专利名称：具有高抗退磁能力的电机转子及相应的电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机转子，更具体地涉及一种具有高抗退磁能力的电机转子，还涉及使用这种电机转子的电机。
背景技术：
在无刷永磁电机的设计中，所面临的一个重大挑战是电机转子中永磁体的抗退磁能力的设计问题。由于在无刷永磁电机的使用过程中，电机转子内的永磁体的边缘部分受到定子绕组产生的磁场的作用，易于出现退磁现象，从而严重影响到永磁体的整体磁性，并因此影响电机的性能以及缩短电机的使用寿命。现有技术中通常通过提供更高级别和更厚的永磁体来提高永磁体的抗退磁能力，从而改善电机转子的抗退磁能力。但是，这种改进方式通常会引起电机制造成本的增加以及电机整体尺寸的增大，并因此限制了电机的使用范围。比如在现有技术中，通过在电机转子的磁体容置槽内设置不同级别的磁体来改善电机转子的抗退磁能力，即在磁体容置槽的中心部分内设置铁氧体磁体以及在磁体容置槽的边缘部分内设置稀土磁体，这样，可以通过设置在永磁体的容易退磁的边缘部分的高级别的稀土磁体来改善永磁体的抗退磁能力。但是由于这种设置方式需要至少两种级别不同的磁体，并且需要将其结合在一起，因此这种电机转子的材料成本和制造成本相对较高，从而不能被广泛地采用。另外，由于稀土材料及其昂贵，并且其生产过程存在比较严重的环境污染问题，因此稀土材料的使用也受到较大限制。另外，为了在电机转子中获得尽可能大的磁通密度，现有电机产品中通常采用占据磁体容置槽的全部体积的全范围磁体，即设置在磁体容置槽内的永磁体的两个端部与磁体容置槽的两端的边缘接触，从而完全占据磁体容置槽的空间。永磁体的这种设置导致电机转子的抗退磁能力下降，从而使得电机的性能下降并且减小了电机的使用寿命。
实用新型内容本实用新型的一个或多个实施例的目的是提供一种具有高抗退磁能力的电机转子，克服现有技术中的电机转子中的永磁体的边缘易于退磁的缺点，从而在保证电机具有足够的功率输出的同时保持永磁体免受退磁的风险。根据本实用新型的一个方面，提供一种具有高抗退磁能力的电机转子，其包括转子本体；沿转子本体的外周缘设置在转子本体内的磁体容置槽；设置在磁体容置槽内的永磁体，该电机转子的特征在于，在磁体容置槽的两端与永磁体的两个端部之间分别形成有空间。也就是说在磁体容置槽的两端的最外侧边缘与永磁体的两个端部的最外侧边缘之间分别形成有空间。在现有永磁电机中，电机定子的线圈在工作过程中会产生闭合的退磁磁场，并且这些磁场的强度在越靠近线圈中心的位置越强，而电机转子中的永磁体的边缘部分由于最接近定子线圈的中心，因此其受到退磁磁场的影响也就越大。在根据本实用新型的电机转子中，由于永磁体的边缘部分与磁体容置槽具有一定的空间，也就是永磁体的边缘远离电机定子线圈的中心，因此其免于承受定子线圈所产生的较强的退磁磁场的作用，从而大大地提高了电机转子中的永磁体的抗退磁能力，并由此提高了电机的性能以及延长了电机的使用寿命。在根据本实用新型的另一个实施例中，所述永磁体为矩形永磁体。矩形永磁体结构简单、容易制造、成本低，并且广泛应用于各种场合中，因此采用这种永磁体的电机转子及相应的电机制造成本低，操作性能可靠。在根据本实用新型的上述实施例中，其中，在永磁体为矩形永磁体的情况下，当电机转子的磁极组数为P时，电机转子的每个矩形永磁体的磁极角Θ为180° /P，每个矩形永磁体的内磁体角α的范围为O. 40Χ θ ( a ^ O. 75X Θ。在此，如果内磁体角α < O. 40Χ Θ，则永磁体会由于太小而不能产生足够多的磁通量，从而不能产生足够的动力供输出。如果α >0.75Χ Θ，则这种结构与电机转子的现有设计相似，不能获得良好的抗退磁效果。并且优选地，所述每个矩形永磁体的内磁体角α的范围为O. 70Χ θ < a ^ O. 75Χ Θ。在电机转子的永磁体与磁体容置槽之间的布置满足以上关系时，电机能够在产生足够的功率输出的同时保证永磁体的端部边缘免遭退磁的风险。在根据本实用新型的再一个优选的实施例中，在磁体容置槽的内部设置有分别位于矩形永磁体的两个端部处的凸部。通过设置该凸部，可以用于将矩形永磁体夹固在磁体容置槽内，防止永磁体在电机转子的旋转期间发生移位，从而能够提高电机的性能以及延长电机的使用寿命。在根据本实用新型的另一个实施例中，所述永磁体为磁体的中央部分朝向电机转子的中心凸出地弯曲的弧形永磁体。在根据本实用新型的上述实施例中，其中，在永磁体为上述弧形永磁体的情况下，当电机转子的磁极组数为P时，电机转子的每个弧形永磁体的磁极角Θ为180° /P，所述每个弧形永磁体的外磁体角β的范围为O. 70Χ (180° -Θ)彡β彡0.85Χ(180° -Θ)。在此,如果外磁体角β < O. 70Χ (1`80-Θ)，则永磁体会由于太小而不能产生足够多的磁通量，从而不能产生足够的动力以供输出。如果β >0. 85Χ(180-Θ)，则这种结构的电机转子与现有设计的电机转子相似，不能获得良好的抗退磁效果。更加优选地，所述每个弧形永磁体的外磁体角β的范围为O. 80X (180° - Θ )彡β彡O. 85Χ (180° - Θ )。在该实施例中，当电机转子的永磁体与磁体容置槽之间的布置满足以上关系时，电机能够在产生足够的功率输出的同时保证永磁体的端部边缘免遭退磁的风险。根据本实用新型的另一个优选的实施例，还提供一种具有高抗退磁能力的电机转子，其包括转子本体；沿转子本体的外周缘设置在转子本体内的磁体容置槽；设置在磁体容置槽内的永磁体，其中，在磁体容置槽的两端与永磁体的两个端部之间分别设置有非导磁介质。在该实施例中，可以利用固体非导磁介质将永磁体固定在磁体容置槽中，而无需在磁体容置槽中设置另外的固定部件或固定部分，并且同样实现了避免永磁电机中的永磁体边缘容易退磁的风险。优选地，上述非导磁介质是绝缘漆、环氧树脂胶或聚酯薄膜，但非导磁介质不限于以上所述材料，也可以为其他的非导磁材料。在根据本实用新型的上述实施例中，进一步优选地，沿电机转子的径向方向设置有两层或更多层磁体容置槽和永磁体。两层或更多层永磁体的结构能够提高具有这种布置的电机的功率输出，并且能够减小单个永磁体的体积，从而便于永磁体的制造，降低电机的制造成本。根据本实用新型的还一个方面，提供一种电机，其包括定子和转子，其中，转子是如上所述的具有高抗退磁能力的电机转子。由于采用了该高抗退磁能力的电机转子，因此，根据本实用新型的电机的性能得以提高，并且其使用寿命被大大地延长。此外，由于根据本实用新型的实施例的电机转子能够有效地克服现有技术中的电机转子的退磁现象，可以利用采用在此所述的结构的铁氧体永磁电机转子取代现有技术中的稀土永磁电机转子，由此可以节约成本，减少稀土永磁材料的使用，从而避免稀土开采带来的严重的环境污染。
通过以下参照附图的描述，本实用新型的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中图1是示出根据本实用新型的具有高抗退磁能力的电机转子的平面视图。图2是示出根据本实用新型的电机转子中的矩形永磁体在磁体容置槽内的设置位置的视图。图3是示出根据本实用新型的另一个实施例的具有高抗退磁能力的电机转子的平面视图。图4是根据本实用新型的另一个实施例的电机转子中的弧形永磁体在磁体容置槽内的设置位置的视图。图5是根据本实用新型的具有两层磁体容置槽以及相应的永磁体的电机转子的平面视图。
具体实施方式
下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。如图1所示，永磁电机转子I包括围绕旋转中心O旋转的转子旋转轴2和设置在旋转轴2的外周的转子本体3，沿转子本体3的外周缘在转子本体3内设置有磁体容置槽4，磁体容置槽4内设置有永磁体，其中，在本实施例中，永磁体为矩形永磁体5。虽然在本实用新型的所述实施例中示出为沿转子本体3的外周缘设置了 6个磁体容置槽4，但是，可以根据实际情况设置其他数量的磁体容置槽4。磁体容置槽4设置成在其两端具有空间地容置矩形永磁体5，使得磁体容置槽4的两端与矩形永磁体5的两个端部之间分别形成有空间6，也就是在磁体容置槽4的两端的最外侧边缘与矩形永磁体5的两个端部的最外侧边缘之间分别形成有空间6。由此可以使矩形永磁体5的边缘远离由电机定子的线圈形成的可能引起永磁体的边缘部分退磁的磁场,从而提高电机转子I的抗退磁能力，由此提高电机的性能以及延长电机的使用寿命。在根据本实用新型的一个优选的实施例中，在磁体容置槽4的内部，在矩形永磁体5的两端形成有凸部7,用于将永磁体5夹固在磁体容置槽4内，防止永磁体5在电机转子I的旋转期间发生移位。[0027]在本实用新型的优选的实施例中，永磁体5、50在磁体容置槽4、40中的位置应该符合一定的关系。如图2所示，示出根据本实用新型的具有高抗退磁能力的电机转子I的矩形永磁体5在磁体容置槽4内的设置位置。假定电机转子I中的矩形永磁体5的磁极组数为P，则电机转子I中的每个矩形永磁体5的磁极角为Θ =180° /P，在本实用新型的该实施例中，矩形永磁体5的磁极组数P为3，因此每个矩形永磁体5的磁极角Θ = 180° /3=60°。在优选的实施例中，电机转子I的每个矩形永磁体5的边缘相对于转子中心O的圆心角，即每个矩形永磁体5的内磁体角α应当满足0.40Χ θ < α <0. 75Χ Θ。在此，发明人经过试验验证确定，如果内磁体角α < 0.40Χ Θ，则永磁体会由于太小而不能产生足够多的磁通量，从而不能产生足够的动力供输出。如果α >0. 75Χ Θ，则这种结构与电机转子的现有设计相似，不能获得良好的抗退磁效果。更加优选地，内磁体角α的范围应满足以下关系，即O. 70X θ ( α < O. 75Χ Θ。当电机转子I的矩形永磁体5与磁体容置槽4之间的布置满足以上关系时，电机能够在产生足够的功率输出的同时保证矩形永磁体5的端部边缘免遭退磁的风险。如图3所示，在根据本实用新型的另一个实施例的具有高抗退磁能力的电机转子10中，永磁电机转子10包括围绕旋转中心O’旋转的转子旋转轴20和设置在旋转轴20的外周的转子本体30，沿转子本体30的外周缘在转子本体30内设置有磁体容置槽40，磁体容置槽40内设置有永磁体,其中,在本实施例中，永磁体为中央部分朝向电机转子10的旋转中心O’凸出地弯曲的弧形永磁体50。虽然在本实用新型的该实施例中示出为沿转子本体30的外周缘设置了 6个磁体容置槽40，但是，可以根据实际情况设置其他数量的磁体容置槽40。磁体容置槽40设置成在其两端具有空间地容置弧形永磁体50，使得磁体容置槽40的两端与弧形永磁体50的两个端部之间分别形成有空间60，也就是在磁体容置槽40的两端的最外侧边缘与弧形永磁体50的两个端部的最外侧边缘之间分别形成有空间60。由此可以使弧形永磁体50的边缘远离由电机的定子线圈所形成的可能导致弧形永磁体50的边缘部分退磁的磁场，从而提高电机转子10的抗退磁能力，由此提高电机的性能以及延长电机的使用寿命。·在电机转子1、10的永磁体5、50的退磁状态中，所有的退磁磁通线，也就是电机定子绕组的励磁磁通，都是闭合的，因此磁体容置槽4、40的越靠近退磁磁通线的中心的位置处越容易引起永磁体5、50的退磁，而越远离退磁磁通线的中心的位置处，退磁潜在性越小。因此，将永磁体5、50设置在磁体容置槽4、40的退磁潜在性较小的位置处，即磁体容置槽4、40的中心位置处，是最为明智的，并且在磁体容置槽4、40的两端与永磁体5、50的两个端部之间保留有一定的空间6、60，如此设置的永磁体5、50能够尽可能地避免退磁现象的发生，从而有利于提高电机的性能。与现有技术中的全范围永磁体电机转子相比，本实用新型的电机转子1、10中的永磁体5、50设置在磁体容置槽4、40的中间位置，而且没有延伸到全范围永磁体的易于退磁的位置处，因此大大地提高了永磁体的抗退磁能力。在根据本实用新型的另一个优选的实施方式中，如图4所示，示出根据本实用新型的具有高抗退磁能力的电机转子10的弧形永磁体50在磁体容置槽40内的设置位置，其中，弧形永磁体50的中央部分朝向电机转子10的中心O’凸出地弯曲。弧形永磁体50在磁体容置槽40中的位置也应当符合一定的关系，假定电机转子10的磁极组数为P’，则电机转子10中的每个弧形永磁体50的磁极角为θ’=180° /P’，在根据本实用新型的该实施例中，磁极组数P’为3，因此每个弧形永磁体50的磁极角θ’=180° /3 = 60°。在优选的实施例中，单个弧形永磁体50的边缘相对于转子中心O’的外磁体角β满足以下关系，即O. 70Χ(180-Θ) ( β彡O. 85Χ (180-Θ)。其中，外磁体角β是如下所述的角，在电机转子I的每一个弧形永磁体50中，以与转子本体30的外缘相切并且垂直于该弧形永磁体50与相邻的弧形永磁体的通过电机转子中心O’的分界线的直线的交点为顶点，该弧形永磁体50的两个端部的与磁体安装槽40之间形成空间60的边缘之间所形成的角度。在此，发明人经过试验验证确定，如果外磁体角β < O. 70 X (180- Θ )，则永磁体会由于太小而不能产生足够多的磁通量，从而不能产生足够的动力以供输出。如果β > 0.85Χ (180-Θ)，则这种结构的电机转子与现有设计的电机转子相似，不能获得良好的抗退磁效果。优选地，外磁体角β的最佳范围为O. 80X (180- Θ )彡β彡O. 85Χ (180- Θ )。在电机转子10的弧形永磁体50与磁体容置槽40之间的布置满足以上关系时，电机能够在产生足够的功率输出的同时保证弧形永磁体50的端部边缘免遭退磁的风险。进一步地，可以在磁体容置槽4、40的两端与永磁体5、50的两个端部之间分别设置有非导磁介质，或者在磁体容置槽4、40的两端与永磁体5、50的两个端部之间的空间内设置有非导磁介质，固体刚性非导磁介质可以相对于磁体容置槽4、40固定永磁体5、50，从而无需在磁体容置槽4、40内设置另外的固定部件或固定部分。进一步优选地，非导磁介质为绝缘漆、环氧树脂胶或聚酯薄膜，但不限于上述材料，可以为其他的非导磁材料。此外，还可以根据电机转子的实际设计需要选择不同导磁率的非导磁介质。进一步地，在根据本实用新型的优选的实施例中，具有高抗退磁能力的电机转子可以包括沿转子的径向方向设置的两层或更多层磁体容置槽和相应的永磁体，两层或更多层永磁体中的每一个永磁体的内磁体角或外磁体角均应满足在上述根据本实用新型的实施例中所述的内磁体角或外磁体角所满足的关系。以下参照附图5简要说明根据本实用新型的具有两层磁体容置槽以及相应的永磁体的电机转子100。如图5所示的永磁电机转子100与根据图4所示的永磁体电机转子10的区别在于，永磁体电机转子100包括沿转子本体30的径向方向设置的两层磁体容置槽40、40’以及两层永磁体50、50’，并且每层磁体容置槽中的每一个 磁体容置槽40、40’的两端与相应的永磁体50、50’的两个端部之间分别形成有空间60、60’。每一个永磁体50、50’的外磁体角β、β’均满足以下关系，即
O.70X (180- Θ )彡β或β ’彡O. 85Χ (180- Θ )。优选地，外磁体角β、β ’的最佳范围为
O.80X (180- Θ )彡β或β ’彡O. 85Χ (180- Θ )。由于在磁体容置槽40、40’的两端的最外侧边缘与永磁体50、50’的两个端部的最外侧边缘之间分别形成有具有一定体积的空间60、60’，因此避免了永磁体50、50’在这些位置处容易退磁的缺陷，因此能够延长永磁体以及相应的电机转子的使用寿命。另外，两层或更多层永磁体的设置能够提高具有这种结构的永磁体电机的功率输出，并且可以减小单个永磁体的体积，从而便于永磁体的制造。虽然在上述实施例中以弧形永磁体作为示例，但这种两层或更多层永磁体的设置还适用于其他形状的永磁体电机转子，比如本说明书中所述的矩形永磁体。进一步地，在参照图2所述的根据本实用新型的矩形永磁体电机转子I中，可以采用在此所述的两层或更多层永磁体的结构，并且两层或更多层永磁体中的每一个永磁体的内磁体角同样满足上述关系。虽然在以上具体实施例的描述中采用了矩形永磁体和弧形永磁体作为示例，但是，本领域普通技术人员可以理解，本实用新型的方案也适用于其他形状的永磁体，只要在电机转子内的永磁体的易于退磁的位置处形成不具有磁体的空间，则这些方案都属于本实用新型的发明构思，并且均落入本实用新型所请求保护的范围内。另外，根据本实用新型的其他实施例，在此还提供包括定子和根据以上所述的电机转子的电机，这种电机不仅制造成本相对降低，而且克服了现有电机的转子中的永磁体的易退磁现象，从而大大延长了电机的使用寿命，提高了电机的做功性能。对于稀土磁体来说，本实用新型的设计能够降低磁体材料的等级，从而能够在保持马达性能的前提下降低材料成本。另外，根据本实用新型的技术方案不限于稀土磁体或铁氧体磁体，不限于六极马达，并且不限于内嵌式同步马达，可以为其他类型或结构的磁体和马达。由于根据本实用新型的实施例的电机转子能够有效地克服现有技术中的电机转子的退磁现象，可以利用采用在此所述的结构的铁氧体永磁电机转子取代现有技术中的稀土永磁电机转子，由此可以节约成本，减少稀土永磁材料的使用，从而避免稀土开采带来的严重的环境污染。以上仅是对本实用新型的具体实施例的简要说明，本领域技术人员可以利用本实用新型所公开的技术方案所带来的启示对其他形式的电机转子及相应的电机作出各种改进或变型，或者对本实用新型所述的电机转子或电机作出相应的修改或改进，这些改进或变型都将落入本实用新型的权利要求所请求保护的范围之内。
权利要求1.一种具有高抗退磁能力的电机转子，包括 转子本体； 沿所述转子本体的外周缘设置在所述转子本体内的磁体容置槽； 设置在所述磁体容置槽内的永磁体， 其特征在于，在所述磁体容置槽的两端与所述永磁体的两个端部之间分别形成有空间。
2.如权利要求1所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，所述永磁体为矩形永磁体。
3.如权利要求2所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，当所述电机转子的磁极组数为P时，所述电机转子的每个矩形永磁体的磁极角Θ为180° /P，所述每个矩形永磁体的内磁体角α的范围为O. 40Χ θ ( α彡O. 75Χ Θ。
4.如权利要求3所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，所述每个矩形永磁体的内磁体角α的范围为O. 70Χ Θ彡α彡O. 75X Θ。
5.如权利要求2-4中的任一项所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，在所述磁体容置槽的内部设置有分别位于所述矩形永磁体的两个端部处的凸部。
6.如权利要求1所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，所述永磁体为中央部分朝向所述电机转子的中心凸出地弯曲的弧形永磁体。
7.如权利要求6所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，当所述电机转子的磁极组数为P时，所述电机转子的每个弧形永磁体的磁极角Θ为180° /P，所述每个弧形永磁体的外磁体角β的范围为O. 70X (180° - Θ )彡β彡O. 85Χ (180° - Θ )。
8.如权利要求7所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，所述每个弧形永磁体的外磁体角β的范围为O. 80Χ (180° -Θ)彡β彡0·85Χ(180° -Θ)。
9.如权利要求1-4和权利要求6-8中的任一项所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，沿所述电机转子的径向方向设置有两层或更多层所述磁体容置槽和所述永磁体。
10.一种具有高抗退磁能力的电机转子，包括 转子本体； 沿所述转子本体的外周缘设置在所述转子本体内的磁体容置槽； 设置在所述磁体容置槽内的永磁体， 其特征在于，在所述磁体容置槽的两端与所述永磁体的两个端部之间分别设置有非导磁介质。
11.如权利要求10所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，所述非导磁介质是绝缘漆、环氧树脂胶或聚酯薄膜。
12.如权利要求10或11所述的具有高抗退磁能力的电机转子，其中，沿所述电机转子的径向方向设置有两层或更多层所述磁体容置槽和所述永磁体。
13.—种电机,包括 定子；和 转子，所述转子是根据权利要求1-12中的任一项所述的具有高抗退磁能力的电机转子。
专利摘要本实用新型涉及一种具有高抗退磁能力的电机转子，包括转子本体；沿转子本体的外周缘设置在转子本体内的磁体容置槽；设置在磁体容置槽内的永磁体，该电机转子的特征在于，在磁体容置槽的两端与永磁体的两个端部之间分别形成有空间。由此使得所述永磁体的边缘远离由电机的定子线圈所形成的磁场的中心。根据本实用新型的电机转子大大地提高了电机转子中的永磁体的抗退磁能力，并由此提高了电机的性能以及延长了电机的使用寿命。还涉及一种采用上述具有高抗退磁能力的电机转子的电机。
文档编号H02K1/27GK202906603SQ20122036265
公开日2013年4月24日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者曹平山, 托德·沃尔斯, 庄艳, 李欣, 李鑫 申请人:艾默生环境优化技术(苏州)有限公司