CN109378917A - 永磁电机及电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁电机及电机转子，电机转子包括：转子铁芯；多个永磁体，周向间隔分布于所述转子铁芯上，且相邻两个所述永磁体的同极性相对设置；其中，所述转子铁芯上相邻两个所述永磁体之间设置转子磁极，每个所述转子磁极上开设有隔磁槽，所述隔磁槽包括分别位于所述转子磁极的径向中心线两侧的隔磁段；每段所述隔磁段具有接近所述转子磁极外周面的径向最外端和远离所述转子磁极外周面的径向最内端，且每段所述隔磁段由所述径向最外端以偏离所述转子磁极的径向中心线的方向非直线延伸至所述径向最内端，使转子磁极在周向及径向上的磁导更为均匀，改善气隙磁密的波形，降低电机转矩脉动，减小电机的振动及噪声。

Description

永磁电机及电机转子

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及永磁电机及电机转子。

背景技术

永磁电机包括电机定子和电机转子，电机转子可转动地套设于电机定子内。并且，电机转子包括转子铁芯和永磁体，永磁体设置于转子铁芯上，用于产生磁场。

永磁电机按照永磁体的排布方式可以分为径向永磁电机和切向永磁电机，其中切向永磁电机可以获得较大的气隙磁密，使电机具有较大的转矩。但是，切向永磁电机中，因为永磁体的磁极不直接面对定子，气隙磁场调节难度较大，气隙磁密、反电势的谐波含量较大，使得电机转矩脉动较大，电机振动较大。

发明内容

基于此，有必要针对电机振动较大的问题，提供一种减少电机振动的电机转子。

一种电机转子，包括：

转子铁芯；

多个永磁体，周向间隔分布于所述转子铁芯上，且相邻两个所述永磁体的同极性相对设置；

其中，所述转子铁芯上相邻两个所述永磁体之间设置转子磁极，每个所述转子磁极上开设有隔磁槽，所述隔磁槽包括分别位于所述转子磁极的径向中心线两侧的隔磁段；

每段所述隔磁段具有接近所述转子磁极外周面的径向最外端和远离所述转子磁极外周面的径向最内端，且每段所述隔磁段由所述径向最外端以偏离所述转子磁极的径向中心线的方向非直线延伸至所述径向最内端。

上述电机转子中，在相邻两个永磁体之间的转子磁极上开设隔磁槽，引导转子磁极中的磁通走向。具体地，隔磁槽包括位于转子磁极径向中心线两侧的隔磁段，隔磁段由径向最外端以偏离转子磁极的径向中心线的方向非直线延伸至径向最内端，即每个隔磁段在转子磁极径向中心线的一侧倾斜且非直线延伸，如此每个隔磁段在电机转子的周向有一定的梯度，且在电机转子径向上也有一定的梯度，隔磁槽可以对转子磁极周向及径向上的磁路进行阻障和引导，使转子磁极在周向及径向上的磁导更为均匀，改善转子磁极中磁通的走向，改善气隙磁密的波形，降低反电势谐波占比，降低电机转矩脉动，减小电机的振动及噪声。

在其中一个实施例中，所述径向最外端和所述径向最内端在所述转子磁极的径向和周向均错位设置。

在其中一个实施例中，所述隔磁段在所述径向最外端和所述径向最内端之间弯折延伸。

在其中一个实施例中，所述隔磁段包括相互连接的第一弯折段和第二弯折段，所述第一弯折段和第二弯折段在所述转子磁极的径向和周向均错位设置，且所述第一弯折段的一端为所述径向最外端，所述第二弯折段的一端为所述径向最内端；

其中，所述第一弯折段的径向长度为M，所述第二弯折段的径向长度为N，M/N的比值满足以下关系：0.9≥M/N≥0.2。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧的所述隔磁段相互断开。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧的所述径向最外端之间具有间隔间距，所述间隔间距小于所述电机转子与电机定子之间气隙长度的1.5倍。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线上开设有辅助隔磁槽，所述辅助隔磁槽接近所述转子磁极的外周面，且所述辅助隔磁槽与所述隔磁槽相互断开。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧的所述隔磁段相互连通。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧的所述径向最外端相互连通。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧的所述隔磁段相互对称；或者

所述转子磁极的径向中心线两侧的所述隔磁段，在所述转子磁极(12)的径向上错开。

在其中一个实施例中，所述隔磁槽还包括分支段，所述分支段与所述隔磁段连接，且向靠近所述转子磁极径向中心线的方向延伸。

在其中一个实施例中，所述转子磁极的径向中心线两侧均设置有所述分支段，且所述转子磁极的径向中心线两侧的所述分支段相互连通或相互断开。

本发明还提供一种永磁电机，包括电机定子及上述电机转子，所述电机转子可转动地套设于所述电机定子内。

附图说明

图1为本发明一实施例中电机转子的磁通示意图；

图2为图1所示电机转子的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中电机转子的结构示意图；

图4为本发明又一实施例中电机转子的结构示意图；

图5为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图6为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图7为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图8为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图9为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图10为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图11为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图12为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图13为本发明再一实施例中电机转子的结构示意图；

图14为本发明一实施例中永磁电机的结构示意图；

图15为本发明一实施例中电机转子与现有电机转子反电势谐波的对比图；

图16为图15所示电机转子与现有电机转子转矩脉动的对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例中，提供一种电机转子100，电机转子100包括转子铁芯10和多个永磁体30，多个永磁体30沿周向间隔分布于转子铁芯10上，且相邻两个永磁体30的同极性相对设置。具体地，电机转子100应用于切向永磁电机中，转子铁芯10上的每个永磁体30沿转子铁芯10的径向延伸。

进一步地，转子铁芯10上相邻两个永磁体30之间设置转子磁极12，每个转子磁极12上开设有隔磁槽13，隔磁槽13包括分别位于转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132；每段隔磁段132具有接近转子磁极12外周面的径向最外端131和远离转子磁极12外周面的径向最内端133，且每段隔磁段132由径向最外端131以偏离转子磁极12的径向中心线a的方向非直线延伸至径向最内端133。

上述电机转子100中，在相邻两个永磁体30之间的转子磁极12上开设隔磁槽13，引导转子磁极12中的磁通走向。具体地，隔磁槽13包括位于转子磁极12径向中心线a两侧的隔磁段132，隔磁段132由径向最外端131以偏离转子磁极12的径向中心线a的方向非直线延伸至径向最内端133，即每个隔磁段132在转子磁极12径向中心线a的一侧倾斜且非直线延伸，如此每个隔磁段132在电机转子100的周向有一定的梯度，且在电机转子100径向上也有一定的梯度，隔磁槽13可以对转子磁极12周向及径向上的磁路进行阻障和引导，使转子磁极12在周向及径向上的磁导更为均匀，改善转子磁极12中磁通的走向，改善气隙磁密的波形，降低反电势谐波占比(如图15所示)，降低电机转矩脉动(如图16所示)，减小电机的振动及噪声。

具体地，每个隔磁段132的径向最外端131和径向最内端133，在转子磁极12的径向和周向上均错位设置，以使在径向最外端131和径向最内端133之间延伸的隔磁段132，在转子磁极12的径向及周向上对磁通进行引导，使转子磁极12在径向和周向上的磁导更均匀，更好地改善气隙磁场。

在本具体实施例中，隔磁段132在径向最外端131和径向最内端133之间弯折延伸，隔磁段132包括多个弯折点，形成阶梯状的隔磁段132。

如图2所示，隔磁段132包括相互连接的第一弯折段135和第二弯折段137，第一弯折段135和第二弯折段137在转子磁极12的径向和周向上均错位设置，且第一弯折段135的一端为径向最外端131，第一弯折段135靠近转子磁极12的外周面；第二弯折段137的一端为径向最内端133，第二弯折段137靠近转子磁极12的中心。其中，第一弯折段的径向长度为M，第二弯折段的径向长度为N，M/N的比值满足以下关系：0.9≥M/N≥0.2，以提高隔磁孔引导磁通的效果。进一步地，隔磁段132中弯折处的弯折角C为钝角，弯折角C的范围为：130°≥C≥98°。上述弯折角C若设计过小，隔磁槽13较难向偏离转子磁极12的径向中心线a的方向延伸，同时若弯折角C设的过大，隔磁槽13更容易靠近转子外周面，反而对磁通走向的引导不利，所以当弯折角C的角度在范围130°≥C≥98°内时，气隙磁场改善效果较优，反电势谐波降低效果较优。

可以理解地，在其他一些实施例中，隔磁段132还可以为锯齿形；或者隔磁段132在径向最外端131和径向最内端133之间曲线延伸，可以形成波浪形的隔磁段132，对于隔磁段132的具体形状在此不做限定。

如图2所示，隔磁段132在相邻永磁体30上的投影长度为第一长度E，永磁体30中除去第一长度E的部分为第二长度F。可选地，E/F的比值满足以下关系：0.8≥E/F≥0.3。隔磁段132在转子磁极12的外周面与永磁体30之间倾斜弯折延伸，若隔磁段132太长，会降低电机的磁通，若隔磁段132太短，而起不到很好的隔磁效果，当E/F的比值满足以下关系：0.8≥E/F≥0.3时，即改善气隙磁场，同时又能保证电机的输出转矩。

如图5所示，在另一些实施例中，隔磁槽13还包括分支段134，分支段134与隔磁段132连接，且向靠近转子磁极12径向中心线a的方向延伸。如此，通过分支段134提高转子磁极12径向中心线a附近的磁阻，进一步提高电机运行中磁路的磁导均匀性，降低电机反电势谐波含量，降低电机的振动及噪声。可选地，分支段134与隔磁段132连接处的夹角为锐角J。

如图2-8所示，在一些实施例中，转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132相互断开，转子磁极12径向中心两侧的隔磁段132相互不连通，磁通绕过两侧的隔磁段132后从两侧隔磁段132之间通过，在保证电机振动噪声较小的同时，提高气隙磁通密度，提高电机磁链，保证电机输出能力。具体地，转子磁极12的径向中心线a两侧的径向最外端131之间具有间隔间距A，间隔间距A小于电机转子100与电机定子210之间气隙长度的1.5倍。

如图5-7所示，对于具有分支段134的电机转子，转子磁极12的径向中心线a两侧均设置有分支段134，且转子磁极12的径向中心线a两侧的分支段134相互断开，两侧分支段134之间允许磁通通过，以保证电机输出能力。

如图8所示，在另一些实施例中，15，转子磁极12的径向中心线a上开设有辅助隔磁槽15，辅助隔磁槽15接近转子磁极12的外周面且与隔磁槽13相互断开，以增加转子磁极12径向中心线a处的磁阻，改变磁通走向，降低反电势谐波，减小电机的振动及噪声。

一般地，电机定子210的内圈上沿周向间隔设置有多个齿，相邻两个齿之间形成有齿槽，当电机转子100在电机定子210内转动时，若转子磁极12正对电机定子210的齿时气隙磁密较大，若转子磁极12正对齿槽时气隙磁密较小。

如图9-12所示，转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132相互连通，构成一个经过转子磁极12的径向中线的隔磁槽13。在转子磁极12的径向中心线a处将其两侧的隔磁段132连通，增大了隔磁槽13的面积，进而增大了磁阻。当转子磁极12正对定子的齿时气隙磁密的峰值减低，从而降低气隙磁密中的谐波含量，降低反电势谐波含量，降低电机电磁力，减少电机振动及噪声。同时，在电机运行过程中降低去磁电枢反应的去磁磁场，提高电机退磁能力。而且，连通处的外周侧预留有第一隔磁桥，可以使一部分磁通从第一隔磁桥通过，保证气隙磁通密度，保证电机磁链及输出能力。

如图9所示，第一隔磁桥的长度为H，转子磁极12的弧长为I，可选地，H/I的比值满足以下关系：0.25≥H/I≥0.1，即可以保证电机输出能力，又可以降低气隙磁密的谐波含量，减小电机振动。当H/I＞0.25时，第一隔磁桥过长，对磁通的阻碍过大，电机输出能力会降低；当H/I＜0.1时，又不能很好的改善气隙磁场；当0.25≥H/I≥0.1时，电机谐波含量较小，振动噪声较小，电机磁链较高，电机效率较高，且气隙磁密较大，可以保证电机输出能力。

如图9-11所示，在一些实施例中，转子磁极12的径向中心线a两侧的径向最外端131相互连通。如图9-10所示，转子磁极12的径向中心线a处的连通段较窄，如图11所示，转子磁极12的径向中心线a处的连通段较宽，对于连通段的宽度，在此不做限定。如图12所示，在另一些实施例中，隔磁槽13具有分支段134，转子磁极12的径向中心线a两侧均设置有分支段134，且转子磁极12的径向中心线a两侧的分支段134相互连通。如此，通过多种方式连通转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132，进一步增大转子磁极12径向中心线a附近的磁阻，进一步提高电机运行中磁路的磁导均匀性，降低电机反电势谐波含量，降低电机振动噪声。同时，降低电机去磁磁场，提高电机抗退磁能力。

如图2-5所示，在一些实施例中，转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132关于径向中心线a对称，以在转子磁极12外周与隔磁段132相邻处形成宽度均匀的第二隔磁桥。当隔磁段132外留有第二隔磁桥时，可以使一部分磁通沿第二隔磁桥通过，同时通过的磁通量会受到第二隔磁桥宽度的限制。如图2所示，具体地，第二隔磁桥的宽度为B，电机转子100与电机定子210之间的气隙长度为δ，当B/δ的比值应满足以下关系时：1.5≥B/δ≥1，通过的磁通量较优，传递到气隙中的磁通量较优，在电机转子100圆周方向上的气隙磁场的波形正弦度较优，反电势谐波较低，电机振动噪声降低，谐波损耗降低，电机效率提高。

如图6-7所示，在另一些实施例中，转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132在转子磁极12的径向上错位设置，即转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132关于径向中心线a不对称设置。如此，既可以改善转子磁极12内磁通的走向，而且转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132中的一者更靠近转子铁芯10的中心，增大其外周隔磁桥的宽度，增大电机的磁链，降低电机电流，降低铜耗，提高电机效率。

进一步地，多个转子磁极12上隔磁段132错位的距离和方向可以不同，也可以相同。具体地，如图6所示，电机转子10的一些转子磁极12上左侧的隔磁段132更靠近转子磁极12的外周，另一些转子磁极12上右侧的隔磁段132更靠近转子磁极12的外周。如图7所示，电机转子10的每个转子磁极12上左侧的隔磁段132更靠近转子磁极12的外周，与图6中隔磁段132错位排布方式不同。需要说明的是，上述左侧的隔磁段132和右侧的隔磁段132都是相对其所在转子磁极12的径向中心线a所定义的。

如图6所示，转子磁极12的径向中心线a两侧的隔磁段132之间沿径向的错位距离为K，且两侧隔磁段132中距离转子磁极12外周较近的一者与转子磁极12外周的距离为L。具体地，错位距离K不能太大，若错位距离K太大使得第一隔磁槽13或第二隔磁槽13尾端与永磁体30槽位置过近，会降低转子结构强度。可选地，3≥K/L≥1.5，保证电机可靠性，同时使电机具有更优的性能。

如图13所示，在一些实施例中，转子磁极12接近其外周面及永磁体30处开设有三角形孔17，以改善气隙磁场，进一步降低电机的转矩脉动，降低电机的振动噪声，同时降低永磁体30漏磁，提高电机效率。

如图14所示，本发明一实施例中，还提供一种永磁电机200，包括电机定子210及上述电机转子100，电机转子100可转动地套设于电机定子210内，永磁电机200具有较好的输出能力，同时振动及噪声较小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种电机转子(100)，其特征在于，包括：

转子铁芯(10)；

多个永磁体(30)，沿周向间隔分布于所述转子铁芯(10)上，且相邻两个所述永磁体(30)的同极性相对设置；

其中，所述转子铁芯(10)上相邻两个所述永磁体(30)之间设置转子磁极(12)，每个所述转子磁极(12)上开设有隔磁槽(13)，所述隔磁槽(13)包括分别位于所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的隔磁段(132)；

每段所述隔磁段(132)具有接近所述转子磁极(12)外周面的径向最外端(131)和远离所述转子磁极(12)外周面的径向最内端(133)，且每段所述隔磁段(132)由所述径向最外端(131)以偏离所述转子磁极(12)的径向中心线(a)的方向非直线延伸至所述径向最内端(133)。

2.根据权利要求1所述的电机转子(100)，其特征在于，每个所述隔磁段(132)的所述径向最外端(131)和所述径向最内端(133)，在所述转子磁极(12)的径向和周向上均错位设置。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述隔磁段(132)在所述径向最外端(131)和所述径向最内端(133)之间弯折延伸。

4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述隔磁段(132)包括相互连接的第一弯折段(135)和第二弯折段(137)，所述第一弯折段(135)和第二弯折段(137)在所述转子磁极(12)的径向和周向均错位设置，且所述第一弯折段(135)的一端为所述径向最外端(131)，所述第二弯折段(137)的一端为所述径向最内端(133)；

其中，所述第一弯折段(135)的径向长度为M，所述第二弯折段(137)的径向长度为N，M/N的比值满足以下关系：0.9≥M/N≥0.2。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的电机转子，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述隔磁段(132)相互断开。

6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述径向最外端(131)之间具有间隔间距(A)，所述间隔间距(A)小于所述电机转子(100)与电机定子(210)之间气隙长度的1.5倍。

7.根据权利要求5所述的电机转子(100)，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)上开设有辅助隔磁槽(15)，所述辅助隔磁槽(15)接近所述转子磁极(12)的外周面且与所述隔磁槽(13)相互断开。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的电机转子，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述隔磁段(132)相互连通。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述径向最外端(131)相互连通。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的电机转子(100)，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述隔磁段(132)关于所述径向中心线(a)对称；或者

所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述隔磁段(132)，在所述转子磁极(12)的径向上错开。

11.根据权利要求1-4任意一项所述的电机转子(100)，其特征在于，所述隔磁槽(13)还包括分支段(134)，所述分支段(134)与所述隔磁段(132)连接，且向靠近所述转子磁极(12)径向中心线(a)的方向延伸。

12.根据权利要求11所述的电机转子(100)，其特征在于，所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧均设置有所述分支段(134)，且所述转子磁极(12)的径向中心线(a)两侧的所述分支段(134)相互连通或相互断开。

13.一种永磁电机(200)，其特征在于，包括电机定子(210)及上述权利要求1-12任意一项所述的电机转子(100)，所述电机转子(100)可转动地套设于所述电机定子(210)内。