磁体的内半径。

上述公式的差异是基于以下事实：在“表面磁体”型转子中，用于输送可用磁通的可用表面是沿两个同心的圆周设置的。

在“径向磁体”型转子中，用于输送可用磁通的可用表面是侧表面，即，沿基本上径向方向设置的表面。于是，在对于“径向磁体”型结构的最大可用表面的计算中，包括了侧表面（即，项（R-Ra））及其数量（即，磁极数，Np）。

在紧凑性限制因素之后，转子的长度L是希望对两类结构都保持不变的参数。因此，为了补偿“三倍”磁感应强度，只能对在“径向磁体”型转子上可实现的磁极数（公式中的Np）进行改变。

如果把上述公式结合起来，假设内半径（Ra）等于零的极端情况下，在两种类型中获得相同转矩密度的最小磁极数（Np）等于20。获得Ra等于零的转子是不可能的，这意味着Np必须一定大于20。

此时，产生了对于实现不仅紧凑而且具有高磁极数的转子而言的技术限制条件。实际上，在该结构中，不容易使高磁极数、转子的结构机械强度、对与定子联接的磁通的高磁导和对非可用磁通(即，环回到转子自身上的磁通)的低磁导相互调和。

发明内容

在此背景下，作为本发明基础的技术任务是提出一种用于克服现有技术上述缺陷的解决方案。

本发明的目的是提出一种具有低剩磁感应的“径向磁体”型永磁体转子，其性能与具有高剩磁感应的“表面磁体型”永磁体转子相同，总尺寸也等同。

本发明的另一目的是提出一种具有高磁极数且同时具有高结构机械强度的“径向磁体”型永磁体转子。

本发明的另一目的是提出一种“径向磁体”型永磁体转子，其具有高性能，并且特别是能够使对于与定子联接的磁通的磁导最大并使对于非可用磁通（即，环回到转子自身上的磁通）的磁导最小。