CN105490495B - 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：转子本体；导磁通道组，导磁通道组设置于转子本体上，导磁通道组包括：第一导磁通道组，第一导磁通道组包括第一导磁通道，第一导磁通道的极弧角度为α；第二导磁通道组，与第一导磁通道组相邻设置，第二导磁通道组包括与第一导磁通道相邻的第二导磁通道，第二导磁通道的极弧角度为β；其中，α≠β。将相邻磁极的极弧结构设置成不同极弧角度，有效的避免了转子本体的D轴方向的导磁通道完全是沿着转子本体的径向方向。即通过改善D轴及其负半轴所形成的导磁通道的张口角度(α，β)，降低了转子本体的磁通脉动，即有效的降低了铁损，有效的提升了电机的效率。

Description

电机转子及具有其的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机转子及具有其的电机。

背景技术

同步磁阻电机依靠Ld(D轴电感)和Lq(Q轴电感)的差值，遵循磁阻最小原理仅依靠磁阻转矩进行输出并运转。

现有的技术中有对各个导磁通道的极弧角度进行过优化，虽然能够达到降低转矩脉动的目的，但是现有技术中的同步磁阻电机转子的各个磁极部分均为相同的结构。如图1所示，其D轴方向的导磁通道是完全沿着转子径向的，D轴及其负半轴的角度固定为π/p(p为电机极对数)，如图2所示，此时沿着D轴和其负半轴形成的导磁通道同定子齿部或槽口部是同时对齐的。在该条导磁通道上，根据磁路原理，齿部同时对齐时，磁阻最小，磁密最大。槽口同时对齐时，磁阻最大，磁密最小。根据铁损公式：

P_fe＝k_fe*f^1.3*B_m ²*V

铁损与最大磁密的平方成正比。因此，由于各个磁极设置为相同结构而导致沿D轴及其负半轴所形成的导磁通道张口角度固定，并使得沿着D轴和其负半轴形成的导磁通道必须同时同转子齿部或槽口对齐而引起铁损增大是无法得到改善的。此外，当导磁通道同定子齿部和槽口同时对齐时，所产生的磁拉力由于磁密的大范围变化，而呈现高转矩脉动特性。

现有技术中为了提高电机性能或其他方面性能采用了不同的叠片方式(轴向叠片和径向叠片)，但其都默认或直接表明了每个极的结构是相同。

此外，现有技术中，还公开了磁阻槽的顶点位于同一圆周上，说明其连接各个导磁通道的桥段沿圆周径向的最小宽度是相同的。由于各个桥段所承受的离心力以及电磁拉力是不同的，设计为相同的宽度，为保证转子结构强度，靠近D轴的桥段满足机械强度后，显然靠近Q轴的桥段机械强度裕量过高，由此导致的D轴和Q轴电感差值减小是没有必要的。

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，以解决现有技术中铁损大的问题。

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，包括：转子本体；导磁通道组，导磁通道组设置于转子本体上，导磁通道组包括：第一导磁通道组，第一导磁通道组包括第一导磁通道，第一导磁通道的极弧角度为α；第二导磁通道组，与第一导磁通道组相邻设置，第二导磁通道组包括与第一导磁通道相邻的第二导磁通道，第二导磁通道的极弧角度为β；其中，α≠β。

进一步地，第一导磁通道为K个，K个第一导磁通道的极弧角度分别为α1，α2，α3，…，αk，k∈N⁺，其中，Ns为与电机转子相配合的电机定子的齿数；δ为极弧调整角度。

进一步地，第二导磁通道为K个，K个第二导磁通道的极弧角度分别为β1，β2，β3，…，βk，k∈N⁺，其中，αk+θ＝βk-θ；α1+β1＝2π/p；Ns为与电机转子相配合的电机定子的齿数；δ为极弧调整角度；θ为极弧偏移角度；P为导磁通道组的组数，p∈N⁺；α1为与第二导磁通道相邻的第一导磁通道的极弧角度；αk为与第二导磁通道相邻的导磁通道组的第K个第一导磁通道的极弧角度。

进一步地，第二导磁通道为K个，K个第二导磁通道的极弧角度分别为β1，β2，β3，…，βk，k∈N⁺，其中，αk-θ＝βk+θ；α1+β1＝2π/p；Ns为与电机转子相配合的电机定子的齿数；δ为极弧调整角度；θ为极弧偏移角度；P为导磁通道组的组数，p∈N⁺；α1为与第二导磁通道相邻的第一导磁通道的极弧角度；αk为与第二导磁通道相邻的导磁通道组的第K个第一导磁通道的极弧角度。

进一步地，δ为极弧调整角度；P为导磁通道组的组数，p∈[1,10]，p∈N⁺。

进一步地，Ns为电机定子的齿数；θ为极弧偏移角度。

进一步地，第一导磁通道组与第二导磁通道组之间设置有第三导磁通道，第三导磁通道朝向转子本体上设置的轴孔延伸，第三导磁通道包括：第一直段；第二直段，与第一直段相连接，第一直段的中心线与第二直段的中心线具有夹角。

进一步地，电机转子上还设置有磁通屏障组，磁通屏障组包括：第一磁通屏障组，第一磁通屏障组包括第一磁通屏障层，第一磁通屏障层与第一导磁通道交替地设置于转子本体上；第二磁通屏障组，第二磁通屏障组包括第二磁通屏障层，第二磁通屏障层与第二导磁通道交替地设置于转子本体上。

进一步地，第一磁通屏障层或第二磁通屏障层为镂空地设置于转子本体上的通孔，相邻通孔之间的转子本体形成第一导磁通道或第二导磁通道。

进一步地，第一磁通屏障层或第二磁通屏障层的横截面呈弓形，第一磁通屏障层或第二磁通屏障层的弧形部凸出地朝向转子本体上设置的轴孔设置，第一磁通屏障层或第二磁通屏障层的端部背离轴孔并朝向转子本体的外周延伸。

进一步地，沿转子本体的径向方向向外的第一磁通屏障层或第二磁通屏障层的端部与转子本体的外周面的距离逐渐减小。

进一步地，第一磁通屏障组与第二磁通屏障组的中心线位于轴孔的轴心的一侧。

进一步地，根据本发明的另一个方面，提供了一种电机，包括电机转子，电机转子为上述的电机转子。

进一步地，电机还包括：电机定子，电机定子具有齿部，齿部为多个，相邻齿部之间形成定子槽，电机转子的导磁通道组的一端与齿部相对设置，导磁通道组的另一端与定子槽相对设置。

进一步地，电机定子和电机转子由硅钢片或非晶材料沿电机的轴向层叠制成。

应用本发明的技术方案，在转子本体上设置有导磁通道组，导磁通道组包括第一导磁通道组和第二导磁通道组。第一导磁通道组包括第一导磁通道，第一导磁通道的极弧角度为α。第二导磁通道组与第一导磁通道组相邻设置，第二导磁通道组包括与第一导磁通道相邻的第二导磁通道，第二导磁通道的极弧角度为β，其中，α≠β。将相邻磁极的极弧结构设置成不同极弧角度，有效的避免了转子本体的D轴方向的导磁通道完全是沿着转子本体的径向方向。即通过改善D轴及其负半轴所形成的导磁通道的张口角度(α，β)，降低了转子本体的磁通脉动，即有效的降低了铁损，有效的提升了电机的效率。

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示出了现有技术中的电机转子的结构示意图；

图2示出了现有技术中的电机定子与转子配合时的结构示意图；

图3示出了根据本发明的电机转子的实施例的结构示意图；

图4示出了图3的立体图；

图5示出了根据本发明的电机转子与电机定子配合时的结构示意图；以及

图6示出了根据本发明的电机与现有技术中的电机的铁损效果比较图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子本体；11、轴孔；20、导磁通道组；21、第一导磁通道组；22、第二导磁通道组；211、第一导磁通道；212、第二导磁通道；213、第三导磁通道；2131、第一直段；2132、第二直段；30、磁通屏障组；31、第一磁通屏障组；311、第一磁通屏障层；32、第二磁通屏障组；321、第二磁通屏障层；40、电机定子；41、齿部；42、定子槽。

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3所示，根据本发明的一个具体实施例，提供了一种电机转子。该电机转子包括转子本体10和导磁通道组20。导磁通道组20设置于转子本体10上。导磁通道组20包括第一导磁通道组21和第二导磁通道组22。第一导磁通道组21包括第一导磁通道211，第一导磁通道211的极弧角度为α。第二导磁通道组22与第一导磁通道组21相邻设置，第二导磁通道组22包括与第一导磁通道211相邻的第二导磁通道212，第二导磁通道212的极弧角度为β，其中，α≠β。

在本实施例中，将相邻磁极的极弧结构设置成不同极弧角度，有效的避免了转子本体10的D轴方向的导磁通道完全是沿着转子本体10的径向方向。即通过改善D轴及其负半轴所形成的导磁通道的张口角度α、β，降低了转子本体10的磁通脉动，即有效的降低了铁损，有效的提升了电机的效率。这样设置能够有效减小转矩脉动的目的，改善转矩输出品质。

其中，第一导磁通道211为K个，K个第一导磁通道211的极弧角度分别为α1，α2，α3，…，αk，k∈N⁺，其中，第二导磁通道212为K个，K个第二导磁通道212的极弧角度分别为β1，β2，β3，…，βk，k∈N⁺，其中，

且有αk+θ＝βk-θ，α1+β1＝2π/p。Ns为与电机转子相配合的电机定子的齿数，δ为极弧调整角度，θ为极弧偏移角度，P为导磁通道组20的组数，p∈N⁺，α1为与第二导磁通道212相邻的第一导磁通道211的极弧角度，αk为与第二导磁通道212相邻的导磁通道组20的第K个第一导磁通道211的极弧角度。

在本实施例中，D轴为相邻的两个第一导磁通道组21与第二导磁通道组22的中心线，与该条中心线相邻的另一条中心线为D轴的负半轴，Q轴为第一导磁通道组21或第二导磁通道组22的中心线。从D轴与D轴负半轴所形成的导磁通道张口角度改善着手，通过将相邻导磁通道组20的极弧分别增加一个极弧偏移角度θ，从而减小了该层导磁通道的磁通脉动，达到减小铁损、降低转矩脉动，实现优化电机的目的。当然，也可以将相邻导磁通道组20的极弧分别减小一个极弧偏移角度θ，此时αk-θ＝βk+θ。这样同样起到减小铁损、降低转矩脉动，实现优化电机的目的。

合理的设计偏差角度，其目的是改善最靠近轴的导磁通道的张口角度不为2*π/p，即避免齿齿相对的情况。

进一步地， δ为极弧调整角度。P为导磁通道组20的组数，p∈[1,10]，p∈N⁺。这样设置能够进一步的实现对各个导磁通道的极弧的优化，从而进一步地减小电机的铁损，从而增加电机的能效。

如图4所示，第一导磁通道组21与第二导磁通道组22之间设置有第三导磁通道213，第三导磁通道213朝向转子本体10上设置的轴孔11延伸。第三导磁通道213包括第一直段2131和第二直段2132。第二直段2132与第一直段2131相连接，第一直段2131的中心线与第二直段2132的中心线具有夹角。如图4所示，示出了P为两组导磁通道组的情况，其中，相邻的导磁通道组中间均具有如图中所示的第三导磁通道213，即为4个，4个第三导磁通道213为相邻的两组导磁通道组的导磁通道，其结构如图所示，第一直段2131的中心线如图中的L2直线所示，第二直段2132的中心线如图中的L1直线所示，其中，直线L1与直线L2具有夹角。且直线L2在转子本体10上的延长线与转子本体10上设置的轴孔11的轴心具有距离。即第一磁通屏障组31与第二磁通屏障组32的中心线位于轴孔11的轴心的一侧。这样设置使得相邻的磁极具有不同的磁极结构，而能够保证相对的磁极的结构是相同的。这样设置在保证电机运转时磁路对称性的前提下，将相邻磁极的极弧互补的增加和减小一个错位角，以降低铁损的及转矩脉动，从而使得提升电机的综合性能。

由于现有技术中通过式子：

来确定极弧，由此可以推断出其相邻磁极的结构式相同的。由于采用本实施例中的技术方案后，使得相邻磁极的结构式是不相同的。

在本实施例中，电机转子上还设置有磁通屏障组30。磁通屏障组30包括第一磁通屏障组31和第二磁通屏障组32。第一磁通屏障组31包括第一磁通屏障层311，第一磁通屏障层311与第一导磁通道211交替地设置于转子本体10上。第二磁通屏障组32包括第二磁通屏障层321，第二磁通屏障层321与第二导磁通道212交替地设置于转子本体10上。如图4所示，第一导磁通道211、第二导磁通道212和第一磁通屏障层311、第二磁通屏障层321均为多个，第一导磁通道211与第一磁通屏障层311、第二导磁通道212与第二磁通屏障层321交替的设置在转子本体10上。这样设置能够有效的实现磁通屏障对磁场的阻碍作用，从而增加了具有该电机转子的电机的性能。

进一步地，第一磁通屏障层311和第二磁通屏障层321为镂空地设置于转子本体10上的通孔，相邻通孔之间的转子本体10形成第一导磁通道211和第二导磁通道212。且第一磁通屏障层311和第二磁通屏障层321的横截面呈弓形，第一磁通屏障层311和第二磁通屏障层321的弧形部凸出地朝向转子本体10上设置的轴孔11设置，第一磁通屏障层311和第二磁通屏障层321的端部背离轴孔11并朝向转子本体10的外周延伸。沿转子本体10的径向方向向外的第一磁通屏障层311和第二磁通屏障层321的端部与转子本体10的外周面的距离逐渐减小。在满足机械强度的情况下，根据应力分布情况，桥段不等厚设计，将漏磁最减小至最小化。

现有技术中磁阻槽即本实施例中的通孔，该通孔设置成槽形状的通孔，现有技术中磁阻槽的端部位于转子外侧的同一圆周上，其连接各个导磁通道的桥段沿径向的最小宽度是相同的，由于各个桥段所承受的离心力以及电磁拉力是不同的，设计为相同的宽度，为保证结构强度，靠近D轴的桥段满足机械强度后，显然靠近Q轴的桥段机械强度裕量过高，由此导致的D轴和Q轴电感差值减小是没有必要的。而在本实施例中，连接各个导磁通道的桥段沿径向的最小宽度是不相同，即越靠近转子本体10的外周的导磁通道的桥段的厚度越薄。

即靠近D轴处的磁通屏障两端顶点所在圆周的直径到靠近Q轴处的磁通屏障两端顶点所在圆周的直径是逐渐增加的。这样设置既能满足电机转子机械强度要求，又能达到的D轴和Q轴电感差值的最大化，增加了电机的出力。

如图5所示，上述实施例中的电机转子可以用在电机技术领域，即根据本发明的一个实施例，提供了一种电机。该电机包括电机转子和电机定子40，电机转子为上述实施例中的电机转子。电机定子40具有齿部41，齿部41为多个，相邻齿部41之间形成定子槽42，电机转子的导磁通道组20的一端与齿部41相对设置，导磁通道组20的另一端与定子槽42相对设置。这样设置有效的解决了：现有技术中转子本体的导磁通道的一端是与电机齿部相对，另一端还是与电机齿部相对，或者导磁通道的一端是与电机定子槽相对，另一端还是与定子槽相对造成铁损大的问题。如图6所示这样设置有效的降低了电机铁损，具有本实施例中的电机相比与现有技术中的电机有着较小的铁损。

因此在转子内部合理的布置磁通屏障，可以实现转子的高凸极性的设置(Ld＞Lq)。合理的设计各个磁通屏障的极弧角度，可以使得转矩波动和损耗最小化，以达到电机最佳的性能。

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 (13)

1.一种电机转子，其特征在于，包括：

转子本体(10)；

导磁通道组(20)，所述导磁通道组(20)设置于所述转子本体(10)上，所述导磁通道组(20)包括：

第一导磁通道组(21)，所述第一导磁通道组(21)包括第一导磁通道(211)；

第二导磁通道组(22)，与所述第一导磁通道组(21)相邻设置，所述第二导磁通道组(22)包括与所述第一导磁通道(211)相邻的第二导磁通道(212)；

所述第二导磁通道(212)为K个，K个所述第二导磁通道(212)的极弧角度分别为β1，β2，β3，…，βk，k∈N⁺；

所述第一导磁通道(211)为K个，K个所述第一导磁通道(211)的极弧角度分别为α1，α2，α3，…，αk，k∈N⁺，其中，

Ns为与所述电机转子相配合的电机定子的齿数；

δ为极弧调整角度；

所述第一导磁通道组(21)与所述第二导磁通道组(22)之间设置有第三导磁通道(213)，所述第三导磁通道(213)朝向所述转子本体(10)上设置的轴孔(11)延伸，所述第三导磁通道(213)包括：

第一直段(2131)；

第二直段(2132)，与所述第一直段(2131)相连接，所述第一直段(2131)的中心线与所述第二直段(2132)的中心线具有夹角，所述第一直段(2131)的中心线的延长线与所述转子本体(10)上设置的轴孔(11)的轴心具有距离地设置。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，

αk+θ＝βk-θ；

α1+β1＝2π/p；

Ns为与所述电机转子相配合的所述电机定子的齿数；

δ为极弧调整角度；

θ为极弧偏移角度；

P为所述导磁通道组(20)的组数，p∈N⁺；

α1为与所述第二导磁通道(212)相邻的所述第一导磁通道(211)的极弧角度；

αk为与所述第二导磁通道(212)相邻的所述导磁通道组(20)的第K个所述第一导磁通道(211)的极弧角度。

3.根据权利要求1述的电机转子，其特征在于，

αk-θ＝βk+θ；

α1+β1＝2π/p；

Ns为与所述电机转子相配合的所述电机定子的齿数；

δ为极弧调整角度；

θ为极弧偏移角度；

P为所述导磁通道组(20)的组数，p∈N⁺；

α1为与所述第二导磁通道(212)相邻的所述第一导磁通道(211)的极弧角度；

αk为与所述第二导磁通道(212)相邻的所述导磁通道组(20)的第K个所述第一导磁通道(211)的极弧角度。

4.根据权利要求2或3所述的电机转子，其特征在于，

δ为极弧调整角度；

P为所述导磁通道组(20)的组数，p∈[1,10]，p∈N⁺。

5.根据权利要求2或3所述的电机转子，其特征在于，

Ns为所述电机定子的齿数；

θ为极弧偏移角度。

6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子上还设置有磁通屏障组(30)，所述磁通屏障组(30)包括：

第一磁通屏障组(31)，所述第一磁通屏障组(31)包括第一磁通屏障层(311)，所述第一磁通屏障层(311)与所述第一导磁通道(211)交替地设置于所述转子本体(10)上；

第二磁通屏障组(32)，所述第二磁通屏障组(32)包括第二磁通屏障层(321)，所述第二磁通屏障层(321)与所述第二导磁通道(212)交替地设置于所述转子本体(10)上。

7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁通屏障层(311)或所述第二磁通屏障层(321)为镂空地设置于所述转子本体(10)上的通孔，相邻所述通孔之间的所述转子本体(10)形成所述第一导磁通道(211)或所述第二导磁通道(212)。

8.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁通屏障层(311)或所述第二磁通屏障层(321)的横截面呈弓形，所述第一磁通屏障层(311)或所述第二磁通屏障层(321)的弧形部凸出地朝向所述转子本体(10)上设置的轴孔(11)设置，所述第一磁通屏障层(311)或所述第二磁通屏障层(321)的端部背离所述轴孔(11)并朝向所述转子本体(10)的外周延伸。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，沿所述转子本体(10)的径向方向向外的所述第一磁通屏障层(311)的端部与所述转子本体(10)的外周面的距离逐渐减小，或者，沿所述转子本体(10)的径向方向向外的所述第二磁通屏障层(321)的端部与所述转子本体(10)的外周面的距离逐渐减小。

10.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁通屏障组(31)与所述第二磁通屏障组(32)的中心线位于所述轴孔(11)的轴心的一侧。

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

12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，所述电机还包括：

电机定子(40)，所述电机定子(40)具有齿部(41)，所述齿部(41)为多个，相邻齿部(41)之间形成定子槽(42)，所述电机转子的导磁通道组(20)的一端与所述齿部(41)相对设置，所述导磁通道组(20)的另一端与所述定子槽(42)相对设置。

13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述电机定子(40)和所述电机转子由硅钢片或非晶材料沿所述电机的轴向层叠制成。