CN104600890A - 电机转子及具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机转子及具有其的电机。电机转子包括转子铁芯，转子铁芯上设置有磁极结构，磁极结构包括：多层磁钢槽，各层磁钢槽的两端设置有隔磁桥；永磁结构，永磁结构一一对应地设置在各层磁钢槽内，至少一个永磁结构包括多个磁钢，多个磁钢分为中间磁钢和偶数个侧磁钢，中间磁钢的中心线与磁极中心线重合，侧磁钢对称设置在中间磁钢的两侧，相邻两个磁钢之间设置有导磁桥，各层导磁桥的中心线不在同一直线上。通过该电机转子能够降低电机噪音。

Description

电机转子及具有其的电机

技术领域

本发明涉及电动机设备领域，具体而言，涉及一种电机转子及具有其的电机。

背景技术

永磁同步磁阻电机具有高效率低成本的优势，在实际运用过程中，通常转子中有磁钢槽，并将永磁体嵌入磁钢槽中，从而充分利用磁阻转矩。电机的输出转矩由永磁转矩和磁阻转矩合成，由于电机本身结构特点，DQ轴电感差异波动较大，导致其中的磁阻转矩波动较大，使电机产生较大的振动。通过变换转子中磁钢尺寸和位置，在很多情况下并不能有效减小转矩脉动或降低电机性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机转子及具有其的电机，以解决现有技术中的电机的转矩脉动大致使噪音大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机转子，电机转子包括转子铁芯，转子铁芯上设置有磁极结构，磁极结构包括：多层磁钢槽，各层磁钢槽的两端设置有隔磁桥；多个永磁结构，各永磁结构一一对应地设置在各层磁钢槽内，至少一个永磁结构包括多个磁钢，多个磁钢分为中间磁钢和偶数个侧磁钢，中间磁钢的中心线与磁极中心线重合，侧磁钢对称设置在中间磁钢的两侧，相邻两个磁钢之间设置有导磁桥，各层导磁桥的中心线不在同一直线上。

进一步地，中间磁钢的宽度大于各侧磁钢的宽度，沿远离中间磁钢的方向，各侧磁钢的宽度依次减小。

进一步地，转子铁芯包括多个沿转子铁芯周向均匀分布的磁极结构，各磁极结构至少由内层槽和外层槽组成，外层槽位于内层槽的远离转子铁芯的轴孔的一侧。

进一步地，内层槽为弧形槽，内层槽内设置有五个磁钢，五个磁钢构成永磁结构，外层槽为弧形槽，外层槽内设置有一个磁钢。

进一步地，内层槽内设置有三个一字型磁钢，外层槽内设置三个弧形磁钢。

进一步地，内层槽内设置有永磁结构，且永磁结构包括中间磁钢和四个侧磁钢，永磁结构的宽度比为L21：L22：L23大于5:2:1。

进一步地，外层槽设置有永磁结构，且永磁结构包括中间磁钢和两个侧磁钢，永磁结构的宽度比为L11：L12大于1.5:1且小于2:1。

进一步地，相邻两个磁钢之间的具有距离δ，距离δ的取值范围为2Wt≥δ≥Wt，其中Wt为磁钢所在的磁钢槽的隔磁桥的端部与转子铁芯的外沿之间的距离。

进一步地，相邻两层磁钢槽的相邻两个导磁桥的中心线之间具有夹角θ，夹角θ<360/p，其中p为极数。

根据本发明的另一方面，提供一种电机，包括电机转子，电机转子为上述的电机转子。应用本发明的技术方案，电机转子包括转子铁芯，转子铁芯上设置有磁极结构，磁极结构包括多层磁钢槽和永磁结构，各层磁钢槽的两端设置有隔磁桥；永磁结构一一对应地设置在各层磁钢槽内，磁钢槽内的永磁结构包括多个磁钢，多个磁钢分为中间磁钢和偶数个侧磁钢，中间磁钢的中心线与磁极中心线重合，侧磁钢对称设置在中间磁钢的两侧，相邻两个磁钢之间设置有导磁桥，各层磁钢槽的各导磁桥的中心线不在同一直线上。将永磁结构嵌入至磁钢槽内能够稳固地固定永磁结构，通过将现有技术中的一体的永磁结构分为多个磁钢，并在磁钢之间设置导磁桥，使得电机的q轴磁力线在电机转子内部相对分散，磁力线分布更加均匀。各层磁钢槽的各导磁桥的中心线不在同一直线上可以保证导磁桥的中心线之间存在一定错位，当电机转子应用至电机中后，电机定子在通电后，磁力线通过电机转子从N极到S极时，能对层间增加磁通障碍。实现减小电机转矩脉动和谐波含量，进而降低电机噪音的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的电机转子的剖视结构示意图；

图2示出了图1中的电机转子的局部放大图；

图3示出了根据本发明的另一实施例的电机转子的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的另一实施例的电机转子的剖视结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的电机定子的剖视结构示意图；以及

图6示出了根据本发明的另一实施例的电机转子的剖视图的局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子铁芯；11、内层槽；12、外层槽；111、隔磁桥；L11、L21、中间磁钢；L12、L22、L23、侧磁钢；24、导磁桥；30、电机定子。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至6所示，根据本发明的实施例，电机转子包括转子铁芯10，转子铁芯10上设置有磁极结构，磁极结构包括多层磁钢槽和多个永磁结构，各层磁钢槽的两端设置有隔磁桥111；各永磁结构一一对应地设置在各层磁钢槽内，磁钢槽内的永磁结构包括多个磁钢，多个磁钢分为中间磁钢L11、L21和偶数个侧磁钢L12、L22、L23，中间磁钢L11、L21的中心线与磁极中心线重合，侧磁钢L12、L22、L23对称设置在中间磁钢L11、L21的两侧，相邻两个磁钢之间设置有导磁桥24，各层磁钢槽的各导磁桥24的中心线不在同一直线上。

将永磁结构嵌入至磁钢槽内能够稳固地固定永磁结构，通过将现有技术中的一体的永磁结构分为多个磁钢，并在磁钢之间设置导磁桥24，使得电机的q轴磁力线在电机转子内部相对分散，磁力线分布更加均匀。各层磁钢槽的各导磁桥24的中心线不在同一直线上可以保证导磁桥24的中心线之间存在一定错位，当电机转子应用至电机中后，电机定子在通电后，磁力线通过电机转子从N极到S极时，能对层间增加磁通障碍。实现减小电机转矩脉动和谐波含量，进而降低电机噪音的目的。

在本实施例中，中间磁钢L11、L21的宽度大于各侧磁钢L12、L22、L23的宽度，沿远离中间磁钢L11、L21的方向，各侧磁钢L12、L22、L23的宽度依次减小且分段处趋向磁极两端，使得电机的d轴的电感不会明显变化，磁阻转矩不会减小，同时气隙磁密的分布更加正弦，减少了谐波含量，因而减少了电机转矩脉动和谐波含量，进而降低了电机噪音。

在本实施例中，转子铁芯10包括多个沿转子铁芯10周向均匀分布的磁极结构，各磁极结构至少由内层槽11和外层槽12组成，外层槽12位于内层槽11的远离转子铁芯10的轴孔的一侧。转子铁芯10的磁钢槽的层数可以根据需求选定，转子铁芯10上的磁极结构的个数也可根据需求选定。

在本实施例中，磁钢槽中的至少一层设置有永磁结构，至少一层磁钢槽内设置该永磁结构采取分段结构即可减少电机振动。

在本实施例中，内层槽11内设置有永磁结构，且永磁结构包括中间磁钢L21和四个侧磁钢L22、L23，永磁结构的宽度比为L21：L22：L23大于5:2:1。其中永磁结构的宽度是指图1中的沿转子铁芯10的径向的宽度。其中，L21：L22大于5：2，L22：L23大于2：1。

优选地，外层槽12设置有永磁结构，且永磁结构包括中间磁钢L11和2个侧磁钢L12，永磁结构的宽度比为L11：L12大于1.5:1且小于2:1。

采用此种配置的永磁结构，一方面，由于导磁桥24的存在，使得电机的q轴磁力线在电机转子内部相对分散，磁力线分布更均匀，另一方面，因为这样设计分段处都趋向磁极两端，从而使电机d轴电感不会明显变化，磁阻转矩不会减小，且如此配置比例，与气隙磁密的正弦分布趋势更为吻合，减小谐波含量例如3、5次谐波。

优选地，各层磁钢槽的任意相邻两个导磁桥的中心线之间具有夹角，相邻两层磁钢槽的相邻两个导磁桥的中心线之间具有夹角θ，在本实施例中，中间磁钢L21和位于中间磁钢L21一侧的侧磁钢L22之间的导磁桥的中心线与中间磁钢L11与侧磁钢L22之间的导磁桥的中心线之间具有夹角θ，该夹角θ的取值范围为θ小于360/p，其中，p为电机转子的转子极数，且θ≠0°。

优选地，为了防止漏磁严重，相邻两个磁钢之间的具有距离δ，距离δ的取值范围为2Wt≥δ≥Wt，其中Wt为磁钢所在的磁钢槽的隔磁桥111的端部与转子铁芯10的外沿之间的距离。

需要说明的是，磁钢可以为一型磁钢或瓦型磁钢。

根据本发明的另一方面，提供一种电机，包括电机转子，电机转子为上述的电机转子。采用上述的电机转子可以有效降低噪音。

在本实施例中，电机还包括电机定子30，电机转子设置在电机定子30内并可相对电机定子30转动。

其中，电机定子30包括定子铁芯，定子铁芯的周向均匀分布有多个绕线槽。

采用该种电机转子的电机在恒转矩运行阶段，能保证电机性能，并使电机的恒转矩运行范围增大，通过合理配置磁钢宽度，使电机气隙磁密更接近正弦分布，谐波含量降低，从而使转矩脉动减小，且电机永磁体不易失磁。

由于采用了将磁钢分段，降低了原同类常规电机中磁极两端隔磁桥处的应力和隔磁桥中间位置的变形，最大应力点分散到多个加强筋上，使电机转子高转速运行更安全。

电机转子通过磁钢的的合理配置，永磁体用量无需增加、转矩脉动减小，铁损降低，电机效率提高。由于磁钢是分段的，分段磁钢之间的导磁桥提供了漏磁磁路，因此，电机定子电枢绕组电枢反电势对磁钢的退磁作用削弱。

该电机转子可以应用于永磁磁阻电机。

电机转子中所用的磁钢可以为“一”型、或者瓦形，电机转子中的构成各极的磁钢槽沿转子铁芯10的周向均匀分布，永磁结构一一对应地设置在磁钢槽内，每个磁钢槽两端均有一定的隔磁桥111，各段磁钢之间通过导磁桥24连接。每极的磁钢槽可以有多层，各层磁钢槽内设置有多块磁钢，且每层磁钢分为奇数块，如3段、5段、7段等，每个分段磁钢间设置有导磁桥24和隔磁设计。其中，中间磁钢L11、L21较宽，且其中心线与磁极中心线重合。每层磁钢槽内的磁钢数为奇数的原因是，偶数段时导磁桥的中心线与磁极中心线重合，电磁出力减小。

中间磁钢L11、L21两侧的偶数段侧磁钢L12、L22、L23在中间磁钢L11、L21两侧对称分布，其宽度依据气隙磁场依次递减。

在本实施例中，磁钢槽由内层槽11和外层槽12组成，其中设置在外层槽12内的磁钢为三段，中间磁钢L11和两个侧磁钢L12。其宽度分配比例为1.5：1<L11：L12<2：1。

设置在内层槽11内的磁钢为5段，中间磁钢L21、两个侧磁钢L22和两个侧磁钢L23。其宽度分配比例为L21:L22:L23>5:2:1。上述的宽度是指以磁钢两端面的中心到中心的距离。例如，磁钢为弧形磁钢，其宽度是指磁钢的中心弧的弦长。

各层的导磁桥24的中心线不允许在同一直线上，要求有一定的错位，使电机定子在通电流后，磁力线通过电机转子从N极到S极时，能对层间增加磁通障碍。如图2所示，上下层间导磁桥中心线的夹角θ，该角度θ<360/p(p为极数)。

其中，为避免磁钢间漏磁严重，嵌入磁钢槽中的分段磁钢之间的距离δ应满足2Wt≥δ≥Wt(Wt为隔磁桥端部到转子外径的距离)。

其中，对于多层磁极结构的转子，可选择其中一层或多层为分块结构，其宽度分配按照气隙磁场进行调制。

由于在同样输出转矩的情况下，永磁电机定子绕组电流减小，产生的电枢磁场小，对永磁体产生的磁场削弱小，转子的磁阻和未分块前变化不大，永磁体漏磁较小。

在高频运行时，定子绕组电流较大，电枢反应大，对永磁体产生的电枢磁场很大，由于磁钢分块，各分段磁钢之间导磁桥24提供了漏磁磁路，使得永磁体漏磁增大，电机的反电势比不分段情况下会降低，从而使得电机转速可以进一步提高，因为分段磁钢的设置有利于永磁磁阻电机的弱磁提速。且导磁桥提供的漏磁路，使得永磁中的永磁体不易失磁。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过将磁钢分块，改变了传统采用整块磁钢的做法，并对其分块数及分配方法作出要求，按照上述提到的磁钢宽度配置比例，选择合理的磁钢宽度，使得电机的谐波含量减小，磁力线分布更均匀，达到降低电机转矩脉动和谐波含量的目的，从而降低电机噪声。

对磁钢层间的导磁桥做了相应要求，从而磁力线通过转子从N极到S极时，能对层间增加磁通障碍，一方面增大了d轴方向磁阻，又增强了磁钢在电枢反应下的抗退磁能力。这使得永磁同步磁阻电机转矩脉动减小，使电机电磁噪声降低；解决电机高频弱磁调速困难的问题；解决永磁体容易退磁的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机转子，所述电机转子包括转子铁芯(10)，所述转子铁芯(10)上设置有磁极结构，其特征在于，所述磁极结构包括：

多层磁钢槽，各层所述磁钢槽的两端设置有隔磁桥(111)；

多个永磁结构，各所述永磁结构一一对应地设置在各层所述磁钢槽内，至少一个所述永磁结构包括多个磁钢，所述多个磁钢分为中间磁钢(L11、L21)和偶数个侧磁钢(L12、L22、L23)，所述中间磁钢(L11、L21)的中心线与磁极中心线重合，所述侧磁钢(L12、L22、L23)对称设置在所述中间磁钢(L11、L21)的两侧，相邻两个磁钢之间设置有导磁桥(24)，各层所述导磁桥(24)的中心线不在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述中间磁钢(L11、L21)的宽度大于各所述侧磁钢(L12、L22、L23)的宽度，沿远离所述中间磁钢(L11、L21)的方向，各所述侧磁钢(L12、L22、L23)的宽度依次减小。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(10)包括多个沿所述转子铁芯(10)周向均匀分布的所述磁极结构，各所述磁极结构至少由内层槽(11)和外层槽(12)组成，所述外层槽(12)位于所述内层槽(11)的远离所述转子铁芯(10)的轴孔的一侧。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述内层槽(11)为弧形槽，所述内层槽(11)内设置有五个磁钢，所述五个磁钢构成所述永磁结构，所述外层槽(12)为弧形槽，所述外层槽(12)内设置有一个磁钢。

5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述内层槽(11)内设置有三个一字型磁钢，所述外层槽(12)内设置三个弧形磁钢。

6.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述内层槽(11)内设置有所述永磁结构，且所述永磁结构包括中间磁钢(L11、L21)和四个所述侧磁钢(L12、L22、L23)，所述永磁结构的宽度比为L21：L22：L23大于5:2:1。

7.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述外层槽(12)设置有所述永磁结构，且所述永磁结构包括中间磁钢(L11、L21)和两个所述侧磁钢(L12、L22、L23)，所述永磁结构的宽度比为L11：L12大于1.5:1且小于2:1。

8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，相邻两个磁钢之间的具有距离δ，距离δ的取值范围为2Wt≥δ≥Wt，其中Wt为所述磁钢所在的磁钢槽的隔磁桥(111)的端部与所述转子铁芯(10)的外沿之间的距离。

9.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，相邻两层所述磁钢槽的相邻两个导磁桥的中心线之间具有夹角θ，所述夹角θ<360/p，其中p为极数。

10.一种电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至9中任一项所述的电机转子。