CN108063505A - 一种永磁埋设型转子铁芯、电机转子和电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁埋设型转子铁芯，包括转子极，转子极的外周边缘的中点、与转子铁芯的旋转中心的连线为转子极的中轴线；转子极的外周边缘包括多个依次首尾相连的弧段，其中一个弧段呈圆弧形，为第一弧段；第一弧段相对于中轴线成轴对称形状，且第一弧段对应的圆心角的角度为12°‑16°。转子极的外周边缘设置多个依次首尾相连的弧段，有利于减小具有永磁埋设型转子铁芯的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩。而且，通过优化第一弧段的位置及其对应的圆心角的角度，能够使电机的气隙磁通分布形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

Description

一种永磁埋设型转子铁芯、电机转子和电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁埋设型转子铁芯、电机转子和电机。

背景技术

随着机器人等智能装备的飞速发展，市场对伺服电机的性能要求越来越高，各个伺服电机厂家都在力求研发高效高精度的伺服电机。永磁埋设型伺服电机的转子结构采用硅钢片材料，具有良好的导磁性能，磁铁埋入转子铁芯1’内部，即使转子高速旋转，也不会造成磁铁脱落，因此具有高可靠性等优良性能，在伺服电机行业逐渐有了越来越广泛的应用。

但是，结合图1所示，在现有的永磁埋设型电机转子结构中，转子铁芯1’的转子极2’的外周边缘通常设置为单段圆弧形结构，且其圆弧形结构对应的圆心角的角度设置不合理，使电机的平均气隙较大，导致电机输出扭矩较小，反电动势畸变率和齿槽扭矩较高，输出效率和运行精度较低。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种永磁埋设型转子铁芯、电机转子和电机，目的在于，减小电机平均气隙，提高电机输出扭矩。

本发明所采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁埋设型转子铁芯，包括转子极，所述转子极的外周边缘的中点、与所述转子铁芯的旋转中心的连线为所述转子极的中轴线；

所述转子极的外周边缘包括多个依次首尾相连的弧段，其中一个所述弧段呈圆弧形，为第一弧段；所述第一弧段相对于所述中轴线成轴对称形状，且所述第一弧段对应的圆心角的角度为12°-16°。

优选地，所述第一弧段对应的圆心角的角度为15.5°。

优选地，所述第一弧段对应的圆心角的顶点、与所述转子铁芯的旋转中心相重合。

优选地，所述第一弧段的第一端处连接有一个所述弧段，为第二弧段；

所述第一弧段的第二端处连接有一个所述弧段，为第三弧段。

优选地，所述第二弧段和所述第三弧段相对于所述中轴线对称。

优选地，所述第二弧段和所述第三弧段均呈圆弧形。

优选地，所述第二弧段对应的圆心角的顶点、和所述第三弧段对应的圆心角的顶点均位于所述中轴线上。

优选地，所述第一弧段所在圆的半径为R1，所述第二弧段所在圆的半径为R2，所述第三弧段所在圆的半径为R3；

满足，R1＞R2＝R3。

优选地，沿所述中轴线，所述第一弧段对应的圆心角的顶点与所述第二弧段对应的圆心角的顶点之间的距离为D，满足0.30≤D/R1≤0.40。

优选地，D/R1＝0.35。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机转子，包括所述的永磁埋设型转子铁芯和永磁体；所述转子铁芯的转子极内设置有安装槽，所述永磁体设置于所述安装槽内。

根据本发明的再一方面，提供了一种电机，包括所述的永磁埋设型转子铁芯。

本发明的有益效果在于，通过将转子极的外周边缘设置为多个依次首尾相连的弧段，替代现有的单段圆弧形状，有利于减小具有所述永磁埋设型转子铁芯的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩；而且，通过优化第一弧段的位置及其对应的圆心角的角度，能够使电机的气隙磁通分布形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

附图说明

图1是一种现有永磁埋设型转子铁芯的结构示意图；

图2是本发明所述永磁埋设型转子铁芯的结构示意图；

图3是图2中的永磁埋设型转子铁芯的局部结构示意图；

图4是本发明所述电机的输出扭矩随θ角变化的曲线图；

图5是本发明所述电机的反电动势畸变率随θ角变化的曲线图；

图6是本发明所述电机的输出扭矩随D/R1变化的曲线图；

图7是本发明所述电机的反电动势畸变率随D/R1变化的曲线图；

图8是本发明所述电机的齿槽扭矩与额定扭矩的比值随D/R1变化的曲线图。

图中：

θ为本发明所述转子铁芯的第一弧段对应的圆心角的角度；

D为本发明中，沿中轴线方向、所述第一弧段对应的圆心角的顶点与所述第二弧段对应的圆心角的顶点之间的距离；

R1为本发明所述第一弧段所在圆的半径。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图以及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合图1-图8，对本发明进行说明。

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁埋设型转子铁芯1，包括转子极2，所述转子极2的外周边缘的中点、与所述转子铁芯1的旋转中心的连线为所述转子极2的中轴线；所述转子极2的外周边缘包括多个依次首尾相连的弧段，替代现有的单段圆弧形状，有利于减小具有所述永磁埋设型转子铁芯1的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩；多个所述弧段中，其中一个所述弧段呈圆弧形，为第一弧段21；所述第一弧段21相对于所述中轴线成轴对称形状，即，第一弧段21的设置在转子极2的外周边缘的中间位置处，中轴线穿过第一弧段21的中点，同时，第一弧段21所对应的圆心角的顶点位于所述中轴线上；同时，设置所述第一弧段21对应的圆心角的角度为12°-16°，能够使电机的气隙磁通形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

在图2-图5中，角度θ即为第一弧段21对应的圆心角的角度，由图4可以看出，在θ为12°-16°的范围内，输出扭矩总体维持在较高水平(约19.30-19.40Nm)，且变化趋势为随θ角度的增大而逐渐增大；结合图5，在θ为12°-16°的范围内，反电势畸变率总体处于较低水平(约4％-4.2％)，且变化趋势为随θ角度的增大，先增后减再增。作为一种较佳的实施方式，所述第一弧段21对应的圆心角的角度为15.5°，以提高电机的综合性能，使电机具有较高的输出扭矩和较低的反电势畸变率。

需要注意的是，永磁体埋设于转子极2内、靠近转子极2外周边缘的位置处，相邻两个转子极2之间连接形成的凹陷部位、与永磁体之间形成隔磁桥，由于冲压工艺要求，该隔磁桥的最小宽度需要保证不小于0.6mm。当第一弧段21对应的圆心角的角度θ过小(小于12°)时，上述隔磁桥的宽度条件将难以满足，在此情况下，需要向更靠近转子旋转中心的位置处移动永磁体以满足加工工艺要求，但是，该移动会导致电机反电动势降低，从而降低电机性能，不利于对电机效率及综合性能的提升。若θ角度过大(大于16°)时，结合图4所示，电机反电动势降低，同样电流条件下，电机输出扭矩急剧降低，不利于电机性能的提升。

作为一种较佳的实施方式，所述第一弧段21对应的圆心角的顶点、与所述转子铁芯1的旋转中心相重合，以转子铁芯1的旋转中心为基准对转子极2的外周边缘形状进行设计计算，不仅有利于简化转子铁芯1的设计过程及加工生产过程，提高永磁埋设型转子铁芯1的设计加工效率，而且，有利于促使电机气隙磁通成近似正弦波的形状分布，从而提高电机输出扭矩。

作为一种较佳的实施方式，所述第一弧段21的第一端处连接有一个所述弧段，为第二弧段22；所述第一弧段21的第二端处连接有一个所述弧段，为第三弧段23，需要说明的是，此处所说的第一端和第二端，仅用于指代第一弧段21的一端和另一端，并不特别指代第一弧段21的左端或者右端；优选地，所述第二弧段22和所述第三弧段23相对于所述中轴线对称，进一步优选地，所述第二弧段22和所述第三弧段23均呈圆弧形，对称设置、呈圆弧形的第二弧段22和圆弧形第三弧段23与第一弧段21相连接，不仅使转子极外周边缘的形状更加规则易于加工生产，而且更重要的是，在转子极2外周边缘形成相连接的多个弧段，有利于减小电机的平均气隙，将电机气隙磁通分布调整为近似正弦波的形状，提高电机反电动势，同时使齿槽扭矩也能够保持在较低水平。优选地，所述第二弧段22对应的圆心角的顶点、和所述第三弧段23对应的圆心角的顶点均位于所述中轴线上，相对于中轴线对称的第二弧段22与第三弧段23的圆心角的顶点在中轴线上相互重合，此时第二弧段22所在圆的半径与第三弧段23所在圆的半径相等。

作为一种较佳的实施方式，所述第一弧段21所在圆的半径为R1，所述第二弧段22所在圆的半径为R2，所述第三弧段23所在圆的半径为R3；满足，R1＞R2＝R3，便于减小电机的平均气隙，提高电机输出扭矩。

作为一种较佳的实施方式，沿所述中轴线，所述第一弧段21对应的圆心角的顶点与所述第二弧段22对应的圆心角的顶点之间的距离为D，该距离D即第三弧段23对应的圆心角的顶点与第一弧段21对应的圆心角之间的距离，同时也为第二/第三弧段对应的圆心角相对于转子旋转中心的偏心距离，该距离满足，0.30≤D/R1≤0.40，从而调整电机气隙磁通分布形状，使其形成为近似正弦波的形状，从而提高电机反电动势，降低齿槽扭矩，提高电机输出扭矩。具体地，结合图6中所示的试验结果可知，在D/R1的取值为0.30-0.40之间的范围内时，电机输出扭矩总体处于较高水平，并随D/R1增大而递增；结合图7所示，在D/R1的取值为0.30-0.40之间的范围内时，反电势畸变率总体保持在较低水平(小于4％)，并随D/R1增大而递减；结合图8所示，在D/R1的取值为0.30-0.40之间的范围内时，齿槽扭矩与额定扭矩之间的比值随D/R1增大而先减后增，并保持在小于1％的较低水平。优选地，可以将D/R1取值为0.35，以提高电机的综合运转性能及输出效率。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机转子，包括所述的永磁埋设型转子铁芯1和永磁体；所述转子铁芯1的转子极内设置有安装槽，所述永磁体设置于所述安装槽内。

根据本发明的再一方面，提供了一种电机，包括所述的永磁埋设型转子铁芯1，永磁埋设型转子铁芯1适用于多种伺服电机，包括该转子铁芯1的所述电机具有高效、高精度的特点。

综上，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组合、叠加。

以上所述，仅为本发明的较佳实施方式，并非对本发明做任何形式上的限制。任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，包括转子极(2)，所述转子极(2)的外周边缘的中点、与所述转子铁芯(1)的旋转中心的连线为所述转子极(2)的中轴线；

所述转子极(2)的外周边缘包括多个依次首尾相连的弧段，其中一个所述弧段呈圆弧形，为第一弧段(21)；所述第一弧段(21)相对于所述中轴线成轴对称形状，且所述第一弧段(21)对应的圆心角的角度为12°-16°。

2.根据权利要求1所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，所述第一弧段(21)对应的圆心角的角度为15.5°。

3.根据权利要求1或2所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，所述第一弧段(21)对应的圆心角的顶点、与所述转子铁芯(1)的旋转中心相重合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，

所述第一弧段(21)的第一端处连接有一个所述弧段，为第二弧段(22)；

所述第一弧段(21)的第二端处连接有一个所述弧段，为第三弧段(23)。

5.根据权利要求4所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，所述第二弧段(22)和所述第三弧段(23)相对于所述中轴线对称。

6.根据权利要求4或5所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，所述第二弧段(22)和所述第三弧段(23)均呈圆弧形。

7.根据权利要求6所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，所述第二弧段(22)对应的圆心角的顶点、和所述第三弧段(23)对应的圆心角的顶点均位于所述中轴线上。

8.根据权利要求7所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，

所述第一弧段(21)所在圆的半径为R1，所述第二弧段(22)所在圆的半径为R2，所述第三弧段(23)所在圆的半径为R3；

满足，R1＞R2＝R3。

9.根据权利要求8所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，沿所述中轴线，所述第一弧段(21)对应的圆心角的顶点、与所述第二弧段(22)对应的圆心角的顶点之间的距离为D，满足0.30≤D/R1≤0.40。

10.根据权利要求9所述的永磁埋设型转子铁芯，其特征在于，D/R1＝0.35。

11.一种电机转子，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的永磁埋设型转子铁芯(1)和永磁体；所述转子铁芯(1)的转子极内设置有安装槽，所述永磁体设置于所述安装槽内。

12.一种电机，其特征在于，包括权利要求11所述的电机转子。