一种新型永磁电机转子的研制

一种分割式转子结构的新型铁氧体永磁电机介绍程冲（浙江大学电气学院 电机与电器专业 学号11110012）摘要永磁同步电机是目前的混合动力电动汽车（HEV）的关键部分的驱动系统，电动汽车中的永磁同步电机需要更优越的性能如小尺寸，高功率密度和高效率。

因此，为了实现所需的优越性能，在PMSMs中通常采用了具有较大磁能积的稀土永磁。

但是由于稀土价格的涨价，考虑电机的成本问题，本文介绍了一种成本低于稀土永磁电机，而且性能也能逼近稀土永磁电机，并在永磁体退磁方面有显著抑制效果的新型电机。

文章介绍了一种新型电机的结构特点与性能参数，通过文献[1]中进行的三维有限元分析的结果，验证这种新型电机具有良好的性能。

关键字：非稀土永磁电机永磁同步电机轴向间隙电机铁氧体永磁电动关键字汽车1、简介永磁同步电机是目前的混合动力电动汽车（HEV）的关键部分的驱动系统，电动汽车中的永磁同步电机需要更优越的性能如小尺寸，高功率密度和高效率。

因此，为了实现所需的优越性能，在PMSMs中通常采用了具有较大磁能积的稀土永磁。

然而，全球90%的稀土元素储量在中国，需要中国给全世界提供原材料。

所以，根据中国的价格政策不同，稀土材料的价格会突然的提高，使得含有稀土元素的PMSMs成本大幅度升高。

鉴于最近稀土价格已经飙升不跌，各国尤其是稀土资源储备缺乏的国家，都在研究可以替代稀土材料的高性能永磁电机，或者提高生产控制技术，尽可能少地使用稀土材料。

最近有报道称，日本已经研究成功一种永磁电机，性能很好，稀土材料使用量仅有原来的一半。

其他各国也在致力于这方面的研究，有利用开关磁阻电机来代替永磁电机的设计，也有针对铁氧体永磁电机进行改进，来达到稀土永磁电机的高性能指标。

本文主要参考文献[1]，介绍了一种新型结构的铁氧体永磁电机，性能已经可以逼近稀土永磁电机，成本却较之低很多。

这是一种具有铁氧体永磁材料的，轴向间隙型电机。

一般意义上的铁氧体材料的磁能积，最大限度也只有稀土永磁材料的10%。

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法，采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响，通过合理的简化模型，可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。

永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为：（2）当考虑到电机铁芯的饱和因素，则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为：（3）式中：A—矢量磁位；Js—外部强加的源电流密度；v—媒质的磁阻率；V—媒质相对坐标系的运动速度；—媒质的电导率。

3 电磁场仿真计算与分析根据上述分析，针对以上转子磁路结构类型，本文建立了3种磁路结构的模型，分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。

该永磁同步电动机的定子槽数（36槽）及结构尺寸相同。

转子采用不同的磁路结构，即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。

转子极数为8极。

图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构（转子磁路為一字型结构）、以及本文提出的新型转子磁路结构。

建立有限元仿真模型后，将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形，电机运行转速为1 000rpm，磁钢温度20℃。

图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势波形。

通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知，当采用本文提出的新型转子磁路结构时，电机空载反电动势波形具有更高的正弦度，谐波含量最低，其谐波畸变率约为0.3%，远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。

在空载工况下，对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析，得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。

计算结果如图9、图10、图11所示。

图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。

由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等，因此仿真曲线中交直轴电感相近，即电机的凸极率近似为1。

永磁电机转子铁芯轴向固定结构及永磁电机的制作方法永磁电机是一种常见的电动机类型，其具有结构简单、体积小、效率高等优点，被广泛应用于许多领域。

本文将详细描述永磁电机转子铁芯轴向固定结构及永磁电机的制作方法，帮助读者了解和制作永磁电机。

一、永磁电机转子铁芯轴向固定结构永磁电机的转子是其一个重要组成部分，它由转子铁芯和永磁体组成。

转子铁芯轴向固定结构的设计可以提高永磁电机的性能，下面是一个描述该结构的步骤：1. 确定转子铁芯的形状。

常用的转子铁芯形状有圆筒形、碟形等，根据具体需求选择适当的形状。

2. 根据转子铁芯的形状制作铁芯模具。

可以选择使用金属材料，通过车削、铣削等加工工艺制作。

3. 在铁芯模具中植入永磁体。

根据电机设计需求和性能要求，选择合适的永磁体材料和磁体形状，并将其植入到铁芯模具之中。

4. 使用定子模具固定转子铁芯。

根据特定的设计要求，制作定子模具并将转子铁芯放入其中，通过焊接、粘接等方式固定转子铁芯。

5. 完成转子铁芯轴向固定结构。

经过以上步骤，转子铁芯的轴向固定结构就完成了。

这样的设计可以确保转子铁芯和定子之间的相对位置固定，提升电机的稳定性和工作效率。

二、永磁电机的制作方法制作永磁电机可以分为以下步骤：1. 设计电机的基本参数。

根据电机的用途和要求，确定电机的功率、转速、磁极数等基本参数。

2. 制作定子。

定子是永磁电机的固定部分，可以使用铁芯和绕组来制作。

选择合适的铁芯材料，例如硅钢片，通过堆叠和固定方式制作出定子铁芯。

然后，在定子铁芯上绕制绕组，绕组包括线圈和绝缘层。

3. 制作转子。

根据前面所述的永磁电机转子铁芯轴向固定结构的步骤，制作转子的铁芯并固定永磁体。

4. 安装定子和转子。

将制作好的定子和转子组装在一起，确保定子和转子之间的间隙合适。

5. 制作电机的外壳和连接部件。

根据电机的设计要求，制作电机的外壳和连接部件，如轴承座、端盖等。

6. 进行电机的绝缘处理。

对电机的绕组和其他金属部分进行绝缘处理，以提高电机的安全性和可靠性。

新型永磁外转子电机的设计与分析简介永磁外转子电机是一种新型的电机类型，它与传统的永磁内转子电机相比，具有更加优秀的动态特性，转速响应更快、更准确。

除此之外，其结构也更加紧凑，因此具有更加广泛的应用前景。

本文将介绍永磁外转子电机的结构设计和性能分析，并简要介绍其应用领域和发展前景。

永磁外转子电机的结构设计永磁外转子电机的结构相对于传统的永磁内转子电机，最大的不同在于其定子部分是内部，转子部分则成为了外部，同时外部转子的形状也完全不同。

永磁外转子电机主要由两个部分组成，分别为转子和定子。

其中转子由永磁磁铁和轴承支持组成，轴承支持主要起到支撑转子的作用，以确保转子能够平稳旋转。

定子则由线圈和铁芯组成，线圈通过外部设置的电源通电，然后与转子产生电磁作用，驱动转子旋转。

永磁外转子电机的性能优势与传统的永磁内转子电机相比，永磁外转子电机具有以下的性能优势：1.发热量更少永磁外转子电机由于结构更加紧凑，因此空气阻力较小，同时也会产生较少的磁场损耗，从而减少了发热量。

2.效率更高永磁外转子电机的结构使得其转子和定子的距离更近，因此磁阻更小，磁场更强，同时也更加节能。

3.转速响应更快永磁外转子电机具有更快的响应时间，对于需要高速旋转、精密控制的设备非常适合。

应用领域和发展前景永磁外转子电机主要应用于高要求的电机应用领域，特别是在需要高速旋转和精密控制的场合下。

例如，永磁外转子电机对于飞行器、无人机、及医疗等领域均有广泛的应用。

随着科技的进步，永磁外转子电机在未来的发展趋势将会更加广阔，其性能的优秀将会促进其更多的应用。

总结本文简要介绍了永磁外转子电机的结构和性能优势，介绍了其应用领域和发展前景。

仅当有了更好的理解和掌握新型永磁外转子电机的设计和分析，才能促进其在各种领域更加广泛的应用。

专利名称：一种永磁电机
专利类型：发明专利
发明人：殷鹤,成哲,钟安解
申请号：CN202010711567.5申请日：20200722
公开号：CN113972757A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种永磁电机，其定子齿冠开设2个辅助梯形凹槽的外转子无刷直流电机，本申请通过在每个齿冠的外侧面添加降低电机启动转矩的两辅助梯形凹槽，数个辅助凹槽与数个齿槽间隔且均匀分布，相邻的两个辅助凹槽与齿槽中心线形成的角度为8度。

辅助槽使得定子铁芯上的总槽数增加2倍使得电动机的齿槽效应而产生的电磁振动由低频移往高频，从而高频振动代替了低频振动，使得振动的幅值明显降低，在降低噪音的同时也可改善电机音品质。

辅助槽为梯形槽，既保证了不因开槽导致磁饱和，又避免了应力集中导致磁饱和。

本发明提供一种永磁电机，削弱了永磁电机齿槽扭矩，平稳启动，低振动性，低噪音的良好性能。

申请人：江门市星虹科技有限公司
地址：529000 广东省江门市江海区南山路318号3号厂房第二层(信息申报制)
国籍：CN
代理机构：北京化育知识产权代理有限公司
代理人：尹均利
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制造永磁电机转子的方法永磁电机是一种使用永磁体作为磁场源，利用电磁感应原理将电能转化为机械能的机电一体化设备。

其磁极数目、磁场分布和转子结构等因素都会影响其性能以及成本。

其中，转子是永磁电机的重要组成部分，对其性能和成本都有着重要的影响。

下面将介绍几种常见的制造永磁电机转子的方法。

1.注塑成型法注塑成型法是一种常见的制造永磁电机转子的方法。

该方法先将永磁材料制成粉末，然后将其与热塑性树脂或热固性树脂混合，再将混合物注入模具中，进行成型。

该方法成本较低，适用于小批量生产。

但是，该方法存在着永磁材料与树脂之间的热膨胀系数不匹配的问题，容易导致永磁体与树脂之间的分离，影响永磁电机的性能。

2.压制成型法压制成型法是一种制造永磁电机转子的传统方法。

该方法先将永磁材料和粘合剂混合，再将混合物放入压制模具中，进行压制成型。

该方法成本较低，适用于小批量生产。

但是，该方法存在着永磁材料与粘合剂之间的热膨胀系数不匹配的问题，容易导致永磁体与粘合剂之间的分离，影响永磁电机的性能。

3.热压缩成型法热压缩成型法是一种制造永磁电机转子的现代化方法。

该方法使用高温和高压的条件，将永磁材料和粘合剂进行热压缩成型。

该方法可以获得较高的永磁材料密度和机械强度，而且可以控制永磁体与粘合剂之间的热膨胀系数，避免永磁体与粘合剂之间的分离。

但是，该方法成本较高，适用于大批量生产。

4.磁力悬浮成型法磁力悬浮成型法是一种新型的制造永磁电机转子的方法。

该方法使用磁力悬浮技术将永磁材料悬浮在空中，然后利用高功率激光进行熔化和凝固，形成永磁体。

该方法可以获得较高的永磁材料密度和机械强度，而且可以控制永磁体的形状和尺寸。

但是，该方法成本非常高，适用于高端永磁电机的生产。

制造永磁电机转子的方法有很多种，每种方法都有其优缺点。

在选择制造方法时，需要综合考虑永磁电机的性能、成本和生产量等因素，选择合适的制造方法，以获得最佳的制造效果。

多层内置式永磁体转子结构工艺随着工业技术的不断发展，永磁电机作为一种新型的电动机，具有体积小、效率高、响应速度快等诸多优点，已经在各个领域得到了广泛的应用。

而在永磁电机中，转子作为其核心部件之一，其结构工艺的设计和制造显得尤为重要。

本文将重点介绍多层内置式永磁体转子结构工艺，通过对其结构特点、制造工艺及应用前景的介绍，为相关领域的研究人员和工程师提供参考。

一、多层内置式永磁体转子结构特点1. 多层结构：多层内置式永磁体转子是指在转子内部采用多层永磁体进行堆叠，使得转子的永磁磁通密度更加均匀、磁场更加稳定，提高了电机的性能指标。

2. 内置式设计：内置式永磁体转子将永磁体直接安装在转子的铁芯上，与传统的外置式永磁体转子相比，具有结构更加紧凑、转子惯性小等优点。

3. 高磁能积：多层内置式永磁体转子可以采用高能积的永磁材料，使得电机具有更高的磁场密度和输出功率，适用于对动力密度要求较高的场合。

二、多层内置式永磁体转子结构工艺1. 材料选用：多层内置式永磁体转子通常采用稀土永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）等，其具有高磁能积、良好的热稳定性等优点。

在选材时需考虑其磁能积、矫顽力、热稳定性等参数，并结合电机的工作环境和要求进行选择。

2. 结构设计：多层内置式永磁体转子的结构设计需要考虑永磁体的安装方式、间隙设计、固定方式等因素，以确保转子在工作时具有稳定的磁场分布和良好的机械性能。

3. 制造工艺：多层内置式永磁体转子的制造工艺包括永磁体的精密切割、涂覆、定位、固定等环节，需要借助先进的加工设备和精密的工艺控制，以确保永磁体的精度和稳定性。

4. 磁场调整：在永磁体转子组装完成后，需要进行磁场调整和磁路匹配，以确保转子的磁场分布均匀、磁通量稳定，并保证其性能达到设计要求。

5. 检测验收：多层内置式永磁体转子在制造完成后需要进行磁场均匀性测试、永磁体粘接强度测试、动平衡测试等多项检测，以确保转子的品质和性能。

三、多层内置式永磁体转子在电机领域的应用前景1. 高性能电机：多层内置式永磁体转子能够提高电机的磁场密度和输出功率，适用于对动力密度和效率要求较高的场合，如新能源汽车、航空航天等领域。

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析【摘要】近年来，我国的工业化建设发展迅速，本文针对新型的永磁电机转子的磁路结构进行分析，分析了内置式转子磁路结构、表贴式转子磁路结构的优缺点，并分析该结构下平行充磁的径向充磁效果，希望能够为优化磁路设计，让电机的转子磁路接近于表贴式的磁钢结构效能，保证电机的控制效果更加简单可行奠定基础。

现针对本次设计的磁钢结构、充磁方式、电机反电势波形等内容进行以下分析研究。

【关键词】：永磁电机；转子；磁路结构；设计分析永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。

对比传统的电励磁同步电机，永磁同步电机的整体使用效益高且结构简单，体积小，重量较轻，从整体的控制效果和控制表现来看，永磁同步电机的转矩特性和直流电机较为类似，因此具有调速范围宽、控制结构较为简单且操作十分快速迅捷等特点。

该技术在航空航天以及伺服传动、新能源驱动方面运用较为广泛，也在很多相关领域运营显著。

结合永磁同步电机的磁钢安装表现来看，可见现有的永磁同步电机分为表贴式和内置式两种模式，其中内置式特点在于将磁感镶嵌在铁芯的内部，可以保证转子的结构稳定，保护磁钢，减少其受到高转速的冲击和影响；但是内置式控制系统的结构十分复杂，内部的交直轴磁路之间也存在交叉影响，导致了操作系统的直交轴的电感不相等。

此外，表贴式的永磁电机的磁钢是贴在转子的表面，其固定方式较为简单，但是可靠性不高，在实际的操作中容易受到振动影响，虽然可以采用绑扎等方式固定转子，但是整体也会增加气隙效果，直接影响电机的运行功能。

现针对两种模型的特点进行分析，总结其优缺点，并创新设计兼容性的新型永磁同步电机转子磁路，兼顾内置式和表贴式的结构特点，后经过有限元分析和样机测试后，验证了该方法的可行性。

1.简述数学模型本次设计的模型选用永磁同步电机转子磁路，有表贴式磁路结构和内置式磁路结构两种。

首先，表贴式的磁路结构需要将磁钢固定在转子的表面，由于磁钢的导磁率和空气的导磁率接近，因此磁路结构属于隐蔽式结构，且电机的交直轴的电感接近；其次，内置式转子结构的磁钢的导磁率和硅钢片的磁导率之间有一定的差异，磁路结构属于凸极结构形式，且电机的直轴电感也比交轴电感小一些。

专利名称：内置式永磁电机转子和永磁电机
专利类型：实用新型专利
发明人：刘万振,姚丽,林岩,刘广强,王震宇,汤卫平,王猛申请号：CN201721891783.2
申请日：20171228
公开号：CN208078749U
公开日：
20181109
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型的实施例公开了一种内置式永磁电机转子和具有该内置式永磁电机转子的永磁电机。

该内置式永磁电机转子包括：第一转子叠片和第二转子叠片，第一转子叠片和第二转子叠片在永磁电机转子的轴向方向上排列，其中第一转子叠片和第二转子叠片中的至少一个转子叠片的外周轮廓线包括多个圆心不在永磁电机转子的轴线上的圆弧。

采用根据本实用新型的实施例的内置式永磁电机转子和具有该内置式永磁电机转子的永磁电机，例如能够降低齿槽转矩。

申请人：丹佛斯(天津)有限公司
地址：301700 天津市武清区武清开发区福源路5号
国籍：CN
代理机构：中科专利商标代理有限责任公司
代理人：张成新
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