CN110571955B - 电机转子和同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转子和同步磁阻电机。该电机转子包括转子铁芯(1)，在垂直于转子铁芯(1)的中心轴线的截面上，转子铁芯(1)的外周侧具有内偏圆弧(2)，内偏圆弧(2)位于D轴上，内偏圆弧(2)位于转子铁芯(1)的最大外圆(3)与内偏圆弧(2)的弦之间。根据本申请的电机转子，能够有效提高同步磁阻电机在运行过程中的凸极比，增大电磁转矩，同时降低转矩脉动及铁损。

Description

电机转子和同步磁阻电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子和同步磁阻电机。

背景技术

同步磁阻电机转子内无永磁体，无鼠笼或者线圈，利用磁通总是沿磁阻最小路径闭合的磁阻最小原理，通过在转子内交替布置多层导磁通道及空气磁障，形成d轴与q轴的电感差值，从而产生转矩进行工作，d轴与q轴的电感差值越大，获得的转矩密度就越大。

现有技术中提供了一种同步磁阻电机，该电机转子的外侧周向设置多个切平面，其问题在于，切平面距离外圆的距离即切平面与转子外圆的截面的宽度会加大该位置处的气隙，较大的气隙会削弱气隙磁密的幅值，导致电机的输出转矩大幅下降，同时会增加转矩脉动，引起电机运行性能的下降。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子和同步磁阻电机，能够有效提高同步磁阻电机在运行过程中的凸极比，增大电磁转矩，同时降低转矩脉动及铁损。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面上，转子铁芯的外周侧具有内偏圆弧，内偏圆弧位于D轴上，内偏圆弧位于转子铁芯的最大外圆与内偏圆弧的弦之间。

优选地，内偏圆弧的端点位于D轴与Q轴的角平分线与转子铁芯的最大外圆的交点处。

优选地，内偏圆弧的圆心位于该内偏圆弧所在D轴的反向延长线上，该内偏圆弧的圆心与转子铁芯的圆心之间的距离为L1，该内偏圆弧所对的弦的弦长为L2，其中L1与L2的比值λ的范围为0＜λ≤1.43。

优选地，转子铁芯的外圆周还包括第一凹槽，第一凹槽位于Q轴上。

优选地，第一凹槽包括底边和两个侧边，两个侧边之间形成夹角θ，两个侧边与转子铁芯的最大外圆之间形成两个交点，两个交点与电机转子的中心轴线之间的连线所形成的夹角为θ1，其中θ与θ1的比值ξ满足2.67≤ξ≤3.39。

优选地，第一凹槽的底边与Q轴的交点和转子铁芯的最大外圆与Q轴的交点之间的距离为H1，转子铁芯的轴孔直径为φd，其中H1与φd的比值χ满足0.3≤χ≤0.36。

优选地，转子铁芯的内周壁设置有第二凹槽，第二凹槽位于D轴上。

优选地，第二凹槽包括位于底部的半圆弧和位于半圆弧两端并与半圆弧相切的倒角圆弧，倒角圆弧与转子铁芯的内周壁相切。

优选地，倒角圆弧半径的取值为2～4mm。

优选地，半圆弧的定位圆直径为φ1，转子铁芯的轴孔直径为φd，其中φ1与φd的比值γ满足0.40≤γ≤0.54；和/或，半圆弧的定型圆直径为φ2，转子铁芯的轴孔直径为φd，其中φ2与φd的比值ψ满足0.05≤ψ≤0.15。

优选地，第二凹槽为U形槽、矩形槽或者T形槽；和/或，第二凹槽的个数为P个，其中P为磁极数。

优选地，转子铁芯的外周侧包括内偏圆弧段、最大外圆段和第一凹槽段，内偏圆弧段、最大外圆段和第一凹槽段依次连接形成一个单元组，转子铁芯包括沿周向设置的P个单元组，P为磁极数。

根据本申请的另一方面，提供了一种同步磁阻电机，包括上述的电机转子。

本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面上，转子铁芯的外周侧具有内偏圆弧，内偏圆弧位于D轴上，内偏圆弧位于转子铁芯的最大外圆与内偏圆弧的弦之间。本申请的电机转子在位于D轴的外圆周上采用内偏圆弧结构，能够增大定转子气隙，优化D轴方向气隙磁密，有效提高同步磁阻电机在运行过程中的凸极比，增大电磁转矩，同时可以避免气隙过大而削弱气隙磁密的幅值，导致电机的输出转矩大幅下降，同时会增加转矩脉动的问题，降低转矩脉动及铁损，提高电机工作性能。

附图说明

图1为本申请实施例的电机转子的外圆周结构示意图；

图2为本申请实施例的电机转子的L处的放大结构示意图；

图3为本申请实施例的电机转子的内圆周结构示意图；

图4为本申请实施例的电机转子的A处的放大结构示意图；

图5为本申请实施例的电机转子的尺寸结构示意图；

图6为本申请实施例的电机的磁通结构示意图；

图7为本申请实施例的电机与现有技术电机的铁损对比图；

图8为本申请实施例的电机与现有技术电机的转矩对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、内偏圆弧；3、最大外圆；4、第一凹槽；5、底边；6、侧边；7、第二凹槽；8、半圆弧；9、倒角圆弧；10、轴孔。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯1，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面上，转子铁芯1的外周侧具有内偏圆弧2，内偏圆弧2位于D轴上，内偏圆弧2位于转子铁芯1的最大外圆3与内偏圆弧2的弦之间。

本申请的电机转子在转子铁芯1的位于D轴的外圆周上采用内偏圆弧结构，能够增大定转子气隙，优化D轴方向气隙磁密，有效提高同步磁阻电机在运行过程中的凸极比，增大电磁转矩，同时可以避免气隙过大而削弱气隙磁密的幅值，导致电机的输出转矩大幅下降，同时会增加转矩脉动的问题，降低转矩脉动及铁损，提高电机工作性能。

由于本申请的电机转子中，内偏圆弧2位于其所对应的弦和最大外圆3之间，因此相对于直接在转子铁芯的外圆周形成切平面的电机转子结构而言，与定子之间所形成的气隙更小，能够保证气隙磁密的幅值，同时保证电机的输出转矩，改善电机的工作性能。

图7为现有技术方案和本申请技术方案的电机的铁损对比图，从图中可以明显看出，采用本申请的方案，在电机稳定运行时，铁损降低幅度将近50％，因此本申请的电机相对于现有技术的电机大幅度降低了铁损，提高了电机工作效率。

优选地，内偏圆弧2的端点位于D轴与Q轴的角平分线与转子铁芯1的最大外圆3的交点处，能够保证内偏圆弧2在转子铁芯1的外圆周所占比例较为合适，优化D轴方向气隙，提高电机凸极比，调整气隙磁密。

内偏圆弧2的圆心位于该内偏圆弧2所在D轴的反向延长线上，该内偏圆弧2的圆心与转子铁芯1的圆心之间的距离为L1，该内偏圆弧2所对的弦的弦长为L2，其中L1与L2的比值λ的范围为0＜λ≤1.43。

内偏圆弧2的起点位于D轴与其第一侧的Q轴的角平分线与转子铁芯1的最大外圆3的交点处，内偏圆弧2的终点位于D轴与其第二侧的Q轴的角平分线与转子铁芯1的最大外圆3的交点处，内偏圆弧2自身关于D轴对称。

内偏圆弧2的圆心与转子铁芯1的圆心之间的距离L1与该内偏圆弧2所对的弦的弦长L2之间的比值λ在0～1.43范围内变化，且λ不能等于0，当λ＝0时此时内偏圆弧2与最大外圆3重合，当λ＞1.43时，D轴方向气隙过大，磁密降低，电机输出转矩下降，影响电机整体性能。

转子铁芯1的外圆周还包括第一凹槽4，第一凹槽4位于Q轴上。本申请采用第一凹槽4来代替Q轴方向上的最大外圆3，形成转子铁芯1的实际外圆轮廓，通过优化D轴方向与Q轴方向的电机转子外圆轮廓，能够调整D轴和Q轴方向的气隙，提高D轴和Q轴的电感差值，进而提高凸极比，使同步磁阻电机输出磁阻转矩提高。如图8所示为原有技术方案和本申请技术方案的电机的转矩对比图，可以看出，本申请技术方案的电机输出转矩相对于现有技术电机提高的同时，转矩脉动也有所下降。

在本实施例中，第一凹槽4包括底边5和两个侧边6，两个侧边6之间形成夹角θ，为第一凹槽4的开口角度，两个侧边6与转子铁芯1的最大外圆3之间形成两个交点，两个交点与电机转子的中心轴线之间的连线所形成的夹角为θ1，其中θ与θ1的比值ξ满足2.67≤ξ≤3.39。

当ξ＜2.67时槽口太小，不利于加工，易产生尖角导致应力集中，降低转子结构强度，当ξ＞3.39时，Q轴切边过大，气隙磁密降低，影响电机整体性能。

优选地，第一凹槽4的底边5与Q轴的交点和转子铁芯1的最大外圆3与Q轴的交点之间的距离为H1，转子铁芯1的轴孔10直径为φd，其中H1与φd的比值χ满足0.3≤χ≤0.36。

当χ＜0.3时，平底槽内凹过深，影响电机转子在Q轴方向上空气磁障的设置，当χ＞0.36时，底部过长容易产生尖角，另一方面对于D轴和Q轴电感差值的增加不利，电机输出转矩提高不明显。

转子铁芯1的内周壁设置有第二凹槽7，第二凹槽7位于D轴上。优选地，第二凹槽7设置在D轴方向上没有磁力线经过的位置。如图6所示，为本申请技术方案电机的磁力线走势图，通过增加第二凹槽7，能够抑制电机转子大转矩时的变形，并可以对转子铁芯1在工作过程中进行散热，同时达到对电机转子减重的目的。

第二凹槽7为U形槽、矩形槽或者T形槽。

当第二凹槽7为U形槽时，倒角圆弧9半径的取值为2～4mm，当取值小于2mm时，尺寸过小容易造成应力集中，当取值大于4mm时导致圆弧8弧长减小容易产生尖端造成应力集中，优选的半径取值尺寸在达到上述技术效果的同时又便于加工。

当第二凹槽7为U形槽时，第二凹槽7包括位于底部的半圆弧8和位于半圆弧8两端并与半圆弧8相切的倒角圆弧9，倒角圆弧9与转子铁芯1的内周壁相切。

优选地，半圆弧8的圆心所在圆直径为φ1，转子铁芯1的轴孔10直径为φd，其中φ1与φd的比值γ满足0.40≤γ≤0.54。

半圆弧8的直径为φ2，转子铁芯1的轴孔10直径为φd，其中φ2与φd的比值ψ满足0.05≤ψ≤0.15。当ψ＜0.05时，孔径过小，对散热和减重贡献值不明显，当ψ＞0.15时，降低转子冲片的结构强度。

优选地，第二凹槽7的个数为P个，其中P为磁极数。

转子铁芯1的外周侧包括内偏圆弧2段、最大外圆3段和第一凹槽4段，内偏圆弧2段、最大外圆3段和第一凹槽4段依次连接形成一个单元组，转子铁芯1包括沿周向设置的P个单元组，P为磁极数，优化每一极下D、Q轴方向气隙磁密，提高电机凸极比，进而提高电机输出转矩，降低转矩脉动。

根据本申请的实施例，同步磁阻电机包括上述的电机转子。

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。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种同步磁阻电机的电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面上，所述转子铁芯(1)的外周侧具有内偏圆弧(2)，所述内偏圆弧(2)位于D轴上，所述内偏圆弧(2)位于所述转子铁芯(1)的最大外圆(3)与所述内偏圆弧(2)的弦之间。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述内偏圆弧(2)的端点位于D轴与Q轴的角平分线与所述转子铁芯(1)的最大外圆(3)的交点处。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述内偏圆弧(2)的圆心位于该内偏圆弧(2)所在D轴的反向延长线上，该内偏圆弧(2)的圆心与转子铁芯(1)的圆心之间的距离为L1，该内偏圆弧(2)所对的弦的弦长为L2，其中L1与L2的比值λ的范围为0＜λ≤1.43。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的外圆周还包括第一凹槽(4)，所述第一凹槽(4)位于Q轴上。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一凹槽(4)包括底边(5)和两个侧边(6)，两个侧边(6)之间形成夹角θ，两个侧边(6)与所述转子铁芯(1)的最大外圆(3)之间形成两个交点，两个交点与所述电机转子的中心轴线之间的连线所形成的夹角为θ1，其中θ与θ1的比值ξ满足2.67≤ξ≤3.39。

6.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一凹槽(4)的底边(5)与Q轴的交点和所述转子铁芯(1)的最大外圆(3)与Q轴的交点之间的距离为H1，所述转子铁芯(1)的轴孔(10)直径为φd，其中H1与φd的比值χ满足0.3≤χ≤0.36。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的内周壁设置有第二凹槽(7)，所述第二凹槽(7)位于D轴上。

8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第二凹槽(7)包括位于底部的半圆弧(8)和位于所述半圆弧(8)两端并与所述半圆弧(8)相切的倒角圆弧(9)，所述倒角圆弧(9)与所述转子铁芯(1)的内周壁相切。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述倒角圆弧(9)半径的取值为2～4mm。

10.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述半圆弧(8)的定位圆直径为φ1，所述转子铁芯(1)的轴孔(10)直径为φd，其中φ1与φd的比值γ满足0.40≤γ≤0.54；和/或，所述半圆弧(8)的定型圆直径为φ2，所述转子铁芯(1)的轴孔(10)直径为φd，其中φ2与φd的比值ψ满足0.05≤ψ≤0.15。

11.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第二凹槽(7)为U形槽、矩形槽或者T形槽；和/或，所述第二凹槽(7)的个数为P个，其中P为磁极数。

12.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的外周侧包括内偏圆弧(2)段、最大外圆(3)段和第一凹槽(4)段，所述内偏圆弧(2)段、最大外圆(3)段和第一凹槽(4)段依次连接形成一个单元组，所述转子铁芯(1)包括沿周向设置的P个单元组，P为磁极数。

13.一种同步磁阻电机，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的电机转子。

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