CN109217600A - 用于电机的斜极磁瓦和具有其的电机转子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电机的斜极磁瓦和具有其的电机转子及电机，斜极磁瓦包括：本体，本体相对于电机的轴向倾斜延伸，本体的径向截面的对称轴与所述电机的中心轴线相交且垂直，且本体的径向截面在电机的轴向上保持不变，径向截面的径向内侧边形成为以电机的中心为圆心的弧形，径向截面的径向外侧边形成为与电机的中心偏心设置且弯曲弧度大于径向内侧边的弧形。根据本发明实施例的斜极磁瓦能使电机在振动、噪音以及损耗等方面得到明显改善，电机性能提升。

Description

用于电机的斜极磁瓦和具有其的电机转子及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地，涉及一种用于电机的斜极磁瓦和具有该斜极磁瓦的电机转子以及具有该电机转子的电机。

背景技术

无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor，BLDCM)的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。无刷直流电机的实质是直流电源输入，采用电子逆变器将直流电转换为交流电，有转子位置反馈的三相交流永磁同步电机。

随着永磁材料性能的不断提高，永磁电机越来越广泛的应用于高性能速度和位置控制系统。然而在永磁电机中，由于永磁体与有槽电枢铁心的相互作用，不可避免的产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起震动和噪声，影响系统的控制精度。不同磁瓦的设计同时决定了永磁电机气隙磁密的波形，波形不平滑会使电机产生振动噪声，并使电机损耗增加，效率降低。齿槽转矩及气隙磁密波形不良是永磁电机特有的问题之一，是高性能永磁电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

在相关技术中，永磁同步电机降低齿槽转矩和改善气隙磁密的主要方法有以下两种：

1、采用斜极等厚磁瓦降低齿槽转矩。

2、采用直形偏心极弧设计改善气隙磁密波形，使其接近于正弦波。

3、采用斜极偏心不对称磁瓦降低磁槽转矩和改善气隙磁密波形。

其中，采用斜极等厚磁瓦只能降低齿槽转矩，无法改善气隙磁密波形，电机电磁噪音较大、震动大、损耗大。采用直形偏心极弧设计只能改善气隙磁密波形，但仍存在齿槽转矩大、电机噪音大、震动大以及控制精度差等缺陷。采用斜极偏心不对称磁瓦可以降低齿槽转矩并改善气隙磁密波形，但由于这种磁钢径向截面及极心线方向薄厚不均，使得气隙不均匀，有效气隙降低，磁瓦漏磁较大，电机效率低，磁瓦一边过薄在生产加工时容易破损；同时由于偏心量的限制，斜极斜度不能太大，降低齿槽转矩效果一般。

有鉴于此，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，本发明提出一种用于电机的斜极磁瓦，所述斜极磁瓦可以提高电机的性能。

根据本发明实施例的用于电机的斜极磁瓦，包括：本体，所述本体相对于所述电机的轴向倾斜延伸，所述本体的径向截面的对称轴与所述电机的中心轴线相交且垂直，且所述本体的径向截面在所述电机的轴向上保持不变，所述径向截面的径向内侧边形成为以所述电机的中心为圆心的弧形，所述径向截面的径向外侧边形成为与所述电机的中心偏心设置且弯曲弧度大于所述径向内侧边的弧形。

根据本发明实施例的斜极磁瓦可以有效改善气隙磁密波形，降低齿槽转矩，能够使电机在振动、噪音以及损耗等方面得到明显改善，电机性能提升。

另外，根据本发明上述实施例的斜极磁瓦还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述径向外侧边的偏心距大于所述径向截面的最大径向尺寸。

可选地，所述本体相对于所述电机的轴向的倾斜角θ满足：0度＜θ≤35度。

在本发明的一些具体示例中，所述径向截面的周向侧边的两端分别与所述径向内侧边和所述径向外侧边圆滑过渡。

在本发明的另一些具体示例中，所述本体的轴向端面与所述本体的侧周面圆滑过渡。

可选地，沿所述本体的径向由内向外，所述径向截面的两个周向侧边彼此靠近延伸。

进一步地，所述径向截面的两个周向侧边分别形成为直边。

根据本发明实施例的电机转子，包括根据本发明实施例的用于电机的斜极磁瓦。

根据本发明实施例的电机，包括根据本发明实施例的电机转子。

可选地，所述电机为永磁同步电机。

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转子的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的电机转子的端视图；

图3是根据本发明实施例的电机转子的侧视图；

图4是沿图3中线A-A方向的剖视图；

图5是根据本发明实施例的斜极磁瓦的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的斜极磁瓦的另一个角度的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的斜极磁瓦的再一个角度的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的斜极磁瓦的又一个角度的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的斜极磁瓦的侧视图；

图10是沿图9中线Ⅰ-Ⅰ方向的剖视图；

图11是沿图9中线Ⅱ-Ⅱ方向的剖视图；

图12是沿图9中线Ⅲ-Ⅲ方向的剖视图；

图13是沿图9中线Ⅳ-Ⅳ方向的剖视图。

附图标记：

电机转子100；

永磁体10；斜极磁瓦11；本体110；径向截面120；

径向内侧边111；径向外侧边112；周向侧边113；

轴向端面114；径向外表面115；径向内表面116；

转子铁芯部20；轴孔201。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“轴向”、“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。

下面参考附图描述根据本发明实施例的电机转子100和斜极磁瓦11。

参照图1至图4所示，根据本发明一个实施例的电机转子100可包括永磁体10和转子铁芯部20，转子铁芯部20的中部设有轴向贯通的轴孔201，永磁体10设在转子铁芯部20的外周面上，永磁体10包括多个斜极磁瓦11，多个斜极磁瓦11沿转子铁芯部20的周向分布，每个斜极磁瓦11沿转子铁芯部20的轴向倾斜延伸。

每个斜极磁瓦11包括本体110，如图1至图13所示，本体110相对于电机的轴向倾斜延伸，使得斜极磁瓦11形成为整体带有倾斜角度的结构。这里，电机的轴向也就是电机转子100的轴向，同时也是转子铁芯部20的轴向。例如，在图2中，电机转子100的轴向为垂直于纸面的方向，在图7中，电机转子100的轴向为虚线所示的方向。

本体110的径向截面120形成为轴对称结构，具体地，本体110的轴向截面120的对称轴与电机的中心轴线相交并垂直。在本发明的描述中，除非有明确的限定，“轴向”、“径向”、“周向”以电机的轴向、径向和轴向为准，例如，这里，本体110的径向截面120也就是本体110被与电机的轴向垂直的面剖切后形成的剖切面，电机的中心与电机转子100的中心重合，也即图4中CO所示的位置，如图4所示，本体110的径向截面120的对称轴经过电机的中心C0。再例如，在下面的描述中，径向截面120的周向侧边113即为径向截面120在电机的周向上位于本体110的端部的边，如图4和图10所示。

进一步地，在电机的轴向上，本体110的径向截面120保持不变。也就是说，在电机的轴向的任意位置处进行剖切得到的本体110的径向截面120均为轴对称结构并且大小相同。例如，如图9至图13所示，在图9所示的四个位置处进行剖切后得到的四个径向截面120的大小相同且均为轴对称结构。

如图4至图10所示，径向截面120具有径向内侧边111和径向外侧边112。径向内侧边111和径向外侧边112均可延伸成弧形，具体地，径向内侧边111可形成为以电机的中心C0为圆心的弧形，径向截面120的径向外侧边112形成为与电机的中心偏心设置且弯曲弧度大于径向内侧边111的弧形。也就是说，径向外侧边112可形成为与电机的中心偏心设置的弧形，并且，径向外侧边112的弯曲弧度大于径向内侧边111的弯曲弧度。

由此，斜极磁瓦11可以形成为径向外表面115为对称形状的曲面，并且径向内表面116为对称形状的圆弧面的结构，并且径向外表面115可以看成为斜极磁瓦11的外弧中心点连线在径向内表面116上沿柱心方向投影且外弧沿投影所得曲线放样得到。斜极磁瓦11的外弧的偏心距在电机的轴向上的任意位置均相同且不为零。斜极磁瓦11形成为中间厚且两端薄的不等厚结构。

例如，在图4所示的实施例中，径向内侧边111所在的圆的圆心C1即为电机的中心C0，径向外侧边112所在的圆的圆心C2与电机的中心C0之间存在不为零的偏心距D。

根据本发明实施例的斜极磁瓦11可以保证偏心距不为零且为斜极的同时使磁任意径向截面120对称。也就是说，根据本发明实施例的斜极磁瓦11具有偏心极弧、斜极且外表面为曲面的结构，其中，偏心极弧结构能有效改善气隙磁密波形，降低电机噪音、振动、损耗；斜极设计可以有效降低齿槽转矩，降低电机振动、噪音，提高电机控制精度；外表面为对称的曲面设计可以使电机气隙更加均匀，有效气隙增加，漏磁降低，提高电机效率，同时可满足任意大小磁瓦斜度的调整。

具有根据本发明实施例的斜极磁瓦11的电机在电机振动、噪音以及损耗等方面明显优于相关技术中的电机，并且制造较方便。

在本发明的一些实施例中，沿本体110的径向由内向外，这里，本体110的径向也就是电机或电机转子100的径向，本体110的径向截面120的两个周向侧边113彼此靠近延伸。也就是说，本体110的径向截面120的两个周向侧边113的外端朝向彼此接近的方向倾斜。

由此，本体110的径向截面120的两个周向侧边113相对于电机转子100的径向倾斜设置，当多个斜极磁瓦11安装到转子铁芯部20上时，相邻两个斜极磁瓦11之间可以大致形成有顶角朝向转子铁芯部20的中心的三角形的间隙，更便于安装斜极磁瓦11，可以降低斜极磁瓦11的精度要求。

进一步地，本体110的径向截面120还可以具有两个周向侧边113，每个周向侧边113的内端与径向内侧边111相连，每个周向侧边113的外端与径向外侧边112相连。本体110的径向截面120的两个周向侧边113可以分别形成为直边，如图4所示。由此，斜极磁瓦11的两个周向侧面可以大致形成为平面，更利于斜极磁瓦11的制造和安装。当然，在本发明中，本体110的径向截面120的周向侧边113的结构不限于此，例如，在本发明的一些未示出的实施例中，本体110的径向截面120的周向侧边113还可以形成为弧形边。

参照图1至图13所示，本体110的径向截面120的周向侧边113的两端分别可以与径向内侧边111和径向外侧边112圆滑过渡。也就是说，本体110的径向截面120的周向侧边113的内端与径向内侧边111圆滑过渡，本体110的径向截面120的周向侧边113的外端与径向外侧边112圆滑过渡。由此，斜极磁瓦11的外形更为平滑，不仅外形更美观，而且磁性能更好。

同样地，本体110的轴向端面114与本体110的侧周面可圆滑过渡。这里，本体110的侧周面包括本体110的径向内侧面116、径向外侧面115以及在电机的周向上的两个侧面。由此，斜极磁瓦11的轴向端部的边沿较为平滑，不仅外形美观，而且还可以提高电机的磁性能。

根据本发明的一些实施例，径向外侧边112的偏心距D大于径向截面120的最大径向尺寸。这里，径向截面120的径向尺寸也就是径向截面120沿电机的径向延伸的尺寸。如图4所示，径向截面120的最大径向尺寸位于径向截面120的中部。由此，可以更有效地改善电机的气隙磁密波形，使电机保持较佳的性能。

可选地，如图7所示，本体110相对于电机的轴向的倾斜角θ满足：0度＜θ≤35度。也就是说，斜极磁瓦11的倾斜角度在0度到35度之间选取，即斜极磁瓦11的一个轴向端面相对于另一个轴向端面的偏移角度为0度-35度。例如，θ可以为10度、15度、20度、25度、30度等。由此，可以使电机保持较低的齿槽转矩，电机的振动和噪音较小，电机性能优异。

在本发明的一些具体实施方式中，本体110为一体件。由此，斜极磁瓦11可以形成为一个整体，强度较高并且磁性能好。

根据本发明实施例的电机可以包括根据电机定子和本发明实施例的电机转子100，该电机转子100包括根据本发明实施例的斜极磁瓦11，电机定子设在电机转子100的外周，电机定子和电机转子100相互作用，使得电机转子100可以在磁力作用下转动。

由于根据本发明实施例的斜极磁瓦11具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的电机的噪音、振动和损耗较低，性能较好。

根据本发明实施例的电机可以为永磁同步电机，例如，电机可以为隐极式永磁电机。根据本发明实施例的电机的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”或“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。

Claims (10)

1.一种用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，包括：

本体，所述本体相对于所述电机的轴向倾斜延伸，所述本体的径向截面的对称轴与所述电机的中心轴线相交且垂直，且所述本体的径向截面在所述电机的轴向上保持不变，所述径向截面的径向内侧边形成为以所述电机的中心为圆心的弧形，所述径向截面的径向外侧边形成为与所述电机的中心偏心设置且弯曲弧度大于所述径向内侧边的弧形。

2.根据权利要求1所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，所述径向外侧边的偏心距大于所述径向截面的最大径向尺寸。

3.根据权利要求1所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，所述本体相对于所述电机的轴向的倾斜角θ满足：0度＜θ≤35度。

4.根据权利要求1所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，所述径向截面的周向侧边的两端分别与所述径向内侧边和所述径向外侧边圆滑过渡。

5.根据权利要求1所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，所述本体的轴向端面与所述本体的侧周面圆滑过渡。

6.根据权利要求1所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，沿所述本体的径向由内向外，所述径向截面的两个周向侧边彼此靠近延伸。

7.根据权利要求6所述的用于电机的斜极磁瓦，其特征在于，所述径向截面的两个周向侧边分别形成为直边。

8.一种电机转子，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的用于电机的斜极磁瓦。

9.一种电机，其特征在于，包括根据权利要8所述的电机转子。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。