[发明专利]一种具有优化磁路的盘式电机转子

说明书

本发明提供了一种具有优化磁路的盘式电机转子，包括转子背铁、磁钢组件以及转子固定盖。其中，转子背铁和转子固定盖由铁钴钒1J22材料制成，磁钢组件由钕铁硼材料制成；在转子背铁的一个底面上布置有用于放置并固定磁钢组件的第一凹槽，另一个底面上布置有槽深沿底面半径由外向内均匀减小的第二凹槽；磁钢组件采用分层及分段结构，单个磁钢只有一个充磁方向。本发明能够在优化电机磁路的同时减小转子的重量，提高转子轭部材料的利用率，进而提高盘式电机功率密度。

技术领域

本发明属电机设计技术领域，具体涉及一种具有优化磁路的盘式电机转子。

背景技术

盘式电机由于其气隙磁场是轴向的，因此又叫轴向磁场电机。高性能永磁材料、大功率开关器件、模拟数字专用集成电路以及新型制造工艺的出现促进了盘式电机的飞速发展。盘式电机因其独特的扁平结构而被广泛应用于计算机硬盘、飞轮储能、电动汽车、风力发电等需要薄形安装的场合。与传统的径向磁场电机70％～75％铁芯利用率相比，盘式电机的铁芯利用率能达到95％及以上。由于其轴向尺寸短、结构紧凑、铁芯利用率高，因此盘式电机具有较高的功率密度和转矩密度。

对于盘式电机而言，转子厚度越薄、体积越小，电机的质量就会越小，这无疑对于提高电机的功率密度和转矩密度是大有益处的，这就要求在满足磁路不饱和的前提下尽可能减小转子轭部的体积。现有的盘式电机往往通过增加极对数来减小电机转子轭部的厚度尺寸，但极对数增加会造成电机效率的降低；极对数较少的盘式电机虽然效率较高，但往往体积较大，转子较厚。由于设计一个功率密度大、效率高、极对数少的盘式电机存在较大困难，因此，需寻求一种新型盘式电机转子结构来优化电机磁路，并减轻转子重量。

专利CN105515229A提出了“一种盘式电机”，通过将定子铁芯和永磁体分别镶嵌于定子盘和转子盘内优化了电机的磁路；通过将盘式电机的定子盘、转子盘、转轴、固定盘采用超高分子聚乙烯材料来达到减重的目的。但聚乙烯材料易燃，不利于电机的散热和可靠运行。此外，采用超高分子聚乙烯材料的这些部件不充当磁路，导致电机加工出来体积较大，不能充分发挥盘式电机这种电机拓扑结构紧凑的优势。

专利CN108233556A提出了“一种具有优化磁路的定子及电机”，通过在相邻绕组模块之间增设导磁铁芯模块进行补位导磁，来提高电机的扭矩和功率。但该方法局限于定子绕组模块包括的第一极靴覆盖的气隙磁场相角跨度为180°的情况，且增加了导磁铁芯模块的重量，利用该方法提升盘式电机的功率密度具有局限性且效果不明显。

发明内容

为了克服现有盘式电机转子轭部厚、功率密度小的不足，本发明提供一种具有优化磁路的盘式电机转子。在优化电机磁路的同时减小转子的重量，提高转子轭部材料的利用率，进而提高盘式电机功率密度。

一种具有优化磁路的盘式电机转子，其特征在于：包括转子背铁、磁钢组件以及转子固定盖，其中，转子背铁和转子固定盖由铁钴钒1J22材料制成，磁钢组件由钕铁硼材料制成，固定于转子背铁和转子固定盖中间；

所述的转子背铁的一个底面上布置有沿周向等间隔排布的若干第一凹槽，用于放置并固定磁钢组件；另一个底面上布置有沿周向排布的若干第二凹槽，第二凹槽的槽深沿底面半径由外向内均匀减小；

所述的磁钢组件由偶数个相同的扇形磁钢构件构成，每个构件分为两层，其中一层整体成形，另一层沿扇形半径分为相同的两个部分，转子充磁时，整体成形层的充磁方向沿与扇面垂直方向充磁，另一层两个部分的充磁方向沿其分割平面互为对称，分别与整体成形层的充磁方向成α角和-α角，α在(0,45)内取值；磁钢组件中相临两个构件的充磁方向相反。

进一步地，每个第二槽有三个外表面，分别为两个对称的直角梯形和一个等腰三角形。

进一步地，α角采用有限元软件根据参数扫描结果进行仿真选取，选取的原则为使转子背铁的最大磁密处的磁密小于1J22的饱和磁密且转子背铁的平均磁密大于转子背铁最大磁密处磁密的一半。