CN109038884B - 电机转子、电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机转子、电机。该电机转子，包括由多个冲片叠压而成的转子铁芯，冲片包括基板以及沿基板径向延伸的多个齿，齿具有处于基板径向的第一对称轴、齿冠面以及连接于基板的外周壁面与齿冠面之间的第一边壁面、第二边壁面，齿冠面与第一边壁面、第二边壁面分别相交于第一弧面、第二弧面，第一边壁面、第二边壁面分别与外周壁面相交于第三弧面、第四弧面，在邻近第一弧面的区域的齿上及邻近第二弧面的区域的齿上分别具有第一孔，第一孔关于第一对称轴对称设置。根据本发明的一种电机转子、电机，能够对磁路进行整理，大幅度削弱转子齿槽转矩，降低齿谐波含量及由齿槽转矩引起的电磁噪声，结构简单，适合于大批量生产。
Description
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机转子、电机。
背景技术
磁通反向式电机是一种新型无刷双凸极永磁电机。磁通反向式电机定子与开关磁阻电机定子相似，每个定子凸极上绕有各相定子集中绕组，不同的是磁通反向式电机在每个定子凸极极靴的表面粘贴固定有两块充磁方向相反的铷铁硼稀土永磁体，两块铷铁硼永磁体的交接处就是定子凸极的轴线位置；磁通反向式电机的转子与开关磁阻电机的转子结构基本相同。随着磁通反向式电机转子的旋转，每相定子集中绕组所交链的永磁磁链会改变磁性并且幅值接近线性变化，定子绕组内感应电动势为接近平顶的梯形波，磁通反向式电机可以实现四象限运行，具有开关磁阻电机和永磁无刷直流电机的双重优点。虽然磁通反向式电机存在诸多优点，但存在齿槽转矩较大、电磁噪声高等不足，基于此问题，特提出本发明。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机转子、电机，能够对磁路进行整理，大幅度削弱转子齿槽转矩，降低齿谐波含量及由齿槽转矩引起的电磁噪声，结构简单，适合于大批量生产。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括由多个冲片叠压而成的转子铁芯，所述冲片包括基板以及沿所述基板径向延伸的多个齿，所述齿具有处于所述基板径向的第一对称轴，所述齿关于所述第一对称轴对称，所述齿具有齿冠面以及连接于所述基板的外周壁面与所述齿冠面之间的第一边壁面、第二边壁面，所述齿冠面与所述第一边壁面相交于第一弧面，所述齿冠面与所述第二边壁面相交于第二弧面，所述第一边壁面与所述外周壁面相交于第三弧面，所述第二边壁面与所述外周壁面相交于第四弧面，在邻近所述第一弧面的区域的所述齿上及邻近所述第二弧面的区域的所述齿上分别具有第一孔，所述第一孔关于所述第一对称轴对称设置；和/或，在邻近所述第三弧面的区域的所述齿上及邻近所述第四弧面的区域的所述齿上分别具有第二孔，所述第二孔关于所述第一对称轴对称设置。
优选地，所述第一孔具有沿其周向连续相接的第一孔壁面、第二孔壁面、第三孔壁面，所述第一孔壁面与所述第一边壁面平行，所述第二孔壁面与所述齿冠面平行，所述第三孔壁面为弧面。
优选地，所述第三孔壁面背离所述第一孔壁面和/或第二孔壁面的一侧拱起。
优选地，所述第二孔壁面与所述齿冠面之间形成第一磁桥，所述第一磁桥具有在所述冲片径向上的第一宽度bw，所述第一磁桥具有在所述冲片周向上的第一长度lw1，bw＝(0.2～0.5)lw1。
优选地，所述齿冠面具有齿弧长度L，lw1≤0.2L。
优选地，所述第一孔壁面与所述第一边壁面或第二边壁面之间形成第二磁桥，所述第二磁桥具有在所述冲片径向上的第二长度lw2，所述第二磁桥具有在所述冲片周向上的第一宽度bw，bw＝(0.2～0.5)lw2。
优选地，所述lw1≤lw2≤0.2L。
优选地，所述第二孔具有沿其周向连续相接的第四孔壁面、第五孔壁面、第六孔壁面、第七孔壁面，所述外周壁面、第三弧面、第一边壁面连续成第一连续壁面，所述第五孔壁面与所述第一连续壁面平行，所述第四孔壁面与所述第六孔壁面形成夹角beta，所述第七孔壁面为弧面。
优选地，所述第七孔壁面背离所述第五孔壁面一侧拱起。
优选地，相邻的两个齿的所述第一对称轴形成夹角de，beta＝(3～5)de。
优选地，4π/(5Nr)≥de≥2π/(3Nr)，其中Nr为所述电机转子的极数。
优选地，所述第四孔壁面的延伸面与所述第六孔壁面的延伸面相交后在所述冲片上投影为O点，所述O点偏离于所述第一对称轴。
优选地，所述O点处于所述第一对称轴与所述第二孔之间的区域上。
优选地，所述第二孔具有经由所述O点的第二对称轴，所述第二孔关于所述第二对称轴对称，所述第二对称轴与所述第一对称轴形成夹角alf，3π/5≥alf≥π/6。
优选地，所述第五孔壁面与所述第一连续壁面之间形成第三磁桥，所述第三磁桥具有第二宽度qw，qw≤bw。
本发明还提供一种电机，包括电机定子、电机转子，所述电机定子周向环绕于所述电机转子外，所述电机转子为上述的电机转子。
本发明提供的一种电机转子、电机，通过在所述冲片的齿上对称设置相应的第一孔和/或第二孔，也即在所述齿的齿前端和或齿尾端开孔，改变磁力线走向，减少漏磁，引导主磁通通过两个所述第一孔之间和或两个所述第二孔之间的导磁通道，缓解转子在尖角处磁通的突变，改善气隙磁导，保持极弧系数不变的条件下，弱化转子齿前端和齿尾端对齿槽的齿槽效应，降低齿槽转矩，降低齿槽转矩引起的电磁噪声，结构简单，适合于大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例的电机转子的冲片局部放大结构示意图；
图2为本发明另一实施例的电机局部放大结构示意图；
图3为采用了本发明的电机转子与常规转子的电机的齿槽转矩对比图；
图4为采用了本发明的电机转子与常规转子的电机的齿槽转矩的FFT分解图。
附图标记表示为：
1、冲片；11、基板；111、外周壁面；12、齿；120、第一对称轴；121、齿冠面；122、第一边壁面；123、第二边壁面；124、第一弧面；125、第二弧面；126、第三弧面；127、第四弧面；2、第一孔；21、第一孔壁面；22、第二孔壁面；23、第三孔壁面；24、第一磁桥；25、第二磁桥；3、第二孔；30、第二对称轴；31、第四孔壁面；32、第五孔壁面；33、第六孔壁面；34、第七孔壁面；35、第三磁桥；4、第一连续壁面；100、电机定子。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供一种电机转子，尤其适用于磁通反向电机中，包括由多个冲片1叠压而成的转子铁芯，所述冲片1包括基板11以及沿所述基板11径向延伸的多个齿12，所述齿12具有处于所述基板11径向的第一对称轴120，所述齿12关于所述第一对称轴120对称，所述齿12具有齿冠面121以及连接于所述基板11的外周壁面111与所述齿冠面121之间的第一边壁面122、第二边壁面123，所述齿冠面121与所述第一边壁面122相交于第一弧面124，所述齿冠面121与所述第二边壁面123相交于第二弧面125，所述第一边壁面122与所述外周壁面111相交于第三弧面126，所述第二边壁面123与所述外周壁面111相交于第四弧面127，在邻近所述第一弧面124的区域的所述齿12上及邻近所述第二弧面125的区域的所述齿12上分别具有第一孔2，所述第一孔2关于所述第一对称轴120对称设置；和/或，在邻近所述第三弧面126的区域的所述齿12上及邻近所述第四弧面127的区域的所述齿12上分别具有第二孔3，所述第二孔3关于所述第一对称轴120对称设置。该技术方案中，通过在所述冲片1的齿12上对称设置相应的第一孔2和/或第二孔3，也即在所述齿12的齿前端和或齿尾端开孔，改变磁力线走向，减少漏磁，引导主磁通通过两个所述第一孔2之间和或两个所述第二孔3之间的导磁通道，缓解转子在尖角处磁通的突变，改善气隙磁导，保持极弧系数不变的条件下，弱化转子齿前端和齿尾端对齿槽的齿槽效应，降低齿槽转矩，降低齿槽转矩引起的电磁噪声，结构简单，适合于大批量生产。尤其是当所述第一孔2与所述第二孔3同时设置于所述齿12上时，能够抵消相同频率和次数的齿谐波，进一步降低电机的齿槽转矩，有利于平稳输出力矩。
作为所述第一孔2的一种优选的结构型式，所述第一孔2具有沿其周向连续相接的第一孔壁面21、第二孔壁面22、第三孔壁面23，所述第一孔壁面21与所述第一边壁面122平行，所述第二孔壁面22与所述齿冠面121平行，所述第三孔壁面23为弧面，更进一步的，所述第三孔壁面23背离所述第一孔壁面21和/或第二孔壁面22的一侧拱起，此时对称的两个所述第三孔壁面23形成朝向于所述冲片1轴心方向宽度渐增的导磁通道，从而更有利于改善定子齿和转子齿间的气隙磁导，降低电机齿槽转矩，降低齿谐波含量及由齿槽转矩引起的电磁噪声。
为了进一步抑制通过所述转子的齿12尖端处的漏磁，优选地，所述第二孔壁面22与所述齿冠面121之间形成第一磁桥24，所述第一磁桥24具有在所述冲片1径向上的第一宽度bw，所述第一磁桥24具有在所述冲片1周向上的第一长度lw1，bw＝(0.2～0.5)lw1；更进一步的，所述第一孔壁面21与所述第一边壁面122或第二边壁面123之间形成第二磁桥25，所述第二磁桥25具有在所述冲片1径向上的第二长度lw2，所述第二磁桥25具有在所述冲片1周向上的第一宽度bw，bw＝(0.2～0.5)lw2。
为了提高输出转矩，应使所述第一边壁面122或第二边壁面123处的磁阻大于所述齿冠面121处的磁阻，也即保证经由所述齿冠面121进入转子的磁通大于经由所述第一边壁面122和或第二边壁面123处进入转子的磁通，进而提高磁阻转矩，优选地，所述齿冠面121具有齿弧长度L，lw1≤0.2L；进一步的，所述lw1≤lw2≤0.2L。
作为所述第二孔3的一种具体实施方式，优选地，所述第二孔3具有沿其周向连续相接的第四孔壁面31、第五孔壁面32、第六孔壁面33、第七孔壁面34，所述外周壁面111、第三弧面126、第一边壁面122连续成第一连续壁面4，所述第五孔壁面32与所述第一连续壁面4平行，所述第四孔壁面31与所述第六孔壁面33形成夹角beta，所述第七孔壁面34为弧面，更进一步的，所述第七孔壁面34背离所述第五孔壁面32一侧拱起。此时，所述齿12齿尾部的磁通被两个对称的所述第二孔3的所述第七孔壁面34所引导，其导磁通道与前述的第一孔2近似，进一步降低齿谐波含量及由齿槽转矩引起的电磁噪声，能够有效抑制所述齿12在尾部(齿根)处的漏磁。
优选地，相邻的两个齿12的所述第一对称轴120形成夹角de，beta＝(3～5)de，更进一步的，4π/(5Nr)≥de≥2π/(3Nr)，其中Nr为所述电机转子的极数。该技术方案对所述转子相邻的两个齿12的第一对称轴120的夹角进行限定，既避免了夹角值过大产生较大漏磁、减少出力的情况发生，也避免了夹角值过小引起齿槽转矩增加，加大气隙磁场中的低阶电磁力，有利于电机取得较为理想的正弦波反电动势。
优选地，所述第四孔壁面31的延伸面与所述第六孔壁面33的延伸面相交后在所述冲片1上投影为O点，所述O点偏离于所述第一对称轴120，更进一步地，所述O点处于所述第一对称轴120与所述第二孔3之间的区域上，再进一步的，所述第二孔3具有经由所述O点的第二对称轴30，所述第二孔3关于所述第二对称轴30对称，所述第二对称轴30与所述第一对称轴120形成夹角alf，3π/5≥alf≥π/6。通过所述第七孔壁面34引导流经所述齿12的尾部(齿根)的磁通，使磁通能够更加平缓地流通，进一步改善齿根部的磁场。
优选地，所述第五孔壁面32与所述第一连续壁面4之间形成第三磁桥35，所述第三磁桥35具有第二宽度qw，qw≤bw。由于所述第三磁桥35的宽度小于所述第一磁桥24的宽度，从而使所述齿12在尾部(齿根)处的磁路更易饱和，保证齿12顶部流经的磁通大部分能够流经两个对称的所述第七孔壁面34所形成的宽度渐增的导磁通道。
为了进一步说明本发明中技术方案所具有的明显效果，以下结合具体试验数据进行阐述。
图3为采用了本发明的电机转子与常规转子的电机的齿槽转矩对比图，图中横坐标表示转角或转子的旋转时刻，纵坐标表示齿槽转矩的具体数值大小。虚线为常规转子结构的反磁通电机齿槽转矩，实线为本发明转子结构的反磁通电机的齿槽转矩，可以明显看出，常规转子结构的反磁通电机齿槽转矩峰峰值为1372.6mN﹒m，采用本发明的电机转子的反磁通电机的齿槽转矩峰值仅为545.1mN﹒m，对齿槽转矩有高达60.3％的削弱，可见，采用本发明的电机转子能够有效降低电机的齿槽转矩。
图4为采用了本发明的电机转子与常规转子的电机的齿槽转矩的FFT分解图，图中横坐标表示倍频数，即齿槽转矩引起噪声的频率与运行频率之比，纵坐标表示幅值，即反映出对噪声的影响程度。较常规转子结构，采用本发明的电机转子的电机在8～40倍频宽范围内几乎均具有较小幅值，特别对于16倍频噪声具有明显的改善效果，削弱约68％，可见，采用本发明的电机转子能够大幅度降低齿槽转矩引起的16倍频电磁噪声。
根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括电机定子100、电机转子，所述电机定子100周向环绕于所述电机转子外，所述电机转子为上述的电机转子，能够对磁路进行整理，大幅度削弱转子齿槽转矩，降低齿谐波含量及由齿槽转矩引起的电磁噪声。
本领域的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。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种电机转子，包括由多个冲片(1)叠压而成的转子铁芯，其特征在于，所述冲片(1)包括基板(11)以及沿所述基板(11)径向延伸的多个齿(12)，所述齿(12)具有处于所述基板(11)径向的第一对称轴(120)，所述齿(12)关于所述第一对称轴(120)对称，所述齿(12)具有齿冠面(121)以及连接于所述基板(11)的外周壁面(111)与所述齿冠面(121)之间的第一边壁面(122)、第二边壁面(123)，所述齿冠面(121)与所述第一边壁面(122)相交于第一弧面(124)，所述齿冠面(121)与所述第二边壁面(123)相交于第二弧面(125)，所述第一边壁面(122)与所述外周壁面(111)相交于第三弧面(126)，所述第二边壁面(123)与所述外周壁面(111)相交于第四弧面(127)，在邻近所述第一弧面(124)的区域的所述齿(12)上及邻近所述第二弧面(125)的区域的所述齿(12)上分别具有第一孔(2)，所述第一孔(2)关于所述第一对称轴(120)对称设置；和/或，在邻近所述第三弧面(126)的区域的所述齿(12)上及邻近所述第四弧面(127)的区域的所述齿(12)上分别具有第二孔(3)，所述第二孔(3)关于所述第一对称轴(120)对称设置，所述第一孔(2)具有沿其周向连续相接的第一孔壁面(21)、第二孔壁面(22)、第三孔壁面(23)，所述第一孔壁面(21)与所述第一边壁面(122)平行，所述第二孔壁面(22)与所述齿冠面(121)平行，所述第三孔壁面(23)为弧面。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第三孔壁面(23)背离所述第一孔壁面(21)和/或第二孔壁面(22)的一侧拱起。
3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第二孔壁面(22)与所述齿冠面(121)之间形成第一磁桥(24)，所述第一磁桥(24)具有在所述冲片(1)径向上的第一宽度bw，所述第一磁桥(24)具有在所述冲片(1)周向上的第一长度lw1，bw＝(0.2～0.5)lw1。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述齿冠面(121)具有齿弧长度L，lw1≤0.2L。
5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第一孔壁面(21)与所述第一边壁面(122)或第二边壁面(123)之间形成第二磁桥(25)，所述第二磁桥(25)具有在所述冲片(1)径向上的第二长度lw2，所述第二磁桥(25)具有在所述冲片(1)周向上的第一宽度bw，bw＝(0.2～0.5)lw2。
6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述lw1≤lw2≤0.2L。
7.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第二孔(3)具有沿其周向连续相接的第四孔壁面(31)、第五孔壁面(32)、第六孔壁面(33)、第七孔壁面(34)，所述外周壁面(111)、第三弧面(126)、第一边壁面(122)连续成第一连续壁面(4)，所述第五孔壁面(32)与所述第一连续壁面(4)平行，所述第四孔壁面(31)与所述第六孔壁面(33)形成夹角beta，所述第七孔壁面(34)为弧面。
8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第七孔壁面(34)背离所述第五孔壁面(32)一侧拱起。
9.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，相邻的两个齿(12)的所述第一对称轴(120)形成夹角de，beta＝(3～5)de。
10.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，4π/(5Nr)≥de≥2π/(3Nr)，其中Nr为所述电机转子的极数。
11.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第四孔壁面(31)的延伸面与所述第六孔壁面(33)的延伸面相交后在所述冲片(1)上投影为O点，所述O点偏离于所述第一对称轴(120)。
12.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于，所述O点处于所述第一对称轴(120)与所述第二孔(3)之间的区域上。
13.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于，所述第二孔(3)具有经由所述O点的第二对称轴(30)，所述第二孔(3)关于所述第二对称轴(30)对称，所述第二对称轴(30)与所述第一对称轴(120)形成夹角alf，3π/5≥alf≥π/6。
14.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第五孔壁面(32)与所述第一连续壁面(4)之间形成第三磁桥(35)，所述第三磁桥(35)具有第二宽度qw，qw≤bw。
15.一种电机，包括电机定子(100)、电机转子，所述电机定子(100)周向环绕于所述电机转子外，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至14中任一项所述的电机转子。
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