CN105958689B - 铁心结构、转子组件及永磁电机 - Google Patents
铁心结构、转子组件及永磁电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种铁心结构、转子组件及永磁电机。所述铁心结构包括：铁心本体；多组沿铁心本体的周向均匀分布且分别用于容纳永磁体的磁钢槽；多组分别设置在磁钢槽的朝向铁心本体外周侧的端部的第一隔磁孔；以及多组分别与所述第一隔磁孔相邻且位于磁钢槽与位于磁钢槽的远离铁心本体的轴心孔一侧的铁心本体的外圆周之间的第二隔磁孔；其中，第二隔磁孔为近似三角形，且该近似三角形的一个角大致朝向所述轴心孔。根据本发明的所述方案，电机效率高，并能有效降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，降低电机运行振动噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种铁心结构、转子组件及永磁电机。
背景技术
永磁电机由于结构简单、体积小、效率高等优势而广泛应用于医疗器械、数控机床、家电设备以及汽车等各个领域。相应地，近年来对于永磁电机的研究也越来越多。
例如，申请号为201310164969.8的中国发明专利申请即公开了一种转子组件和包括该转子组件的永磁体电机。所述转子组件包括转子铁心和沿转子铁心的周向方向均匀地布置的多个永磁体组。永磁体组中的每一个均包括位于永磁体组的中部的第一永磁体和位于永磁体组的端部的第二永磁体。所述铁心还包括设置在其周向的第一到第五隔磁槽。其中，第一隔磁槽设置在第二永磁体的远离第一永磁体的端部边缘与转子铁心的外周缘之间。第二隔磁槽设置在与所述第一隔磁槽的延伸方向相反的方向上的所述第二永磁体与所述转子铁心的外周缘之间。第三隔磁槽设置在所述第二永磁体与所述转子铁心的外周缘之间。第四隔磁槽设置在所述第一永磁体与所述第二永磁体之间。第五隔磁槽设置在所述第一隔磁槽的更靠近所述转子铁心的中心的一侧。
然而，上述转子铁心结构隔磁槽又多又小，工艺复杂，制造成本高，结构相对复杂，另外其对电机效率的影响没有体现，在分布绕组电机中，该方法对降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，以及电机运行振动噪声方面的效果有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种铁心结构，及包括该铁心结构的转子组件和永磁电机，其结构简单，并能有效降低电机的转矩脉动及谐波电磁力。
根据本发明的第一方面，提供一种铁心结构，包括：铁心本体；多组沿铁心本体的周向均匀分布且分别用于容纳永磁体的磁钢槽；多组分别设置在磁钢槽的朝向铁心本体外周侧的端部的第一隔磁孔；以及多组分别与所述第一隔磁孔相邻且位于磁钢槽与位于磁钢槽的远离铁心本体的轴心孔一侧的铁心本体的外圆周之间的第二隔磁孔；其中，第二隔磁孔为近似三角形，且该近似三角形的一个角大致朝向所述轴心孔。
进一步优选地，设每个所述第二隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第一隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第一隔磁孔的斜边为内侧斜边，并设每组所述第二隔磁孔的两外侧斜边的夹角为θ1，则80°≤θ1≤90°。
进一步优选地，设每个所述第二隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第一隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第一隔磁孔的斜边为内侧斜边，设两条所述外侧斜边的交点到所述轴心孔的中心的距离为l1，则0.45R≤l1≤0.55R，R为铁心本体的外圆半径。
进一步优选地，设每个所述第二隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第一隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第一隔磁孔的斜边为内侧斜边，设每个所述第二隔磁孔的所述内侧斜边与其所述外侧斜边的延长线的夹角为θ2，60°≤θ2≤80°。
进一步优选地，所述的铁心结构，还包括：多组分别与所述第二隔磁孔相邻且位于第二隔磁孔的远离第一隔磁孔一侧的第三隔磁孔。
进一步优选地，所述第三隔磁孔为近似三角形，且该第三隔磁孔的三角形的一个角大致朝向所述轴心孔。
进一步优选地，设每个所述第三隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第二隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第二隔磁孔的斜边为内侧斜边，且设每组所述第三隔磁孔的两外侧斜边的夹角为θ3，则50°≤θ3≤80°。
进一步优选地，设每个所述第三隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第二隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第二隔磁孔的斜边为内侧斜边，设两条所述外侧斜边的交点到所述轴心孔的中心的距离为l2，且0.45R≤l2≤0.55R。
进一步优选地，设每个所述第三隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第二隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第二隔磁孔的斜边为内侧斜边，设每组所述第三隔磁孔的两内侧斜边的夹角为θ4，20°≤θ4≤30°。
进一步优选地，设每个所述第三隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第二隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第二隔磁孔的斜边为内侧斜边，所述每组所述第三隔磁孔的两内侧斜边的交点为所述轴心孔的中心。
进一步优选地，设第二隔磁孔从轴心孔的中心映射到铁心本体的外圆的宽度分别为d2，则1.2w＜d2＜1.5w；和/或
设第三隔磁孔从轴心孔的中心映射到铁心本体的外圆的宽度分别为d4，则0.8w＜d4＜w；和/或
第一隔磁孔与第二隔磁孔之间映射到铁心本体的外圆的距离为d1，则0.8w＜d1＜w；和/或
第二隔磁孔与第三隔磁孔之间的映射到铁心本体的外圆的距离为d3，则0.8w＜d3＜w,
其中，w为定子组件的槽口的宽度。
进一步优选地，所述第一到第三隔磁孔的各顶角倒圆角；和/或
所述第一到第三隔磁孔靠近铁心本体的外圆的边到铁心本体外圆的距离为0.5-0.7mm。
进一步优选地，所述的铁心结构，还包括：流通孔，用于空气的流通。
进一步优选地，设第二隔磁孔与相邻的磁钢槽之间的最小距离d5，满足0.3k＜d5＜0.4k,其中，k为磁钢槽的厚度，和/或设第三隔磁孔与相邻的磁钢槽之间的最小距离d6，满足k＜d6,k为磁钢槽的厚度。
进一步优选地，每组第一隔磁孔相对的边之间的夹角为θ5，则0.8τ≤θ5≤0.9τ，τ为极距，即180°/p，p为电机极对数；和/或
每组第一隔磁孔相对的边两条边的交点为所述轴心孔的中心。
根据本发明第二方面，提供一种转子组件，包括：上述任一项所述的铁心结构；和由分别设置在所述第一磁钢槽和第二磁钢槽中的第一永磁体和第二永磁体组成的、沿所述铁心结构的周向均匀地布置的多个永磁体组。
进一步优选地，第一永磁体和第二永磁体排列成V形，且V形的尖端朝向所述轴心孔；或，第一永磁体和第二永磁体排列为“一”字型。
根据本发明的第三方面，提供一种永磁电机，包括：定子组件；和可旋转的容纳在定子组件的轴心空腔内的所述的转子组件。
根据本发明的铁心结构、包括该铁心结构的转子组件以及包括该转子组件的永磁电机的上述方案，通过设置第一隔磁孔、第二隔磁孔，以及进一步优选地的第三隔磁孔等结构，使得本发明的方案结构相对简单，电机效率高，且能有效降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，以及降低电机振动噪声。
以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的描述，本发明的有益效果将进一步明确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1示出了根据本发明一优选实施永磁电机的平面结构示意图。
图2示出了根据本发明一优选的铁心结构的上半部分的平面结构示意图。
图3示出了根据本发明另一优选实施例的贴心结构的上半部分的平面结构示意图。
图4示出了根据本发明所述的铁芯结构上各结构尺寸的平面结构示意图。
图5示出了根据本发明的一优选实施例结构的铁芯结构与对比例的转矩曲线对比图。
图6示出了根据本发明的另一优选实施例结构的铁芯结构与对比例的转矩曲线对比图。
图7示出了对比例的铁芯结构的上半部分的平面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明一优选实施例的所述永磁电机M的平面结构示意图。如图1所示，所述永磁电机M包括转子组件1和定子组件2，转子组件1可旋转地容纳在所述定子组件2的轴心空腔中。具体地，可以按照现有技术的电机构造，通过使用设置在轴心孔3中的转子轴、转子轴承等结构(未示出)将转子组件1定位在定子组件2的轴心空腔内。
所述定子组件2包括多个沿径向延伸的定子齿21及绕制在定子齿21的颈部上的多个线圈(未示出)。每个定子齿21包括从定子组件2的主轭延伸出的颈部和通常呈“T”形的端部，且相邻的定子齿21的“T”形端部的侧面以槽口22相互分离，此处如图1所示，设槽口的宽度为w。所述线圈在被供给电流时，定子组件2提供使得转子组件1旋转的磁场。
转子组件1如上文所述，设置在定子组件2轴心空腔中，并在定子组件2产生的磁场的推动作用下围绕所述转子轴旋转。转子组件1包括铁心结构11和沿铁心结构11的周向均匀地布置的多个永磁体组12。所述多个永磁体组12中的每一个均由多段永磁体组成，具体地，例如为由第一永磁体121和第二永磁体122组成，两永磁体采用，例如铁氧体永磁体或稀土永磁体制成。优选地，第一、第二永磁体121和122排列成“V”形，且“V”形的尖端朝向所述轴心孔3。此外，第一、第二永磁体121和122也可排列为“一”字形。进一步地，各组永磁体组12可以为仅一个永磁体，即每组呈上述“一”字形排列。以下以每组永磁体12包括两个呈“V”字形排列的永磁体为例进行说明，然而本发明显然不限于此。
以下结合图2详细说明根据本发明一优选实施例的铁心结构11。
图2示出了根据本发明一优选实施例的铁心结构11的上半部分的平面结构示意图，如图2所示，所述铁心结构11包括铁心本体110、沿铁心本体110的周向均匀分布且分别用于容纳多组永磁体组12中的第一、第二永磁体121、122的多组第一、第二磁钢槽111和112、分别设置在第一、第二磁钢槽111和112的朝向铁心本体110外周侧的端部的第一隔磁孔113、以及多组分别与第一隔磁孔113相邻且位于第一、第二磁钢槽与位于第一、第二磁钢槽的远离轴心孔3一侧的铁心本体110的外圆周之间的第二隔磁孔114。
其中，第二隔磁孔114为近似三角形，且该近似三角形的一个角大致朝向所述轴心孔3。即第一隔磁孔113和第二隔磁孔114与第一、第二永磁体121和122相应地设置多组，且均匀分布在铁心本体110的圆周方向。所述近似三角形，包括形状大致为三角形的情形。具体地，在一个优选实施例中，所述近似三角形为在三角形的角部进行了圆化处理，三角形的角部不呈现锐利尖角；而在另一个优选实施例中，所述近似三角形为一条边尽可能小的四边形，且该尽可能小的边更靠近所述轴心孔，整体呈现出更近似于三角形的形状。
通过以上设计，根据本发明人实验验证，利用本发明的铁心结构，能够取得降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，具有降低电机振动噪声的有益效果。
具体地，如图7所示，为未设置上述第二隔磁孔的对比例。与之相比，本发明如图2所示的铁芯结构，对降低转矩脉动及相关谐波电磁力效果明显。图5示出了根据本发明如图2所示的方案与对比例的转矩曲线对比图，从图5中可以看出，本发明的方案中，电机转矩峰峰值明显下降，但转矩平均值有所提升转矩平均值略有提升，转矩脉动下降53％。
优选地，设每个所述第二隔磁孔114的构成所述朝向轴心孔的角的两条斜边中，靠近第一隔磁孔113的斜边为外侧斜边114-1，远离第一隔磁孔113的斜边为内侧斜边114-2，并设每组所述第二隔磁孔114的两外侧斜边114-1的夹角为θ1，80°≤θ1≤90°，如图3所示。且进一步优选地，设两条所述外侧斜边114-1的交点到所述轴心孔3的中心的距离为l1，0.45R≤l1≤0.55R，R为铁心本体110的外圆半径。进一步优选，设每个所述第二隔磁孔114的所述内侧斜边114-2与其所述外侧斜边的延长线的夹角为θ2，60°≤θ2≤80°。
以上优选设计，进一步强化了本发明降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，以及降低电机振动噪声。
图3示出了根据本发明所述铁芯结构的另一优选结构。即，所述铁心结构11进一步设置多组分别与第二隔磁孔114相邻且位于第二隔磁孔114的远离第一隔磁孔113一侧的第三隔磁孔115。所述第三隔磁孔115为近似三角形，且该三角形的一个角大致朝向轴心孔3。参照第二隔磁孔114类似的定义第三隔磁孔115的外侧斜边115-1和内侧斜边115-2，如图3所示。其中，设每组所述第三隔磁孔115的两外侧斜边115-1的夹角为θ3，50°≤θ3≤80°，如图3所示。进一步优选地，设两条所述外侧斜边115-1的交点到所述轴心孔3的中心的距离为l2，0.45R≤l2≤0.55R。且进一步优选，设每组所述第三隔磁孔115的两内侧斜边115-2的夹角为θ4，20°≤θ4≤30°。以及进一步优选地，所述每组所述第三隔磁孔115的两内侧斜边115-2的交点为所述轴心孔3的中心。
以上优选设计，进一步强化了本发明降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，以及降低电机振动噪声。具体地，图6示出了本发明增加设置第三隔磁孔的铁芯结构与图7所示的对比例的转矩曲线对比图。从图6中可以看出，在增加设置第三隔磁孔后，转矩峰峰值进一步下降，相比对比方案，转矩脉动下降67％。由此，本发明的方案降脉动效果进一步增强。此外，平均转矩稍有增加，该隔磁孔使得磁场分布更均匀，铁损略有下降，从而电机效率进一步提升。
接下来参照图4描述各隔磁孔的相关尺寸的优选实施方式。
如图4所示，设第一隔磁孔113与第二隔磁孔114之间映射到铁心本体110的外圆的距离为d1，即，设从所述轴心孔3的中心到第一隔磁孔113的靠近第二隔磁孔114最近的点的连线与铁芯本体110的外圆的交点，与从所述轴心孔3的中心到第二隔磁孔114的靠近第一隔磁孔113最近的点的连线与铁芯本体110的外圆的交点之间的距离为d1。类似的，第二隔磁孔114和第三隔磁孔115从轴心孔3的中心映射到铁心本体110的外圆的宽度分别为d2、d4，以及第二隔磁孔114与第三隔磁孔115之间的映射到铁心本体110的外圆的距离为d3，其中，
0.8w＜d1＜w,1.2w＜d2＜1.5w,0.8w＜d3＜w,0.8w＜d4＜w,
w为定子组件2的所述槽口22的宽度。
进一步优选地，设第二隔磁孔114与相邻的磁钢槽之间的最小距离为d5，满足0.3k＜d5＜0.4k,k为磁钢槽的厚度(如图2所示)。在一个优选实施例中，该最小距离即为第二隔磁孔114的靠近轴心孔的顶点到磁钢槽的距离。以及，设第三隔磁孔115与相邻的磁钢槽之间的最小距离d6，满足k＜d6,k为磁钢槽的厚度。
以及进一步优选地，上述各隔磁孔边的各顶角倒圆角，且各隔磁孔靠近铁心本体的外圆的边到铁心本体外圆的距离为0.5-0.7mm。
此外，每组第一隔磁孔113相对的边之间的夹角为θ5，则0.8τ≤θ5≤0.9τ，τ为极距，即180°/p，p为电机极对数.且进一步优选地，两条边的交点为所述轴心孔3的中心。
所述铁心结构还包括流通孔116，用于空气的流通，从而对电机起到散热作用。
以上对本发明的铁心结构、包括该铁心结构的转子组件以及包括该转子组件的永磁电机进行了描述。根据本发明的上述结构，通过设置第一隔磁孔、第二隔磁孔，以及进一步优选地的第三隔磁孔等结构，取得了结构相对简单，电机出力略升，效率高，且能有效降低电机的转矩脉动及谐波电磁力，以及降低电机振动噪声。
综上所述，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (13)
1.一种铁心结构，包括：
铁心本体；
多组沿铁心本体的周向均匀分布且用于容纳永磁体的磁钢槽；
多组分别设置在磁钢槽的朝向铁心本体外周侧的端部的第一隔磁孔；以及
多组分别与所述第一隔磁孔相邻且位于磁钢槽与位于磁钢槽的远离铁心本体的设置转子轴的轴心孔一侧的铁心本体的外圆周之间的第二隔磁孔；
其中，第二隔磁孔为近似三角形，且该近似三角形的一个角大致朝向所述轴心孔；
其中，设每个所述第二隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第一隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第一隔磁孔的斜边为内侧斜边，
设每组所述第二隔磁孔的两外侧斜边的夹角为θ1，则80°≤θ1≤90°；和/或
设每组所述第二隔磁孔的两外侧斜边的交点到所述轴心孔的中心的距离为l1，则0.45R≤l1≤0.55R，R为铁心本体的外圆半径；和/或
设每个所述第二隔磁孔的所述内侧斜边与其所述外侧斜边的延长线的夹角为θ2，60°≤θ2≤80°。
2.如权利要求1所述的铁心结构，还包括：
多组分别与所述第二隔磁孔相邻且位于第二隔磁孔的远离第一隔磁孔一侧的第三隔磁孔。
3.如权利要求2所述的铁心结构，其中，
所述第三隔磁孔为近似三角形，且该第三隔磁孔的三角形的一个角大致朝向所述轴心孔。
4.如权利要求3所述的铁心结构，其中，设每个所述第三隔磁孔的构成朝向轴心孔的所述角的两条斜边中，靠近第二隔磁孔的斜边为外侧斜边，远离第二隔磁孔的斜边为内侧斜边，且
设每组所述第三隔磁孔的两外侧斜边的夹角为θ3，则50°≤θ3≤80°；和/或
设每组所述第三隔磁孔的两外侧斜边的交点到所述轴心孔的中心的距离为l2，且0.45R≤l2≤0.55R；和/或
设每组所述第三隔磁孔的两内侧斜边的夹角为θ4，20°≤θ4≤30°；和/或
所述每组所述第三隔磁孔的两内侧斜边的交点为所述轴心孔的中心。
5.如权利要求2-4任一项所述的铁心结构，其中，
设第二隔磁孔从轴心孔的中心映射到铁心本体的外圆的宽度分别为d2，则1.2w＜d2＜1.5w；和/或
设第三隔磁孔从轴心孔的中心映射到铁心本体的外圆的宽度分别为d4，则0.8w＜d4＜w；和/或
第一隔磁孔与第二隔磁孔之间映射到铁心本体的外圆的距离为d1，则0.8w＜d1＜w；和/或
第二隔磁孔与第三隔磁孔之间的映射到铁心本体的外圆的距离为d3，则0.8w＜d3＜w,
其中，w为定子组件的槽口的宽度。
6.如权利要求2-4任一项所述的铁心结构，其中，
所述第一到第三隔磁孔的各顶角倒圆角；和/或
所述第一到第三隔磁孔靠近铁心本体的外圆的边到铁心本体外圆的距离为0.5-0.7mm。
7.如权利要求5所述的铁心结构，其中，
所述第一到第三隔磁孔的各顶角倒圆角；和/或
所述第一到第三隔磁孔靠近铁心本体的外圆的边到铁心本体外圆的距离为0.5-0.7mm。
8.如权利要求1-4、7任一项所述的铁心结构，还包括：
流通孔，用于空气的流通。
9.如权利要求2-4、7任一项所述的铁心结构，其中，
设第二隔磁孔与相邻的磁钢槽之间的最小距离d5，满足0.3k＜d5＜0.4k,其中，k为磁钢槽的厚度；和/或
设第三隔磁孔与相邻的磁钢槽之间的最小距离d6，满足k＜d6,k为磁钢槽的厚度。
10.如权利要求1-4、7任一项所述的铁心结构，其中，
每组第一隔磁孔相对的边之间的夹角为θ5，则0.8τ≤θ5≤0.9τ，τ为极距，即180°/p，p为电机极对数；和/或
每组第一隔磁孔相对的边两条边的交点为所述轴心孔的中心。
11.一种转子组件，包括：
如权利要求1-10任一项所述的铁心结构；和
由分别设置在第一磁钢槽和第二磁钢槽中的第一永磁体和第二永磁体组成的、沿所述铁心结构的周向均匀地布置的多个永磁体组。
12.如权利要求11所述的转子组件，其中，
第一永磁体和第二永磁体排列成“V”形，且“V”形的尖端朝向所述轴心孔；或，第一永磁体和第二永磁体排列为“一”字形。
13.一种分布绕组永磁电机，包括：
定子组件；和
可旋转的容纳在所述定子组件的轴心空腔内的如权利要求11或12所述的转子组件。
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