CN107240975A - 切向电机、切向电机转子及其转子铁芯 - Google Patents

切向电机、切向电机转子及其转子铁芯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯，转子铁芯包括转子本体(1)及设置于所述转子本体(1)上的磁钢槽(2)，相邻两个所述磁钢槽(2)之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔(11)，2N个所述隔磁孔(11)对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧；所述隔磁孔(11)的宽度沿所述转子本体(1)的圆心向其外侧的方向增加，所述隔磁孔(11)靠近所述转子本体(1)外侧的外侧孔面为与所述转子本体(1)同心设置的弧形面。本发明提供的转子铁芯，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

Description

切向电机、切向电机转子及其转子铁芯
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，特别涉及一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯。
背景技术
由于切向永磁同步电机具有“聚磁”的效果，与径向永磁同步电机相比，能产生更高的气隙磁密，使得电机具有体积小，重量轻，转矩大，功率密度大，电机效率高及动态性能好等优点，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引等工业领域及家电行业。
目前，切向永磁同步电机的气隙磁密及反电势含有各类空间谐波，由于切向永磁同步电机的定子上开槽，使得磁路磁导不均匀，气隙磁密、反电势含有各类空间谐波，且谐波占比大，各类谐波相互作用产生低阶力波，加大电机的振动噪声。波形正弦度较差，波形畸变率高，使得电机的振动及噪声较大，影响用户的使用健康，限制了电机的应用推广。
因此，如何降低电机的振动噪音，是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种转子铁芯，以降低电机的振动噪音。本发明还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种转子铁芯，包括转子本体及设置于所述转子本体上的磁钢槽，相邻两个所述磁钢槽之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔，2N个所述隔磁孔对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧；
所述隔磁孔的宽度沿所述转子本体的圆心向其外侧的方向增加，所述隔磁孔靠近所述转子本体外侧的外侧孔面为与所述转子本体同心设置的弧形面。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述磁钢槽之间的最小距离≤1.5D，D为所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的外侧孔面与所述转子本体的外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为A，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
1.5≥A/D≥1。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述磁钢槽之间形成第二隔磁桥，所述第二隔磁桥的外侧的宽度大于其内侧的宽度。
优选地，上述转子铁芯中，所述第二隔磁桥靠近所述转子本体外侧的宽度为I，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
8≥I/D≥5。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔沿所述转子本体的径向方向的长度为J，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
5.5≥J/D≥3。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的最大宽度为K，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
2≥K/D≥1.5。
优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述磁钢槽之间形成第二隔磁桥，所述第二隔磁桥为等宽隔磁桥。
优选地，上述转子铁芯中，所述第二隔磁桥的宽度设为B，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
1.2≥B/D≥0.9。
优选地，上述转子铁芯中，电机的磁极对数为P，所述隔磁孔的最大宽度为H，所述隔磁孔与与其相邻的磁钢槽中心线之间的最大夹角为θ2，所述磁钢槽具有朝向所述转子本体外侧设置的开口，所述开口的宽度为L，所述开口相对于所述磁钢槽的中心线对称设置，所述开口的一侧边缘与所述磁钢槽的中心线之间的夹角为θ1；
优选地，上述转子铁芯中，还包括沿所述转子本体的磁极中心线对称设置的辅助隔磁孔。
优选地，上述转子铁芯中，还包括设置于相邻两个所述磁钢槽之间的转子磁极上，用于固定转子冲片的固定孔；
所述辅助隔磁孔位于所述固定孔沿所述转子本体径向方向的外侧。
优选地，上述转子铁芯中，所述辅助隔磁孔的宽度沿所述转子本体的外侧向其圆心方向逐渐增加。
优选地，上述转子铁芯中，所述辅助隔磁孔的靠近所述转子本体圆心的内侧孔面上具有朝向所述转子本体的外侧凸起的凸起部。
优选地，上述转子铁芯中，所述辅助隔磁孔的长度为F，所述隔磁孔的长度为C；
0.7≥C/F≥0.2。
优选地，上述转子铁芯中，0.6≥C/F≥0.4。
优选地，上述转子铁芯中，所述磁钢槽与所述转子本体的转轴孔之间设置有附加隔磁槽，所述附加隔磁槽与所述磁钢槽之间形成第三隔磁桥。
本发明还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，所述转子铁芯为如上述任一项所述的转子铁芯。
优选地，上述切向电机转子中，所述切向磁化永磁体靠近所述转子铁芯外侧的宽度大于其靠近所述转子铁芯圆心的宽度。
本发明还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，所述切向电机转子为如上述所述的切向电机转子。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的转子铁芯，隔磁孔靠近转子本体外侧的外侧孔面为与转子本体同心设置的弧形面，因此，使得隔磁孔与转子本体的外壁之间留有一段距离，形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的厚度均匀。有效确保了隔磁孔的隔磁效果。通过设置隔磁孔，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。
本发明还提供了一种具有上述切向电机转子的电机。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的电机及电机的也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的切向电机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的切向电机转子的第一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的切向电机转子的第二种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的切向电机转子的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的切向电机与现有技术中的一种切向电机的转矩脉动对比图；
图6为本发明实施例提供的切向电机的转矩脉动系数与A/D的关系图；
图7为本发明实施例提供的切向电机的反电势谐波占比及空载磁链与I/D的关系图；
图8为本发明实施例提供的切向电机的反电势谐波占比及空载磁链与J/D的关系图；
图9为本发明实施例提供的切向电机的气隙磁场谐波含量与C/F的关系图。
具体实施方式
本发明公开了一种切向电机转子，以提高制热效果及制热效率。本发明还提供了一种具有上述切向电机转子的电机。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
请参考图1，本发明实施例提供了一种转子铁芯，包括转子本体1及设置于转子本体1上的磁钢槽2，相邻两个磁钢槽2之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔11，2N个隔磁孔11对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；隔磁孔11的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，隔磁孔11靠近转子本体1外侧的外侧孔面为与转子本体1同心设置的弧形面。
本发明实施例提供的转子铁芯，隔磁孔11靠近转子本体1外侧的外侧孔面为与转子本体1同心设置的弧形面，因此，使得隔磁孔11与转子本体1的外壁之间留有一段距离，形成第一隔磁桥14，第一隔磁桥14的厚度均匀。有效确保了隔磁孔11的隔磁效果。通过设置隔磁孔11，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。
如图5所示，具有本发明实施例提供的转子铁芯的电机，转矩稳定性明显高于现有的电机。
进一步地，由于隔磁孔11与磁钢槽2的距离不能过大，以便于二者之间形成第二隔磁桥15，隔磁孔11与磁钢槽2之间的最小距离≤1.5D，D为转子铁芯用于与定子配合的气隙长度。
优选地，隔磁孔11的外侧孔面与转子本体1的外壁之间形成第一隔磁桥14，第一隔磁桥14的宽度为A，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过研究发现，隔磁孔11与转子本体1外壁之间的距离对转矩脉动的影响如图6所示。其中，当A/D≥1时，允许一小部分磁通通过第一隔磁桥14，传递，改善了磁极内磁通走向，也改善了电机气隙磁场的分布，降低了谐波占比、电机振动噪声及谐波损耗，提高了电机效率。当A/D＜1时，由于隔磁孔11过于靠近转子本体1的外壁，使得第一隔磁桥14的宽度A过小，相当于在转子本体1的外壁增设凹槽，加大了定子与转子的齿、槽效应，反而增大了电机的转矩脉动。但是，当A/D＞1.5时，第一隔磁桥14的宽度较大，大部分磁通仍可通过该隔磁桥向气隙传递，对气隙磁场分布的改善影响较小，谐波占比仍较大，电机的振动噪声没有降低。因此，本实施例中，1.5≥A/D≥1。
本实施例提供的转子铁芯中，隔磁孔11与磁钢槽2之间形成第二隔磁桥15，第二隔磁桥15的外侧的宽度大于其内侧的宽度。
进一步地，第二隔磁桥15靠近转子本体1外侧的宽度为I，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过仿真研究发现，隔磁孔11靠近磁钢槽2，隔磁孔11内为空气，因此隔磁孔11可以改变永磁体的磁通在转子磁极内的走向，当第二隔磁桥15设计为上宽下窄，研究发现，第二隔磁桥15靠近转子本体1外侧的宽度I对电机反电势谐波占比以及空载磁链有较大的影响，如图7所示，当I/D小于5时，隔磁孔11会阻挡永磁体靠近转子本体1外侧的端部产生的磁链线进入定子，减少了电机的空载磁链。但是，当I/D大于8以后，对气隙磁场磁场的改善效果变差。因此，优选地，8≥I/D≥5时，可以进一步改善转子磁极内的磁通走向，使得气隙磁场分布更均匀，谐波占比更低，电机振动噪声更低，同时电机可以获得较大的空载磁链。同时隔磁桥2下侧宽度小于隔磁桥上侧宽度，第二隔磁桥15下侧宽度大于0.5mm，增加了隔磁孔11与磁钢槽2的连接宽度，提高了电机转子的机械结构强度。因此，8≥I/D≥5。
隔磁孔11沿转子本体1的径向方向的长度为J，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过研究发现，隔磁孔11的长度J越长，对永磁体磁通传递路径的影响越大。图8所示，当J/D≥3时，可以有效地限制转子内的磁通走向，优化气隙磁场的分布，降低谐波占比及电机振动噪声。但是，当J/D＞5.5时，隔磁孔11对永磁体的磁通过多的阻隔，使得电机的磁链及转矩减小，电机的效率下降。因此，本实施例中，优选地，5.5≥J/D≥3。
优选地，隔磁孔11的最大宽度为K，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过仿真研究发现，隔磁孔11的宽度K对气隙磁密、反电势谐波占比影响较大。由于隔磁孔11靠近气隙，隔磁孔11的宽度K可以改变转子磁极磁通沿圆周方向向气隙传递的磁通大小，进而改变气隙磁场分布。当K/D≥1.5时，磁通沿隔磁孔11及磁极中心线隔磁孔处传递的少，沿磁极隔磁孔11与磁极中心线隔磁孔之间的铁芯部分传递的多，此时，改善了磁路的磁通走向及气隙磁场分布，提高了气隙磁密波形的正弦度，降低反电势谐波占比、电机振动噪音及谐波损耗，提高了电机效率。但是，当K/D＞2时，隔磁孔11与磁极中心线隔磁孔之间的铁芯部分过小，磁通高度集中在此处，增大了该处的气隙磁密，气隙磁密波形再度畸变，谐波占比增大，电机振动噪声加大。优选地，2≥K/D≥1.5。
如图3所示，在本实施例中，由于隔磁孔11与磁钢槽2之间具有转子本体1的实体部分。隔磁孔11与磁钢槽2之间形成第二隔磁桥15，第二隔磁桥15为等宽隔磁桥。
优选地，第二隔磁桥15的宽度设为B，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过仿真研究发现，第二隔磁桥15上下宽度一致，可以更进一步地限制永磁体靠近转子外侧的磁通向气隙传递，改善了气隙磁场的分布。当B/D≥0.9时，允许一小部分磁通经第二隔磁桥15向气隙传递，提高了磁路磁导的均匀性及气隙磁密波形的正弦度，降低气隙磁密、反电势谐波占比及转矩脉动，进而降低了电机振动噪声及谐波损耗，提高了电机效率。但是，当B/D＞1.2时，第二隔磁桥15的宽度B过大，经过第二隔磁桥15向气隙传递的磁通过多，该处的气隙磁密加大，气隙磁密波形正弦度变差，谐波占比加大，电机振动噪声增大。因此，1.2≥B/D≥0.9。
进一步地，电机的磁极对数为P，隔磁孔11的最大宽度为H，隔磁孔11与与其相邻的磁钢槽2中心线之间的最大夹角为θ2，磁钢槽2具有朝向转子本体1外侧设置的开口，开口的宽度为L，开口相对于磁钢槽2的中心线对称设置，开口的一侧边缘与磁钢槽2的中心线之间的夹角为θ1；其中，满足上述情况时，气隙磁导均匀性较好，电机的磁传递均匀过渡，电机的转矩脉动较低，气隙磁密波形正弦度较好，谐波占比较低，有效降低了电机振动噪声。
本发明实施例还提供了转子铁芯，还包括沿转子本体1的磁极中心线对称设置的辅助隔磁孔12。通过增加辅助隔磁孔12，进一步提高了隔磁效果。
进一步地，本实施例中的转子铁芯还包括设置于相邻两个磁钢槽2之间的转子磁极上，用于固定转子冲片的固定孔13；辅助隔磁孔12位于固定孔13沿转子本体1径向方向的外侧。其中，固定孔13内设置有固定件。当固定孔13为铆钉孔时，固定件即为铆钉；当固定孔13为螺钉孔时，螺钉孔中插入连接转子冲片的结构加强杆。也可以将固定孔13设置为其他类型的孔，如螺纹孔、棱柱孔或椭圆孔等。
优选地，辅助隔磁孔12的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向逐渐增加。
如图2所示，在本实施例中，辅助隔磁孔12的靠近转子本体1圆心的内侧孔面上具有朝向转子本体1的外侧凸起的凸起部。通过设置凸起部，能够避让固定孔13，方便固定孔13与辅助隔磁孔12的布置，也确保了转子铁芯的机械强度。
在本实施例中，凸起部为尖角凸起。当然，也可以将凸起部设置为圆角凸起或多边形角凸起。
优选地，辅助隔磁孔12的长度为F，隔磁孔11的长度为C；经仿真研究发现，隔磁孔的长度与磁极中线线处的隔磁孔的长度的比值对反电势谐波占比影响较大，由于隔磁桥2等宽，故隔磁孔的长度加长，对永磁体的外磁通路径影响进一步加大，如图9所示，当0.7≥C/F≥0.2时，进一步改善转子磁极靠近气隙的磁通走向，进一步改善气隙磁场分布，进一步降低转矩脉动，进一步降低电机的振动噪声，进一步降低谐波损耗，进一步提高电机效率。优选地，0.7≥C/F≥0.2。
其中，辅助隔磁孔12的长度F为辅助隔磁孔12距离转子本体1外侧的最近点与辅助隔磁孔12距离转子本体1圆心的最近点之间的距离。隔磁孔11的长度C为隔磁孔11距离转子本体1外侧的最近点与隔磁孔11距离转子本体1圆心的最近点之间的距离。
进一步地，0.6≥C/F≥0.4。
如图4所示，磁钢槽2与转子本体1的转轴孔之间设置有附加隔磁槽16，附加隔磁槽16与磁钢槽2之间形成第三隔磁桥。通过上述设置，有效提升了永磁体的充磁饱和度。
本发明实施例还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，转子铁芯为如上述任一种转子铁芯。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。
优选地，切向磁化永磁体靠近转子铁芯外侧的宽度大于其靠近转子铁芯圆心的宽度。通过上述设置，有效提升电机的抗退磁能力。
本发明实施例还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，切向电机转子为如上述切向电机转子。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (20)

1.一种转子铁芯，包括转子本体(1)及设置于所述转子本体(1)上的磁钢槽(2)，其特征在于，相邻两个所述磁钢槽(2)之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔(11)，2N个所述隔磁孔(11)对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧；
所述隔磁孔(11)的宽度沿所述转子本体(1)的圆心向其外侧的方向增加，所述隔磁孔(11)靠近所述转子本体(1)外侧的外侧孔面为与所述转子本体(1)同心设置的弧形面。
2.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)与所述磁钢槽(2)之间的最小距离≤1.5D，D为所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度。
3.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)的外侧孔面与所述转子本体(1)的外壁之间形成第一隔磁桥(14)，所述第一隔磁桥(14)的宽度为A，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
1.5≥A/D≥1。
4.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)与所述磁钢槽(2)之间形成第二隔磁桥(15)，所述第二隔磁桥(15)的外侧的宽度大于其内侧的宽度。
5.如权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，所述第二隔磁桥(15)靠近所述转子本体(1)外侧的宽度为I，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
8≥I/D≥5。
6.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)沿所述转子本体(1)的径向方向的长度为J，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
5.5≥J/D≥3。
7.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)的最大宽度为K，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
2≥K/D≥1.5。
8.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(11)与所述磁钢槽(2)之间形成第二隔磁桥(15)，所述第二隔磁桥(15)为等宽隔磁桥。
9.如权利要求8所述的转子铁芯，其特征在于，所述第二隔磁桥(15)的宽度设为B，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；
1.2≥B/D≥0.9。
10.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，电机的磁极对数为P，所述隔磁孔(11)的最大宽度为H，所述隔磁孔(11)与与其相邻的磁钢槽(2)中心线之间的最大夹角为θ2，所述磁钢槽(2)具有朝向所述转子本体(1)外侧设置的开口，所述开口的宽度为L，所述开口相对于所述磁钢槽(2)的中心线对称设置，所述开口的一侧边缘与所述磁钢槽(2)的中心线之间的夹角为θ1；
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11.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，还包括沿所述转子本体(1)的磁极中心线对称设置的辅助隔磁孔(12)。
12.如权利要求11所述的转子铁芯，其特征在于，还包括设置于相邻两个所述磁钢槽(2)之间的转子磁极上，用于固定转子冲片的固定孔(13)；
所述辅助隔磁孔(12)位于所述固定孔(13)沿所述转子本体(1)径向方向的外侧。
13.如权利要求11所述的转子铁芯，其特征在于，所述辅助隔磁孔(12)的宽度沿所述转子本体(1)的外侧向其圆心方向逐渐增加。
14.如权利要求11-13任一项所述的转子铁芯，其特征在于，所述辅助隔磁孔(12)的靠近所述转子本体(1)圆心的内侧孔面上具有朝向所述转子本体(1)的外侧凸起的凸起部。
15.如权利要求11所述的转子铁芯，其特征在于，所述辅助隔磁孔(12)的长度为F，所述隔磁孔(11)的长度为C；
0.7≥C/F≥0.2。
16.如权利要求15所述的转子铁芯，其特征在于，0.6≥C/F≥0.4。
17.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述磁钢槽(2)与所述转子本体(1)的转轴孔之间设置有附加隔磁槽(16)，所述附加隔磁槽(16)与所述磁钢槽(2)之间形成第三隔磁桥。
18.一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，其特征在于，所述转子铁芯为如权利要求1-16任一项所述的转子铁芯。
19.如权利要求18所述的切向电机转子，其特征在于，所述切向磁化永磁体靠近所述转子铁芯外侧的宽度大于其靠近所述转子铁芯圆心的宽度。
20.一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，所述切向电机转子为如权利要求18或19所述的切向电机转子。
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