本發明涉及一種電機設計領域，特別是一種含非對稱磁極的永磁電機轉子。

背景技術：

近些年，由于永磁電機具有高轉矩密度、高效率，被廣泛應用于家電、電動汽車、風力發電和航空航天等場合。高能量密度的稀土永磁材料在永磁電機的設計和產品化中備受青睞。

傳統的永磁電機使用大量價格較高的稀土永磁材料，是其生產成本較高的主要原因。為了解決這一問題，發明專利200710010915.0提供了交替極永磁電機，永磁體的數量僅為傳統永磁電機的一半，降低了電機的總成本。

但是，交替極永磁電機的轉軸端部會有單極性漏磁，使得電機的轉軸發生磁化，這將對整個電機系統的可靠性和安全性產生影響。

發明專利201611011019.1提出采用轉子分段的方法，在轉子和轉軸內部提供漏磁路徑，削弱了轉軸端部的磁化。

然而，仍存在著如下不足：

1.會使得氣隙中產生軸向漏磁，降低了電機的轉矩輸出能力。

2.交替極永磁電機在q＝0.5(q為每極每相槽數)時，其反電勢中含有大量偶次諧波，這會增加電機的轉矩脈動。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種含非對稱磁極的永磁電機轉子，該含非對稱磁極的永磁電機轉子能在降低電機成本和保證轉矩輸出能力的同時，削弱轉軸端部的漏磁及其磁化，并降低轉矩脈動。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種含非對稱磁極的永磁電機轉子，包括轉子鐵心和永磁體。

轉子鐵心為導磁材料。

轉子鐵心的圓周外表面或內表面沿周向均勻布設有2i個鐵心凸極，其中，i＝p/3，p為電機極對數，且p為3的倍數。

相鄰兩個鐵心凸極之間的轉子鐵心的圓周外表面或內表面均設置有兩個永磁體槽，每個永磁體槽內各嵌套一個永磁體。

每個永磁體的圓心角均小于或等于對應永磁體槽的圓心角。

位于相鄰兩個鐵心凸極之間的兩個永磁體的充磁方向相反，且位于同一個鐵心凸極兩側的兩個永磁體的充磁方向相同。

每個永磁體的圓心角均小于對應永磁體槽的圓心角，每個永磁體與相鄰鐵心凸極之間均設置有周向隔磁槽。

周向隔磁槽的系數其中θb為周向隔磁槽的圓心角，θm為永磁體的圓心角，kc取值范圍在0-0.2之間。

永磁體的極弧系數αp＝θmp/π，其中θm為永磁體的圓心角；p為電機極對數，且p為3的倍數；αp取值范圍在0.6-1.0之間。

永磁體的充磁方式為徑向充磁或平行充磁。

還包括轉軸，轉子鐵心同軸固定套裝在轉軸外周，2i個鐵心凸極均勻布設在轉子鐵心的圓周外表面。

還包括固定軸，定子同軸固定套裝在固定軸的外周，兩者形成為一體結構；固定軸兩端分別從定子兩端伸出，并且固定軸的兩個伸出端各套裝一個軸承；轉子鐵心同軸套設在定子外周，并且轉子鐵心通過支撐體同軸安裝在軸承上；2i個鐵心凸極均勻布設在轉子鐵心的圓周內表面。

本發明采用上述結構后，由于位于相鄰兩個鐵心凸極之間的兩個永磁體的充磁方向相反，因而，轉軸端部就不會產生單極性漏磁，轉軸端部也就不會被磁化。更為重要的是，本發明反電勢的諧波含量比傳統的表貼式永磁電機和交替極永磁電機少，故轉矩脈動較小。另外，本電機即可電動運行，也可發電運行。本發明既可以用于內轉子電機，也可以用于外轉子電機。

附圖說明

圖1顯示了本發明實施例1中一種含非對稱磁極的永磁電機轉子的結構示意圖。

圖2顯示了本發明實施例2中一種含非對稱磁極的永磁電機轉子的結構示意圖。

圖3顯示了實施例1中轉軸端部40mm處的磁密對比示意圖。

圖4顯示了實施例1中反電勢與轉子位置的波形對比示意圖。

圖5顯示了實施例1中反電勢與諧波階次關系的對比示意圖。

圖6顯示了實施例1中電磁轉矩對比示意圖。

其中有：

1.轉子鐵心；11.永磁體槽；12.鐵心凸極；13.周向隔磁槽；

2.永磁體；3.轉軸。

具體實施方式

下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1永磁電機轉子為內轉子

如圖1所示，一種含非對稱磁極的永磁電機轉子，包括轉子鐵心1、永磁體2和轉軸3。

轉子鐵心為導磁材料，且轉子鐵心同軸固定套裝在轉軸外周。

轉子鐵心的圓周外表面沿周向均勻布設有2i個鐵心凸極12，其中，i＝p/3，p為電機極對數，且p為3的倍數。

相鄰兩個鐵心凸極之間的轉子鐵心的圓周外表面均設置有兩個永磁體槽，也即轉子鐵心的圓周外表面用布設有4i個永磁體槽11。

每個永磁體槽內各嵌套一個永磁體2。

本發明以6極內轉子電機為例，如圖1所示，此時，電機極對數p＝3，則i＝1，鐵心凸極為兩個，永磁體槽為四個。

位于相鄰兩個鐵心凸極之間的兩個永磁體的充磁方向相反，且位于同一個鐵心凸極兩側的兩個永磁體的充磁方向相同。

每個永磁體的圓心角均小于或等于對應永磁體槽的圓心角，本發明中每個永磁體的圓心角優選均小于對應永磁體槽的圓心角，每個永磁體與相鄰鐵心凸極之間均設置有周向隔磁槽13。

周向隔磁槽的系數其中θb為周向隔磁槽的圓心角，θm為永磁體的圓心角，kc取值范圍在0-0.2之間。

永磁體的極弧系數αp＝θmp/π，其中θm為永磁體的圓心角；p為電機極對數，且p為3的倍數；αp取值范圍在0.6-1.0之間。

永磁體的充磁方式優選為徑向充磁或平行充磁，但可以為其他已知的方式。

由于位于相鄰兩個鐵心凸極之間的兩個永磁體的充磁方向相反，因而，轉軸端部就不會產生單極性漏磁，轉軸端部也就不會被磁化。更為重要的是，本發明反電勢的諧波含量比傳統的表貼式永磁電機和交替極永磁電機少，故轉矩脈動較小。

從圖3可以看出，在轉軸端部40mm處，本發明的轉軸端部磁密小于交替極永磁電機，這表明漏磁得到減少。而且，本發明的轉軸端部的磁密有正有負，而交替極永磁電機的轉軸端部磁密是單極性的。綜合以上兩點，本發明轉軸端部漏磁減少，且漏磁不是單極性的，故轉軸端部不會被磁化。

從圖4和圖5可以看出，交替極永磁電機的反電勢含有大量的偶次諧波，本發明的反電勢不含有偶次諧波。

反電勢的總諧波畸變率是衡量諧波含量的一個重要指標，如式(1)所示。

式中：n為諧波階次，h為諧波的最高階次，其中，ethd為反電勢的總諧波畸變率，en為第n次(n>＝2)諧波反電勢的幅值，e1為基波反電勢的幅值。

按照式(1)所示計算公式，對傳統永磁電機、交替極永磁電機以及本發明的含非對稱磁極的永磁電機轉子分別計算反電勢的總諧波畸變率，計算結果如下：

傳統永磁電機24.4％，交替極永磁電機34.0％，本發明12.4％。

因此，本發明的反電勢正弦度優于傳統永磁電機和交替極永磁電機，因而本發明有著較低的轉矩脈動。

另外，轉矩脈動是由反電勢中的諧波(n>＝2)與電流相互作用產生的。所以，反電勢諧波降低的話，轉矩脈動就會降低。反電勢的諧波從圖5中可以直觀看出，也可以通過反電勢的總諧波畸變率來量化比較。

從圖6可以看出，本發明的轉矩脈動低于傳統的表貼式永磁電機和交替極永磁電機。

實施例2永磁電機轉子為外轉子

如圖2所示，一種含非對稱磁極的永磁電機轉子，也包括轉子鐵心1和永磁體2。

轉子鐵心1和永磁體2的結構與設計原理與實施例1基本相同，不同點如下：

當永磁電機轉子為外轉子時，轉軸替換為固定軸。

定子同軸固定套裝在固定軸的外周，兩者形成為一體結構。固定軸兩端分別從定子兩端伸出，并且固定軸的兩個伸出端各套裝一個軸承。

轉子鐵心同軸套設在定子外周，并且轉子鐵心通過支撐體同軸安裝在軸承上。

轉子鐵心的圓周內表面沿周向均勻布設有2i個鐵心凸極12，其中，i＝p/3，p為電機極對數，且p為3的倍數。

相鄰兩個鐵心凸極之間的轉子鐵心的圓周內表面均設置有兩個永磁體槽，也即轉子鐵心的圓周內表面用布設有4i個永磁體槽11，每個永磁體槽內各嵌套一個永磁體2。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發明的保護范圍。