CN103138442A - 内置式永磁电机的转子和使用其的内置式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内置式永磁电机的转子和使用其的内置式永磁电机。所述内置式永磁电机的转子包括：转子铁芯；多个永磁体，所述多个永磁体被间隔地设置在所述转子铁芯的内部；多个空气槽，设置在所述相邻永磁体的端部且靠近转子外圆周的位置，用以在所述转子的外圆周与所述内置式永磁电机的定子内圆周之间产生近似正弦形气隙磁密。

Description

内置式永磁电机的转子和使用其的内置式永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及内置式永磁电机的转子配置和使用上述的转子的内置式永磁电机。 

背景技术

通常，诸如无刷DC电机的永磁电机具有安装在转子芯部上的永磁体以产生旋转驱动力。基于永磁体如何安装到转子芯部上，永磁电机被分类为表面安装式永磁电机和内置式永磁电机。 

典型地，内置式永磁电机具有安装在转子芯部中的多个永磁体。图1显示了传统的内置式永磁电机10的横截面视图。该内置式永磁电机10包括：定子1、缠绕在所述定子1上的线圈(未在图1中示出)以及转子4，所述转子4可旋转地设置在定子1中。 

定子1包括：通过叠置多个硅钢片所形成的圆筒形定子铁芯2；形成在定子铁芯2中且沿其径向方向向内延伸的定子齿9、在所述多个定子齿之间分布的定子槽3；以及缠绕定子齿9的线圈(未显示)。 

转子4包括：通过叠置多个硅钢片所形成的转子铁芯5，转子铁芯5设置在定子1的圆柱形腔体中，同时以预定的距离与定子1的圆柱形腔体分开；形成在转子铁芯5中的多个永磁体孔6；以及多个永磁体7，所述永磁体7分别插入到永磁体孔6中。通常，在永磁体7被插入到永磁体孔6中之后，在永磁体7的端部上形成永磁体孔间隙61。旋转轴8被插入到形成在转子4的中心的圆柱形腔体中，并由此与转子铁芯5一起旋转。 

当电流被供给到缠绕在具有上述结构的传统永磁电机10的定子齿9上的线圈时，线圈的极性被顺序改变，在定子1与转子4之间产生旋转磁场，转子4的磁场跟随该旋转磁场旋转，并产生旋转驱动力。因此，使转子铁芯5与旋转轴8一起旋转。 

在内置式永磁电机10中，由于定子1的内圆周和转子4的外圆周之间 的间隙d1的长度是均匀的，因此内置到转子4中的永磁体7通常会在间隙d1上产生非正弦的气隙磁密，对于正弦波电流供电的永磁电机而言会增大转矩波动。结果，在转子4旋转时会产生振动，使噪音增加。结果，所述内置式永磁电机10的效率降低。 

在现有技术中，为了产生正弦气隙磁场，转子4通常采用非规则圆形，以在定子的内圆周与转子的外圆周之间获得不均匀的气隙。这样，会在一定程度上增加永磁电机加工的难度且在永磁电机装配过程中，很难保证定子和转子是同心的。 

鉴于上述，确有需要提供一种新型的内置式永磁电机的转子，其能够改变内置式永磁电机的气隙磁场分布，又避免了采用非规则圆形转子，降低了装配时保证定子和转子的同心的难度。 

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。 

相应地，本发明的目的之一是提供改善内置式永磁电机的气隙磁场分布或改变磁通路径的内置式永磁电机转子。 

本发明的另一目的是提供能够避免采用非规则圆形转子的内置式永磁电机转子。 

本发明的还一目的是提供降低装配时定子和转子的同心的难度的内置式永磁电机转子。 

本发明的又一目的是提供使用上述的转子的内置式永磁电机。 

根据本发明的一个方面，提供了一种用于内置式永磁电机的转子，包括：转子铁芯；多个永磁体，所述多个永磁体被间隔地设置在所述转子铁芯的内部；多个空气槽，设置在相邻永磁体的端部且靠近所述转子外圆周的位置，用以在所述转子的外圆周与所述内置式永磁电机的定子内圆周之间产生近似正弦形气隙磁密。 

具体地，所述空气槽包括在所述永磁体的每一末端处设置的永磁体槽空隙和设置在所述永磁体槽空隙附近的狭槽。 

在一个实施例中，所述永磁体槽空隙为不规则或规则的多边形形 状。 

此外，在所述永磁体槽空隙的每一端处设置有两个相对交错开的狭槽，且所述狭槽相对于所述永磁体是倾斜的长条形或杆状的狭槽。 

另外，所述转子为规则圆柱形。 

进一步地，所述转子还包括设置在其中的多个永磁体槽，所述永磁体被嵌入到所述永磁体槽内。 

具体地，所述多个永磁体为四个具有相等尺寸的长方体形的永磁体，且所述多个永磁体一起形成正方体形形状。 

通常，所述转子铁芯呈现圆筒形，且由多个层叠放置的硅钢片制造。 

在一个实施例中，所述转子铁芯还包括设置在其中心处的转轴。 

根据本发明的另一方面，提供一种内置式永磁电机，所述内置式永磁电机包括：定子，和根据上述的转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，且与所述定子间隔开一距离。 

进一步地，所述定子包括圆筒形的定子铁芯、多个沿所述定子的径向方向向内延伸的定子齿、在所述多个定子齿之间分布的定子槽以及缠绕所述定子齿以产生旋转磁场的线圈。 

进一步地，所述定子的内圆周和所述转子的外圆周之间的气隙为均匀宽度的环形气隙。 

在永磁电机的设计中，转矩波动的大小会影响永磁电机的运行性能，因此设计时会对其进行优化。在本发明中，通过改变内置式永磁电机的转子磁阻的大小来改变气隙磁密分布的方法，达到了减小内置式永磁电机的转矩波动的目的。本发明的方法与采用不均匀的气隙的方法相比，具有加工方便、简单、容差大等优点，且同时降低了装配时转子和定子之间的同心的难度。 

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件。 

图1是现有技术中的内置式永磁电机的横截面示意图； 

图2是根据本发明的一个实施例的内置式永磁电机的横截面示意图； 

图3是分别示出图1中的内置式永磁电机和图2中显示的内置式永磁电机的定子内圆周与转子外圆周之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线图；和 

图4是分别示出图1中的内置式永磁电机和图2中显示的内置式永磁电机的转矩波动相对于时间的曲线图。 

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-4，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。 

下面参考附图对根据本发明的实施例的内置式永磁电机进行说明。 

参照图2，示出了根据本发明的一个实施例的内置式永磁电机20。该内置式永磁电机20包括定子21和转子24，所述转子24可旋转地设置在所述定子21中，且与所述定子21间隔开一距离。具体地，所述转子24设置在所述定子21的圆柱形腔体中。通常，转子24同心地设置在所述圆柱形腔体中。所述定子21与所述转子24间隔开一距离d2设置。 

所述定子21包括圆筒形的定子铁芯22、多个沿所述定子21的径向方向向内延伸的定子齿29、在所述多个定子齿29之间分布的定子槽23以及缠绕所述定子齿29以产生旋转磁场的线圈(未示出)。鉴于所述定子21为圆筒形，所述定子21具有外圆周211和内圆周212。 

所述定子21的内圆周212和所述转子24的外圆周241之后描述)之间的气隙为均匀宽度的环形气隙或为径向长度为d2的环形气隙。 

如图2所见，转子24包括转子铁芯25；多个永磁体27，所述多个永磁体27被间隔地设置在所述转子铁芯25的内部；和多个空气槽30，设置在所述相邻永磁体27的端部且靠近转子24的外圆周241的位置处，用以在所述转子的外圆周241与定子的内圆周212之间产生近似正弦形气隙磁密。 

在本发明中，所述转子24为规则圆柱形，故转子24具有外圆周241。所述转子的外圆周241与定子的内圆周212之间间隔开距离或间隙d2。另外，所述转子24还包括在其中心处设置的转轴28。或者说，所述转轴28设置在圆筒形转子铁芯25的圆柱形腔体内。所述转子铁芯25的内圆周242与所述转轴28紧密贴合在一起，且通过转轴28上的轴键281配合在转子铁芯25的轴键孔(未示出)中。通常，由多个层叠放置的硅钢片制造呈现圆筒形的转子铁芯25。可以理解，圆筒形的转子铁芯25和圆柱形的转轴28通过轴键281和轴键孔配合在一起，且构成了圆柱形的转子24。如图2所示，在本发明中通过四个螺钉或螺栓243将转子铁芯25固定在转子24内。应当注意，本领域技术人员可以明白转子24与转轴28的连接除了用轴键的方式之外，也可以用热套和冷压的方式进行连接。 

在图2中示出，转子24还包括设置在转子铁芯25内的多个永磁体槽26，所述永磁体27被嵌入或插入到所述永磁体槽26内。在本实施例中，所述永磁体27为四个具有相等尺寸的长方体形的永磁体，相应地也设置了四个永磁体槽26，所述四个永磁体27一起形成大致正方形或正方体形形状。或者说，在如图2所示的横截面中，所述四个永磁体27构成一个正方形。然而，如本领域技术人员已知的，可以根据需要在转子24内设置任意数量的永磁体或永磁体槽。 

永磁体27在被插入到每一永磁体槽26中之后，在所述永磁体27的每一端处形成了永磁体槽空隙31。或者说，在每一永磁体槽26的每一末端处设置永磁体槽空隙31。所述永磁体槽空隙31被设置成不规则或规则的多边形形状。在本实施例中，永磁体槽空隙31设置成不规则的四边形。当然，可以理解，永磁体槽空隙31设置成规则的三边形或矩形。 

此外，还在每一永磁体槽空隙31附近设置了狭槽32。具体地，在所述永磁体槽空隙31的每一端处(例如在其一端的一侧)设置有两个相对交错开的狭槽32且所述狭槽32相对于所述永磁体27是倾斜的长条形或杆状的狭槽。如图2可见，在每一永磁体槽空隙31的远离相邻的另一永磁体槽空隙31的一侧设置有两个交错布置的倾斜的长条状狭槽32。 

可以理解，在本发明中，所述空气槽30包括在所述永磁体27的每 一端处设置的永磁体槽空隙31和设置在所述永磁体槽空隙31附近的狭槽32。 

在本发明中，为了实现改变永磁体27的磁通路径的目的，所述狭槽32应当集中开设在永磁体27的两端靠近转子外圆周241的位置处。可以根据实际永磁体27与转子外圆周241的相对位置确定所述狭槽32或空气槽30的尺寸或大小，以保证转矩机械强度。在本发明中，空气槽的数量和倾斜方向可以与图2中显示的不同，且可以根据试验或仿真结果确定空气槽30的数量和倾斜方向。 

在上述详细描述中，主要描述了内置式永磁电机20的定子21和转子24等主要部件的设计，可以理解内置式永磁电机20还可以包括包含定子21和转子24的壳体(未示出)和基座以及其它通常具有的附件。在此，为了不混淆本发明的主要发明方面，不再对壳体或壳体与定子等的连接结构进行详细描述。 

参见图3，分别示出图1中的内置式永磁电机和图2中显示的内置式永磁电机的定子内圆周212与转子外圆周241之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线图。如图3中的曲线a所示，其显示出图1中的内置式永磁电机10的定子内圆周与转子外圆周之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线，且可知其气隙磁密在180°电角度内为大致矩形平顶形状。如图3中的曲线b所示，其显示出图2中的内置式永磁电机20的定子内圆周212与转子外圆周241之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线，且可知其气隙磁密在180°电角度内为近似正弦波形状或正弦波形状。通过曲线a与曲线b的对比可知，本发明中通过设置气隙狭槽32或空气槽30，使得图2中的内置式永磁电机20的气隙磁密更加接近正弦波形状。 

如图4所示，分别示出图1中的内置式永磁电机10的转矩波动相对于时间的曲线c和图2中显示的内置式永磁电机20的转矩波动相对于时间的曲线d。通过比较曲线c和d可知，相对于图1中显示的现有技术的内置式永磁电机10，本发明中的具有狭槽32的布置的内置式永磁电机20转矩波动被有效地降低。 

在永磁电机的设计中，转矩波动的大小会影响永磁电机的运行性能，因此设计时会对其进行优化。在本发明中，通过改变内置式永磁电 机20的转子磁阻的大小来改变气隙磁密分布的方法，达到了减小内置式永磁电机20的转矩波动的目的。本发明的方法与采用不均匀的气隙的方法相比，具有加工方便、简单、容差大等优点，且同时降低了装配时转子和定子之间的同心的难度。 

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。 

Claims (12)

1.一种用于内置式永磁电机的转子，包括：

转子铁芯；

多个永磁体，所述多个永磁体被间隔地设置在所述转子铁芯的内部；

多个空气槽，设置在相邻永磁体的端部且靠近所述转子外圆周的位置，用以在所述转子的外圆周与所述内置式永磁电机的定子内圆周之间产生近似正弦形气隙磁密。

2.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述空气槽包括在所述永磁体的每一末端处设置的永磁体槽空隙和设置在所述永磁体槽空隙附近的狭槽。

3.根据权利要求2所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述永磁体槽空隙为不规则或规则的多边形形状。

4.根据权利要求2所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

在所述永磁体槽空隙的每一端处设置有两个相对交错开的狭槽，且所述狭槽相对于所述永磁体是倾斜的长条形或杆状的狭槽。

5.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子为规则圆柱形。

6.根据权利要求5所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子还包括设置在其中的多个永磁体槽，所述永磁体被嵌入到所述永磁体槽内。

7.根据权利要求6所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述多个永磁体为四个具有相等尺寸的长方体形的永磁体，且所述多个永磁体一起形成正方体形形状。

8.根据权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子铁芯呈现圆筒形，且由多个层叠放置的硅钢片制造。

9.根据权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子铁芯还包括设置在其中心处的转轴。

10.一种内置式永磁电机，所述内置式永磁电机包括：

定子，和

根据权利要求1-9中任一项所述的转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，且与所述定子间隔开一距离。

11.根据权利要求10所述的内置式永磁电机，其中

所述定子包括圆筒形的定子铁芯、多个沿所述定子的径向方向向内延伸的定子齿、在所述多个定子齿之间分布的定子槽以及缠绕所述定子齿以产生旋转磁场的线圈。

12.根据权利要求10所述的内置式永磁电机，其中

所述定子的内圆周和所述转子的外圆周之间的气隙为均匀宽度的环形气隙。

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