永磁电机

1.本发明属于电机技术领域，具体涉及一种永磁电机。


背景技术：

2.永磁体是永磁电机的核心部件，在永磁电机实际工作过程中，永磁体面临高温退磁风险，如何进行有效散热是永磁电机亟需解决的问题。尤其对于内转子永磁电机，当电机运行功率较大，位于外定子上的电枢绕组电流密度很大，使得绕组温度较高，而在内转子上产生的损耗更加难以被有效耗散，使得永磁体温度比绕组温度更高。


技术实现要素：

3.基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种永磁电机。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
5.永磁电机，包括外壳和安装于外壳之内的定子、转子，转子位于定子之内，定子与转子之间具有气隙，所述转子包括沿其轴向交替分布的第一轴向段和第二轴向段，第一轴向段的表面设有永磁体；
6.其中，第一轴向段为导磁材料；第二轴向段包括环形非导磁部以及沿其外环面均匀分布的数个导磁凸齿，所述导磁凸齿与其邻接的第一轴向段上的永磁体轴向无间隙配合，所述导磁凸齿相互之间不邻接，相邻导磁凸齿与环形非导磁部构成凹槽，凹槽与气隙连通。
7.作为优选方案，所述第二轴向段的导磁凸齿的数量与第一轴向段的永磁体的数量相同。
8.作为优选方案，所述导磁凸齿的中轴线与其邻接的永磁体的中轴线对齐。
9.作为优选方案，所述导磁凸齿的径向尺寸大于永磁体的径向尺寸，且导磁凸齿的外径与永磁体的外径齐平。
10.作为优选方案，所述定子具有径向通风孔，径向通风孔与气隙连通，径向通风孔位于第二轴向段的凹槽的覆盖区域；相应地，外壳具有与径向通风孔对齐的出风口。
11.作为优选方案，所述径向通风孔贯通定子铁芯的齿部，以与气隙连通；或者，所述径向通风孔贯通定子铁芯的轭部，以与定子槽连通而连通气隙。
12.作为优选方案，所述径向通风孔沿定子的周向均匀分布，作为一排径向通风孔；
13.所述径向通风孔的排数沿轴向对称分布。
14.作为优选方案，所述第一轴向段具有沿其轴向贯通的轴向通风孔；第二轴向段的凹槽连通相邻第一轴向段的轴向通风孔。
15.作为优选方案，所述轴向通风孔和凹槽均为弧形结构，且轴向通风孔的弧度与凹槽的弧度相等。
16.作为优选方案，所述轴向通风孔的内径大于凹槽底部的直径，轴向通风孔的内径小于凹槽顶部的直径。
17.本发明与现有技术相比，有益效果是：
18.本发明的转子的第一轴向段与转子第二轴向段的交替设置，利用气隙边缘效应，提升了永磁体利用率、增强了电机经济性。而且，通过第二轴向段的环形非导磁部以及凸磁的导磁设计，不仅彻底避免了轴向上的极间漏磁，而且减小了主磁路的磁阻，增强了气隙边缘效应，使得永磁体利用率进一步提升。另外，通过转子的第一轴向段的轴向通风孔、第二轴向段的凹槽、定子的径向通风孔相互配合，实现了转子的有效散热，温度均匀性更佳。
附图说明
19.图1为本发明实施例的永磁电机的整体结构图；
20.图2为本发明实施例的转子组装后的结构图；
21.图3为本发明实施例的转子的爆炸视图；
22.图4为本发明实施例的定子组装后(不含机壳)的结构图；
23.图5为本发明实施例的有径向通风孔的电机机壳的结构图。
具体实施方式
24.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
25.图1至图5所示，本发明实施例的永磁电机具有外定子、内转子结构，定子和转子之间为气隙。定子1包括定子铁芯11、定子绕组12以及位于定子铁芯径向外侧的机壳，定子绕组12绕制在定子铁芯齿上。转子包括转子铁芯、永磁体以及位于转子铁芯内侧的转轴23，永磁体212表贴于转子铁芯外侧。
26.图2示出本发明实施例的转子结构，包括沿轴向交替的第一轴向段21与第二轴向段22，其中，第一轴向段21的表面安装永磁体212，第二轴向段22的表面不安装永磁体。该图仅示出由两个第一轴向段与一个第二轴向段构成的转子，但电机可被设计成由多个第一轴向段与多个第二轴向段组装而成。
27.为了合理地利用永磁磁场的气隙边缘效应且保证电机具有紧凑的体积，第一轴向段21的长度大于第二轴向段22的长度。优选地，第二轴向段22的长度为气隙尺寸的0.5-2倍，第一轴向段21的长度远大于第二轴向段22的长度。图2示出的转子的第一轴向段的长度为第二轴向段的8倍，且第二轴向段的长度等于气隙尺寸。
28.图3进一步示出了转子的详细结构，其中，第一轴向段21为环形拓扑，第二轴向段22也为环形拓扑，但其径向外侧具有齿槽结构。具体的，第二轴向段22有八个凸齿221b，与第一轴向段上的永磁体数量相同。
29.转子的第一轴向段的转子铁芯由导磁材料制成，例如由硅钢片堆叠，而转子的第二轴向段的转子铁芯包括导磁部分和非导磁部分。第二轴向段的转子铁芯是由一个轭部模块221a和八个凸齿221b组成的结构，并在两个相邻凸齿之间形成了朝径向内侧凹陷的凹槽
222。其中，轭部模块由非导磁材料制成，例如采用不导磁的不锈钢一体成型，而凸齿(即齿部模块)由导磁材料制成，例如采用硅钢片堆叠而成。轭部模块与齿部模块之间的拼接，可通过燕尾槽等常规方式实现，此处对装配精度要求不高，只要实现可靠固定即可。上述转子的第二轴向段结构保证了各个凸齿之间具有很大的磁阻。
30.转子的第一轴向段和第二轴向段具有相同的包络外径，即转子第二轴向段的凸齿顶部与转子第一轴向段永磁体顶部齐平。如前所述，转子的第二轴向段的凸齿数量等于转子的第一轴向段的永磁体数量，且每个凸齿的中线与其邻接的永磁体的中线对齐。凸齿的周向尺寸小于永磁体的周向尺寸，凸齿的径向尺寸大于或等于永磁体的径向尺寸。在图3中，凸齿对应的弧度为21度，而永磁体对应的弧度为45度，凸齿的径向尺寸为永磁体径向尺寸的3倍。以上结构能够有效切断轴向上的极间漏磁路径，即极性不同的永磁体无法通过导磁的齿部模块漏磁，且相比无齿部模块的情况可有效增强气隙边缘效应，即对应齿部模块的永磁体产生的磁通可通过导磁的齿部模块更加顺畅地进入定子铁芯，从而增大电机的主磁通、抑制其漏磁通。
31.另外，第一轴向段21与第二轴向段22分别具有转轴孔213和转轴孔223，用于安装转轴。
32.以上转子的第一轴向段与第二轴向段的具体结构设置与配合实现了气隙边缘效应的进一步充分利用，而该类内转子永磁电机的散热难题还未得到有效解决。
33.为此，在转子的第一轴向段上开设沿轴向贯通的轴向通风孔214，如图3所示。为了实现冷却气流沿轴向的流通，该轴向通风孔214与转子的第二轴向段的凹槽222连通。具体地，将凹槽底部的径向坐标设置成小于轴向通风孔底部的径向坐标，且将凹槽与轴向通风孔对齐，这样冷却气流便可沿轴向通风孔流动至凹槽，再从凹槽流动至另一轴向通风孔，以此实现冷却气流沿轴向的流通。在图3中，轴向通风孔214被设置成弧形，且其弧度与转子的第二轴向段凹槽的弧度相同，轴向通风孔的内径大于凹槽底部的直径，轴向通风孔的内径小于凹槽顶部的直径，因此以轴向视角观察，凹槽的轮廓完全包络轴向通风孔。
34.以上冷却结构可实现转子有效散热，但由于冷却空气沿程被加热，会造成转子轴向一端温度较低、另一端温度较高，即存在轴向温度梯度。针对此问题，在定子上开设径向通风孔13，由于转子的第二轴向段的凹槽开口与气隙连通，冷却气流可从两端进入轴向通风孔，然后沿径向离开凹槽，在转子旋转离心力作用下，沿径向向外通过径向通风孔13排出电机外，实现更加高效的散热性能，能够进一步增加转子散热面积，因此即使不考虑温度梯度问题，整体冷却效果也更好。
35.其中，径向通风孔13可开设在定子铁芯齿部位置以与气隙连通，也可开设在定子铁芯轭部位置，以与定子槽连通而连通气隙，如图4所示。在电机的机壳上也需要进行对应的开孔131设置，如图5所示。图4和图5示出一排沿周向分布的径向通风孔，对应仅一个第二轴向段的情况。当永磁电机含有多个第二轴向段时，可设置沿多排沿轴向分布的径向通风孔。具体地，在保证径向通风孔轴向位置与第二轴向段轴向位置基本对齐的前提下，将径向通风孔排数设置为第二轴向段个数的1/3至2/3，优选为一半或一半左右，且使得径向通风孔沿轴向尽可能的对称分布、均匀分布。该布置方案具有较好的实用性，一方面降低了定子铁芯叠装的复杂度，另一方面减少了定子铁芯开孔引起的磁场畸变效应和电磁转矩损失，而对于转子散热性能的影响相对较小。
36.以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.永磁电机，包括外壳和安装于外壳之内的定子、转子，转子位于定子之内，定子与转子之间具有气隙，其特征在于，所述转子包括沿其轴向交替分布的第一轴向段和第二轴向段，第一轴向段的表面设有永磁体；其中，第一轴向段为导磁材料；第二轴向段包括环形非导磁部以及沿其外环面均匀分布的数个导磁凸齿，所述导磁凸齿与其邻接的第一轴向段上的永磁体轴向无间隙配合，所述导磁凸齿相互之间不邻接，相邻导磁凸齿与环形非导磁部构成凹槽，凹槽与气隙连通。2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述第二轴向段的导磁凸齿的数量与第一轴向段的永磁体的数量相同。3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述导磁凸齿的中轴线与其邻接的永磁体的中轴线对齐。4.根据权利要求3所述的永磁电机，其特征在于，所述导磁凸齿的径向尺寸大于永磁体的径向尺寸，且导磁凸齿的外径与永磁体的外径齐平。5.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述定子具有径向通风孔，径向通风孔与气隙连通，径向通风孔位于第二轴向段的凹槽的覆盖区域；相应地，外壳具有与径向通风孔对齐的出风口。6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述径向通风孔贯通定子铁芯的齿部，以与气隙连通；或者，所述径向通风孔贯通定子铁芯的轭部，以与定子槽连通而连通气隙。7.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述径向通风孔沿定子的周向均匀分布，作为一排径向通风孔；所述径向通风孔的排数沿轴向对称分布。8.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述第一轴向段具有沿其轴向贯通的轴向通风孔；第二轴向段的凹槽连通相邻第一轴向段的轴向通风孔。9.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，所述轴向通风孔和凹槽均为弧形结构，且轴向通风孔的弧度与凹槽的弧度相等。10.根据权利要求9所述的永磁电机，其特征在于，所述轴向通风孔的内径大于凹槽底部的直径，轴向通风孔的内径小于凹槽顶部的直径。

技术总结
本发明涉及永磁电机，包括外壳和安装于外壳之内的定子、转子，转子位于定子之内，定子与转子之间具有气隙，转子包括沿其轴向交替分布的第一轴向段和第二轴向段，第一轴向段的表面设有永磁体；第一轴向段为导磁材料；第二轴向段包括环形非导磁部以及沿其外环面均匀分布的数个导磁凸齿，导磁凸齿与其邻接的第一轴向段上的永磁体轴向无间隙配合，导磁凸齿相互之间不邻接，相邻导磁凸齿与环形非导磁部构成凹槽，凹槽与气隙连通。本发明的转子的第一轴向段与第二轴向段的交替设置，利用气隙边缘效应，提升了永磁体利用率；还通过第二轴向段的环形非导磁部及凸磁的导磁设计，不仅彻底避免轴向的极间漏磁，还减小主磁路的磁阻，增强气隙边缘效应。隙边缘效应。隙边缘效应。


技术研发人员：陈虹羽 李敏龙 陶然 陈安琪 周鑫利 张凯伦 程莉莉 闻汇
受保护的技术使用者：浙江科技学院
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/13