CN107465282B - 电机转子组件和具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子组件和具有其的电机，电机转子组件包括：转子铁芯；多个永磁体；多个磁阻铁芯，多个磁阻铁芯沿转子铁芯的周向方向均匀间隔设在转子铁芯的外侧，在转子铁芯的径向方向上，每个磁阻铁芯包括内侧表面和外侧表面，每个磁阻铁芯的内侧表面和外侧表面中的至少一个包括中心圆弧面和外侧圆弧面，外侧圆弧面的半径小于中心圆弧面的半径。根据本发明的电机转子组件，通过在其磁阻铁芯的内侧表面和/或外侧表面上设置中间圆弧面和外侧圆弧面，由此可以调整电机内的磁场分布，使电机转子组件的受力更加均匀，可以减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，进而可以降低电机的工作噪声。电机转子组件的结构简单、方便加工，具有很强的实用性。

Description

电机转子组件和具有其的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机转子组件和具有其的电机。

背景技术

双气隙电机因具有结构紧凑、转矩密度大、布置方式灵活等优点逐渐被广泛应用。通常双气隙电机包括定子、磁阻铁芯和永磁转子，定子、磁阻铁芯和永磁转子在双气隙电机的径向方向上由外向内依次排布，其中磁阻铁芯与定子和永磁转子之间均设有间隙。在相关技术中，磁阻铁芯形成为扇形。但是当双气隙电机转动时，其产生的磁场谐波部分会导致其齿槽转矩和转矩脉动的增加，从而会增大双气隙电机的振动和工作噪声。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电机转子组件，所述电机转子组件具有结构简单、可以减小电机的齿槽转矩和转矩脉动的优点。

本发明还提出了一种设有上述电机转子组件的电机。

根据本发明实施例的电机转子组件，包括：转子铁芯，所述转子铁芯上设有多个沿所述转子铁芯的周向间隔设置的盛放空间；多个永磁体，所述多个永磁体分别一一对应地设在多个所述盛放空间内；多个磁阻铁芯，所述多个磁阻铁芯沿所述转子铁芯的周向均匀间隔设在所述转子铁芯的外侧，在所述转子铁芯的径向上，每个所述磁阻铁芯包括内侧表面和外侧表面，每个所述磁阻铁芯的所述内侧表面和所述外侧表面中的至少一个包括中心圆弧面和外侧圆弧面，所述外侧圆弧面的半径小于所述中心圆弧面的半径，在所述转子铁芯的周向上，所述外侧圆弧面延伸至所述磁阻铁芯的端面上。

根据本发明实施例的电机转子组件，通过在其磁阻铁芯的内侧表面和/或外侧表面上设置中间圆弧面和外侧圆弧面，当电机转子组件工作时，磁阻铁芯可以调整电机内的磁场分布，可以使电机转子组件的受力更加均匀、运行更加平稳，由此可以减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，进而可以降低电机的工作噪声。电机转子组件的结构简单、方便加工，具有很强的实用性。

根据本发明的一些实施例，所述磁阻铁芯在径向上的最大厚度为h1且最小厚度为h2，其中1＜h1/h2≤10。

根据本发明的一些实施例，所述中心圆弧面的圆心角为θ＝α*180°/p，其中0.1≤α≤0.7，p为所述磁阻铁芯的个数。

根据本发明的一些实施例，所述外侧圆弧面和所述中心圆弧面相切设置。

根据本发明的一些实施例，所述内侧表面和所述外侧表面均包括所述中心圆弧面和两个所述外侧圆弧面，所述两个外侧圆弧面位于所述中心圆弧面的两侧。

根据本发明的一些实施例，每个所述永磁体沿所述转子铁芯的径向方向延伸。

在本发明的一些实施例中，在所述转子铁芯的径向方向上，每个所述永磁体的内端的周向尺寸大于外端的周向尺寸。

根据本发明实施例的电机，包括根据本发明上述实施例的电机转子组件。

根据本发明实施例的电机，通过设置上述电机转子组件，电机转子组件内的磁阻铁芯的内侧表面和/或外侧表面上设置中间圆弧面和外侧圆弧面，当电机转子组件工作时，磁阻铁芯可以调整电机内的磁场分布，可以使电机转子组件的受力更加均匀、运行更加平稳，由此可以减小电机的齿槽转矩和转矩脉动，进而可以降低电机的工作噪声。电机转子组件的结构简单、方便加工，具有很强的实用性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的电机的整体结构示意图；

图2是根据本发明实施例的磁阻铁芯的外侧表面的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的磁阻铁芯的内侧表面的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的电机与现有电机的齿槽转矩的对比示意图；

图5是根据本发明实施例的电机与现有电机的转矩脉动的对比示意图。

附图标记：

电机转子组件100，

转子铁芯10，

永磁体20，

磁阻铁芯30，

内侧表面310，内侧中间圆弧面310A，第一外侧圆弧面310B，第二外侧圆弧面310C，

外侧表面320，外侧中间圆弧面320A，第三外侧圆弧面320B，第四外侧圆弧面320C，

电机200，

定子40，定子铁芯410，定子绕组420。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的电机转子组件100，该电机转子组件100可以用于双气隙电机200中。

如图1所示，根据本发明实施例的电机转子组件100，包括：转子铁芯10、多个永磁体20和多个磁阻铁芯30。转子铁芯10上设有多个沿转子铁芯10的周向方向间隔设置的盛放空间，多个永磁体20分别一一对应地设在多个盛放空间内。可选地，转子铁芯10上的多个盛放空间可以在其周向方向上均匀间隔设置，从而可以使作用在转子铁芯10上的磁场力分布更加均匀，可以使电机200的运行更加平稳，减小电机200的工作噪声。永磁体20可以采用过盈配合的方式镶嵌在对应的盛放空间内，从而可以使转子铁芯10与永磁体20之间的装配方式更加简单、提升装配效率。

如图1-图3所示，多个磁阻铁芯30沿转子铁芯10的周向方向均匀间隔设在转子铁芯10的外侧，每个磁阻铁芯30均与转子铁芯10之间间隙配合，磁阻铁芯30可以由高导磁材料构成，例如硅钢片、钴钢片、SMC等材料。

如图2-图3所示，在转子铁芯10的径向方向上，每个磁阻铁芯30包括内侧表面310和外侧表面320，每个磁阻铁芯30的内侧表面310和外侧表面320中的至少一个包括中心圆弧面和外侧圆弧面，外侧圆弧面的半径小于中心圆弧面的半径。在转子铁芯10的周向方向上，外侧圆弧面延伸至磁阻铁芯30的端面上，由此可以优化磁阻铁芯30的外部结构，可以减小电机200的齿槽转矩和转矩脉动。其中齿槽转矩由电机200空转时永磁体20与转子铁芯10之间的相互作用力的切向分量产生，转矩脉动是电机200通入额定电流之后转子的负载转矩。

在本发明的一些示例中，如图3所示，每个磁阻铁芯30的内侧表面310可以包括一个中间圆弧面和两个外侧圆弧面，两个外侧圆弧面位于中间圆弧面的左右两侧。为方便区分和描述，将内侧表面310的中间圆弧面称为内侧中间圆弧面310A，将内侧表面310的左侧的外侧圆弧面称为第一外侧圆弧面310B，将内侧表面310的右侧的外侧圆弧面称为第二外侧圆弧面310C。其中第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C的半径小于内侧中间圆弧面310A的半径。优选地，第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C可以相对内侧中间圆弧面310A的中心轴线对称设置，从而不仅可以方便磁阻铁芯30的内侧表面310的加工，还可以使磁阻铁芯30受到的磁场力更加均匀，可以使电机转子组件100的运行更加平稳。当然可以理解的是，每个磁阻铁芯30的内侧表面310上也可以只设置一个外侧圆弧面和中间圆弧面，即内侧中间圆弧面310A可以延伸至内侧表面310的一侧，内侧表面310另一侧的外侧圆弧面的半径小于中间圆弧面的半径。需要进行说明的是，上述描述中的“内”为靠近转子铁芯10的方向。

在本发明的一些示例中，如图2所示，每个磁阻铁芯30的外侧表面320可以包括一个中间圆弧面和两个外侧圆弧面，两个外侧圆弧面位于中间圆弧面的左右两侧。为方便区分和描述，将外侧表面320的中间圆弧面称为外侧中间圆弧面320A，将外侧表面320的左侧的外侧圆弧面称为第三外侧圆弧面320B，将外侧表面320的右侧的外侧圆弧面称为第四外侧圆弧面320C。其中第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C的半径小于外侧中间圆弧面320A的半径。优选地，第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C可以相对外侧中间圆弧面320A的中心轴线对称设置，从而不仅可以方便磁阻铁芯30的外侧表面320的加工，还可以使磁阻铁芯30受到的磁场力更加均匀，可以使电机转子组件100的运行更加平稳。当然可以理解的是，每个磁阻铁芯30的外侧表面320上可以只设置一个外侧圆弧面和中间圆弧面，即外侧中间圆弧面320A可以延伸至外侧表面320的一侧，外侧表面320另一侧的外侧圆弧面的半径小于外侧中间圆弧面320A的半径。需要进行说明的是，上述描述中的“外”为远离转子铁芯10的方向。

在一个具体示例中，每个磁阻铁芯30的内侧表面310包括内侧中间圆弧面310A和一个外侧圆弧面，内侧中间圆弧面310A延伸至内侧表面310的右端，外侧圆弧面的半径小于内侧中间圆弧面310A的半径。每个磁阻铁芯30的外侧表面320只包括一个中间圆弧面，中间圆弧面延伸至外侧表面320的左右两端。需要进行说明的是，磁阻铁芯30的内侧表面310和外侧表面320上的中间圆弧面和外侧圆弧面可以根据实际需求进行选择设置，本发明对此不做具体限制。

根据本发明实施例的电机转子组件100，通过在其磁阻铁芯30的内侧表面310和/或外侧表面320上设置中间圆弧面和外侧圆弧面，当电机转子组件100工作时，磁阻铁芯30可以调整电机200内的磁场分布，可以使电机转子组件100的受力更加均匀、运行更加平稳，由此可以减小电机200的齿槽转矩和转矩脉动，进而可以降低电机200的工作噪声。电机转子组件100的结构简单、方便加工，具有很强的实用性。

如图1-图3所示，根据本发明的一些实施例，内侧表面310和外侧表面320均包括中心圆弧面和两个外侧圆弧面，两个外侧圆弧面位于中心圆弧面的两侧，从而可以优化磁阻铁芯30的结构，可以减小电机转子组件100的齿槽转矩和转矩脉动。具体而言，如图3所示，每个磁阻铁芯30的内侧表面310均包括内侧中间圆弧面310A、第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C，第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C的半径小于内侧中间圆弧面310A的半径。如图2所示，每个磁阻铁芯30的外侧表面320均包括外侧中间圆弧面320A、第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C，第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C的半径小于外侧中间圆弧面320A的半径。优选地，第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C可以相对内侧中间圆弧面310A的中心轴线对称设置，第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C可以相对外侧中间圆弧面320A的中心轴线对称设置，由此可以使磁阻铁芯30整体结构更加规则、受力更加均匀，可以使电机200的转子组件运行更加平稳。

如图2-图3所示，根据本发明的一些实施例，磁阻铁芯30在径向方向上的最大厚度为h1且最小厚度为h2，其中1＜h1/h2≤10，从而可以减小电机200的齿槽转矩和转矩脉动。具体而言，由于磁阻铁芯30的内侧表面310和/或外侧表面320上的外侧圆弧面的半径小于中心圆弧面的半径，因此磁阻铁芯30的最大厚度位于其中间部分，磁阻铁芯30的最小厚度位于其两端部分。由此可以优化磁阻铁芯30的结构，可以使作用在电机转子组件100上的磁场力分布更加均匀，从而可以保证电机200平稳的运行。

如图2-图3所示，根据本发明的一些实施例，中心圆弧面的圆心角为θ＝α*180°/p，其中0.1≤α≤0.7，p为磁阻铁芯30的个数，从而可以优化磁阻铁芯30的内侧表面310和外侧表面320的结构，可以提升电机200运转的平稳性。具体而言，磁阻铁芯30的内侧中间圆弧面310A的圆心角为θ_i＝α_i*180°/p，其中0.1≤α_i≤0.7。磁阻铁芯30的外侧中间圆弧面320A的圆心角为θ_o＝α_o*180°/p，其中0.1≤α_o≤0.7。α_i和α_o的取值可以相同，也可以不同，可以根据实际情况进行选择。磁阻铁芯30的个数p也可以根据实际需求选择设置，例如如图1所示，电机200内设有20个磁阻铁芯30，则p＝20。

如图2-图3所示，外侧圆弧面和中心圆弧面相切设置，由此可以使磁阻铁芯30的结构更加紧凑，可以减小电机转子组件100的齿槽转矩。例如如图2所示，磁阻铁芯30的外侧表面320包括外侧中间圆弧面320A、第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C。其中第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C分别与外侧中间圆弧面320A相切，外侧表面320可以形成平滑的曲面。当磁阻铁芯30转动时，可以减小磁阻铁芯30与空气之间摩擦，减小电机转子组件100的齿槽转矩，从而可以提升电机200的能效。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，每个永磁体20沿转子铁芯10的径向方向延伸，从而可以使电机转子组件100的磁场分布更加均匀，可以减小电机200的齿槽转矩。具体而言，电机转子组件100内设有多个在其圆周方向上均匀间隔设置的永磁体20，每个永磁体20均沿转子铁芯10的径向方向延伸，由此永磁体20可以产生均匀分布的磁场，可以使作用在电机转子组件100上的磁场力更加均匀，由此可以使电机200的运行更加平稳。具体地，在转子铁芯10的径向方向上，每个永磁体20的内端的周向尺寸大于外端的周向尺寸。

如图1所示，根据本发明实施例的电机200，可以包括定子40和根据本发明上述实施例的电机转子组件100。其中定子40可以包括定子铁芯410和多个定子绕组420，多个定子绕组420在定子铁芯410的周向方向均匀间隔设置。定子40、磁阻铁芯30和转子铁芯10沿电机200的径向方向由外向内依次并列设置，其中磁阻铁芯30与转子铁芯10和定子铁芯410之间分别设有间隙，由此可以保证电机转子组件100的平稳运行。

具体而言，在特定工作模式下，定子40可以保持静止，多个磁阻铁芯30可以与转子铁芯10和多个永磁体20进行同步转动，此时磁阻铁芯30与转子铁芯10和多个永磁体20组成电机200的转子。在另一种工作模式下，多个磁阻铁芯30可以与定子40保持静止，转子铁芯10和多个永磁体20进行转动，此时转子铁芯10和多个永磁体20组成电机200的转子。由此可以在不改变电机200绕组连接的情况下实现电机200的运行频率的控制，可以实现电机200在不同转矩区间内的自由切换，进而可以提升电机200的转矩密度和高功率密度。

根据本发明实施例的电机200，通过设置上述电机转子组件100，电机转子组件100内的磁阻铁芯30的内侧表面310和/或外侧表面320上设置中间圆弧面和外侧圆弧面，当电机转子组件100工作时，磁阻铁芯30可以调整电机200内的磁场分布，可以使电机转子组件100的受力更加均匀、运行更加平稳，由此可以减小电机200的齿槽转矩和转矩脉动，进而可以降低电机200的工作噪声。电机转子组件100的结构简单、方便加工，具有很强的实用性。

下面参考图1-图5详细根据本发明具体实施例的电机200。

如图1所示，电机200包括定子40和电机转子组件100，定子40包括定子铁芯410和多个定子绕组420，多个定子绕组420在定子铁芯410的周向方向均匀间隔设置。电机转子组件100包括：转子铁芯10、多个永磁体20和多个磁阻铁芯30。转子铁芯10上设有多个盛放空间且在其周向方向上均匀间隔设置，每个永磁体20沿转子铁芯10的径向方向延伸，每个永磁体20均采用过盈配合的方式镶嵌在对应的盛放空间内。定子40、磁阻铁芯30和转子铁芯10沿电机200的径向方向由外向内依次并列设置，其中磁阻铁芯30与转子铁芯10和定子铁芯410之间分别设有间隙。

如图3所示，每个磁阻铁芯30的内侧表面310均包括内侧中间圆弧面310A、第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C，第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C的半径小于内侧中间圆弧面310A的半径，第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C相对内侧中间圆弧面310A的中心轴线对称设置，内侧中间圆弧面310A分别与第一外侧圆弧面310B和第二外侧圆弧面310C相切。内侧中间圆弧面310A的圆心角为θ_i＝α_i*180°/p，其中α_i＝0.35，p＝20。

如图2所示，每个磁阻铁芯30的外侧表面320均包括外侧中间圆弧面320A、第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C，第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C的半径小于外侧中间圆弧面320A的半径。第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C相对外侧中间圆弧面320A的中心轴线对称设置，外侧中间圆弧面320A分别与第三外侧圆弧面320B和第四外侧圆弧面320C相切。外侧中间圆弧面320A的圆心角为θ_o＝α_o*180°/p，其中α_o＝0.35，p＝20。每个磁阻铁芯30的径向方向上的最大厚度为h1、最小厚度为h2，h1/h2＝1.43。

如图4-图5所示，分别测试根据本发明实施例的电机200和现有电机的齿槽转矩和转矩脉动，并作出图表进行对比分析。从图4中可以看出，根据本发明实施例的电机200的齿槽转矩值近似等于0，电机100的运行平稳性比较好。由此可以得出电机转子组件100可以在很大程度上减小电机200的齿槽转矩，从图5中可看出，根据本发明实施例的电机200的转矩脉动的分布曲线比较平缓，波峰和波谷之间的差值较小，由此可以在一定程度上降低电机200的转矩脉动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电机转子组件，其特征在于，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯上设有多个沿所述转子铁芯的周向间隔设置的盛放空间；

多个永磁体，所述多个永磁体分别一一对应地设在多个所述盛放空间内；

多个磁阻铁芯，所述多个磁阻铁芯沿所述转子铁芯的周向均匀间隔设在所述转子铁芯的外侧，在所述转子铁芯的径向上，每个所述磁阻铁芯包括内侧表面和外侧表面，每个所述磁阻铁芯的所述内侧表面和所述外侧表面中的至少一个包括中心圆弧面和外侧圆弧面，所述外侧圆弧面的半径小于所述中心圆弧面的半径，在所述转子铁芯的周向上，所述外侧圆弧面延伸至所述磁阻铁芯的端面上。

2.根据权利要求1所述的电机转子组件，其特征在于，所述磁阻铁芯在径向上的最大厚度为h1且最小厚度为h2，其中1＜h1/h2≤10。

3.根据权利要求1所述的电机转子组件，其特征在于，所述中心圆弧面的圆心角为θ＝α*180°/p，其中0.1≤α≤0.7，p为所述磁阻铁芯的个数。

4.根据权利要求1所述的电机转子组件，其特征在于，所述外侧圆弧面和所述中心圆弧面相切设置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电机转子组件，其特征在于，所述内侧表面和所述外侧表面均包括所述中心圆弧面和两个所述外侧圆弧面，所述两个外侧圆弧面位于所述中心圆弧面的两侧。

6.根据权利要求1所述的电机转子组件，其特征在于，每个所述永磁体沿所述转子铁芯的径向方向延伸。

7.根据权利要求6所述的电机转子组件，其特征在于，在所述转子铁芯的径向方向上，每个所述永磁体的内端的周向尺寸大于外端的周向尺寸。

8.一种电机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述电机转子组件。

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