本發(fā)明屬于電機轉(zhuǎn)子領域，更具體地，涉及一種軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子。

背景技術：

近年來稀土永磁材料飛速發(fā)展，永磁體的剩磁密度和磁能積等得到了大大提高，越來越多地應用到電機當中。采用永磁體勵磁可以帶來許多好處：節(jié)省掉了電勵磁支路，無勵磁損耗；可以去掉電刷結(jié)構(gòu)，使得電機故障率和維修成本降低；往往也能縮小電機的體積使其結(jié)構(gòu)更加緊湊。

應用在電機中的永磁體分為表貼式和內(nèi)嵌式兩種。對于傳統(tǒng)鼓形電機表貼式和內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)都有，但對于軸向磁通的電機結(jié)構(gòu)而言，由于其磁路復雜隨三個維度都有變化，永磁體通常為表貼式。這就限制了永磁盤式電機在高速電機領域的應用，沒有保護的表貼式永磁體極易在高速狀態(tài)下?lián)p壞。另一方面，永磁盤式電機采用表貼式永磁體，由于永磁材料與電樞繞組只間隔有氣隙，距離很近。在電機工作過程中電樞繞組放電電流帶來的交變電磁場會在永磁體內(nèi)產(chǎn)生渦流，帶來損耗，同時電樞繞組電流的熱量會最先傳遞到永磁體上。在溫度發(fā)生變化的情況下永磁體的工作點是不穩(wěn)定的，而且當溫度超過永磁體的居里溫度時永磁體會發(fā)生永久性的失磁。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，通過爪極結(jié)構(gòu)和永磁體內(nèi)嵌的方式，由此解決該轉(zhuǎn)子在高速下旋轉(zhuǎn)以及永磁體在高溫下失磁的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，其包括外磁極、內(nèi)磁極、永磁體、和轉(zhuǎn)軸，其特征在于：

所述外磁極包括空心圓柱狀的外磁極底座和多個第一爪極，該第一爪極包括第一根部和第一齒部，所述第一根部與所述外磁極底座相連，所述第一齒部平行于所述外磁極底座且指向該外磁極底座的中心軸；

所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極底座和多個第二爪極，所述內(nèi)磁極底座套裝在所述外磁極底座中，該第二爪極包括第二根部和第二齒部，所述第二根部與所述內(nèi)磁極底座相連，所述第二齒部與所述第一齒部設置的方向相反，其平行且向外凸出于所述內(nèi)磁極底座，所述第二爪極與所述第一爪極個數(shù)相同，且交錯配合；

所述永磁體產(chǎn)生徑向磁通，且設置在所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間，該永磁體與所述內(nèi)磁極和外磁極配合將所述徑向磁通轉(zhuǎn)化為軸向磁通；

所述轉(zhuǎn)軸設置在所述內(nèi)磁極的內(nèi)部，與所述外磁極和所述內(nèi)磁極同軸心。

優(yōu)選地，所述第一根部和第二根部優(yōu)選采用相同的結(jié)構(gòu)，所述第一根部呈不規(guī)則的四面體狀，該四面體的側(cè)面投影呈梯形，該四面體的底面面積大于頂面面積，且該底面是所述外磁極底座上表面的一部分。

優(yōu)選地，所述第一齒部和第二齒部優(yōu)選采用相同的結(jié)構(gòu)，所述第一齒部的剖面呈直角梯形，該梯形的斜邊是所述第一齒部的下表面。

優(yōu)選地，所述永磁體優(yōu)選采用多塊徑向或平行充磁的瓦片形永磁體中的一種或者組合拼接而成。

優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極和外磁極優(yōu)選采用導磁材料整體加工成型，例如鋼；第一齒部和第二齒部優(yōu)選采用抑制渦流的導磁材料，例如軟磁復合材料。

優(yōu)選地，所述外磁極表面還設置有綁扎材料，例如碳纖維復合材料，用于增加磁極抗拉強度。

優(yōu)選地，所述軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子為一個模塊，由此，通過多模塊的軸向組合構(gòu)成共軸級聯(lián)轉(zhuǎn)子。

優(yōu)選地，所述軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子在無刷電機方面的用途。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明通過將機械強度較差的永磁體安置于內(nèi)、外磁極中間，其工作環(huán)境安全，不易損壞，同時電機轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極由鋼加工而成，十分堅固，不存在電刷、滑環(huán)等易損壞結(jié)構(gòu)，使得電機可以在高速下工作，從而實現(xiàn)了永磁軸向磁通電機在高速電機領域的應用；

2、本發(fā)明通過采用永磁體勵磁，與繞組電勵磁相比整個勵磁結(jié)構(gòu)不需要外界提供電流，從而實現(xiàn)電機的無刷結(jié)構(gòu)，這樣降低了電機的故障率減小了平時的維護成本，也不會產(chǎn)生勵磁損耗，提高電機工作效率；

3、本發(fā)明的轉(zhuǎn)子在裝配到電機結(jié)構(gòu)中時，與繞組與轉(zhuǎn)子間的氣隙相距最近的是轉(zhuǎn)子內(nèi)、外磁極，而永磁體距其較遠，有效減小電樞電流產(chǎn)生的磁場對永磁體帶來的渦流作用，同時電樞繞組產(chǎn)生的熱量不會直接作用在永磁體上，使得永磁體的工作環(huán)境更加安全；

4、本發(fā)明通過采用軸向磁通的結(jié)構(gòu)，當其被應用在電機中時電機整體外形扁平，適合于某些對電機外形有限制的特殊場合，此外，軸向磁通的結(jié)構(gòu)使得電機可以通過共軸級聯(lián)的方式來擴大整機容量。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子；

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的轉(zhuǎn)子外磁極；

圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極；

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的雙轉(zhuǎn)子單定子電機；

圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的單轉(zhuǎn)子雙定子電機；

圖6是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的單轉(zhuǎn)子單定子電機；

圖7是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的共軸級聯(lián)構(gòu)成的電機。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-外磁極 11-外磁極底座12-第一根部 13-第一齒部2-內(nèi)磁極 21內(nèi)磁極底座 22—第二根部 23-第二齒部 3-永磁體 4-轉(zhuǎn)軸5-定子 6-機殼 7-端蓋

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的轉(zhuǎn)子外磁極；圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極；如圖1、圖2和圖3所示，圖中分別為轉(zhuǎn)子外磁極1和轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極2，同一磁極下所延伸出的爪極極性相同?？梢钥闯?，爪極磁極將永磁體3徑向的磁通轉(zhuǎn)化為氣隙軸向的磁通，承擔了磁路的功能。同時其也具有特殊的形狀，在第一和第二爪極根部，側(cè)面投影呈梯形，該根部的下表面的面積大于上表面的面積，這是因為爪極根部通過了一個極下的全部磁通，其截面積過小會使得爪極根部飽和，限制氣隙磁密，浪費永磁材料，所以增大了其截面積；另一方面，第一和第二爪極齒部，即從根部上延伸出作為磁極的部分，齒部的剖視圖呈直角梯形，其直角梯形的斜邊是齒部的下表面，因為這樣的結(jié)構(gòu)增大了爪極齒部下表面與另一轉(zhuǎn)子磁極的正對距離，減小了漏磁，增大了氣隙磁密，節(jié)省了永磁體3用量，轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極12由鋼整體加工而成，結(jié)構(gòu)堅固，將永磁體3內(nèi)嵌于兩者中間，在高速旋轉(zhuǎn)時起到保護永磁體3的作用。兩者延伸出的爪極相互交錯180電角度，形成N、S極交替的氣隙磁場。

本發(fā)明提出了一種軸向磁通永磁體的爪極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，由單個轉(zhuǎn)子盤可衍生構(gòu)成雙轉(zhuǎn)子單定子、單轉(zhuǎn)子雙定子、單轉(zhuǎn)子單定子或多轉(zhuǎn)子級聯(lián)等形式的電機。所述結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子外磁極、轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極、永磁體以及轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。其中轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極與轉(zhuǎn)子外磁極采用鋼等導磁材料整體加工成型，以做成爪極結(jié)構(gòu)的磁極，內(nèi)外磁極呈相互交錯的爪極形狀通過一體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別與永磁體內(nèi)外側(cè)相接；永磁體為多塊徑向充磁的瓦片形永磁體嵌入轉(zhuǎn)子內(nèi)、外磁極中構(gòu)成；轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極、永磁體、轉(zhuǎn)軸相接為一個整體，工作狀態(tài)安全，適合高速旋轉(zhuǎn)。

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的雙轉(zhuǎn)子單定子電機，如圖3所示為由高速永磁爪極軸向磁通轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的雙轉(zhuǎn)子單定子電機。其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子外磁極1、轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極2、永磁體3、轉(zhuǎn)軸4、定子5、機殼6、端蓋7。機殼6內(nèi)部，上下兩側(cè)為兩個轉(zhuǎn)子盤，中間為單個定子5，其中，兩個轉(zhuǎn)子盤磁極極性相同的位置相互對應，構(gòu)成軸向磁通穿過定子5，兩者共同與轉(zhuǎn)軸4相連，隨轉(zhuǎn)軸4共同轉(zhuǎn)動。定子5可以采用非導磁的環(huán)氧樹脂澆筑或?qū)Т挪牧系拈_槽鐵心，繞組以一定規(guī)律安放其中與轉(zhuǎn)子氣隙磁場相互作用，實現(xiàn)電機功能。機殼6與端蓋7由非導磁材料制成。雙轉(zhuǎn)子單定子的結(jié)構(gòu)克服了軸向磁通電機轉(zhuǎn)子盤單邊磁拉力的問題，同時也使得氣隙磁密更大，增大了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。

圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的單轉(zhuǎn)子雙定子電機，如圖4所示為高速永磁爪極軸向磁通轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單轉(zhuǎn)子雙定子電機。其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子外磁極1、轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極2、永磁體3、轉(zhuǎn)軸4、定子5、機殼6、端蓋7。機殼6內(nèi)部中間部分為轉(zhuǎn)子，上下兩側(cè)為定子5。其中，轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極12向端蓋7兩端反向延伸出兩組爪極，兩組磁極通過同一環(huán)形結(jié)構(gòu)共用同一永磁體3，呈沿軸向鏡像對稱分布，與轉(zhuǎn)軸4相連共同轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極12仍采用鋼等導磁材料整體加工而成。定子5分為上下兩部分，分別連接在電機兩側(cè)端部，采用硅鋼片等導磁材料制成，與轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極12共同構(gòu)成磁回路。繞組以一定規(guī)律安放在定子5上，與爪極磁極形成的氣隙磁場相互作用，實現(xiàn)電機功能。機殼6與端蓋7由非導磁材料制成。單轉(zhuǎn)子雙定子結(jié)構(gòu)兩端爪極共用同一永磁體3，節(jié)約了永磁體3用量。

圖6按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的單轉(zhuǎn)子單定子電機，如圖5所示為由高速永磁爪極軸向磁通轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的單轉(zhuǎn)子單定子電機。其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子外磁極1、轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極2、永磁體3、轉(zhuǎn)軸4、定子5、機殼6、端蓋7。機殼6內(nèi)部靠近上端蓋7為轉(zhuǎn)子，靠近下端蓋7為定子5，轉(zhuǎn)子上只有單個轉(zhuǎn)子盤，轉(zhuǎn)子盤與轉(zhuǎn)軸4相連，共同轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極12采用鋼等導磁材料整體加工而成，永磁體3嵌放其中。定子5與電機外殼端蓋7相連，采用硅鋼片等導磁材料制成，與轉(zhuǎn)子爪極共同構(gòu)成磁回路，繞組以一定規(guī)律安放在定子5當中，與爪極形成的氣隙磁場相互作用，實現(xiàn)電機功能，機殼6與端蓋7由非導磁材料制成。

圖7按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構(gòu)建的共軸級聯(lián)構(gòu)成的電機，如圖6所示為由高速永磁爪極軸向磁通轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)共軸級聯(lián)構(gòu)成的電機，其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子外磁極1、轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極2、永磁體3、轉(zhuǎn)軸4、定子5、機殼6、端蓋7。機殼6內(nèi)，由上至下分別為，轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)子。該共軸級聯(lián)為二級級聯(lián)，單不限于二級，可為k級共軸級聯(lián)，k為任一非零正整數(shù)。以二級共軸級聯(lián)為例，轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極依次相互交錯形成N、S磁極，將永磁體3徑向磁通轉(zhuǎn)換為軸向磁通，穿過定子5，與定子5上繞組相互作用實現(xiàn)電機功能，繞組以一定規(guī)律安放在定子5當中，共軸級聯(lián)使得電機輸出功率更大。

本發(fā)明所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)適合于高速運行。為增加轉(zhuǎn)子磁極抗拉強度，亦可在轉(zhuǎn)子外綁扎碳纖維復合材料等高屈服強度材料，不會增加氣隙長度，相對徑向磁場高速永磁電機轉(zhuǎn)子綁扎而言，氣隙磁密更高。在高轉(zhuǎn)速下永磁體3不直接與氣隙相接壤，若轉(zhuǎn)子極采用硅鋼片等電阻率較高材料制成，可減小渦流損能夠制成永磁的無刷高速電機，不易損壞，使用壽命長。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。