CN111769662A - 转子组件和开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种转子组件和开关磁阻电机。该转子组件包括转子本体，周壁上设有若干个转子齿；至少一个所述转子齿的侧壁上设有凹槽。在转子齿的侧壁上设置凹槽，来改变转子表面气隙磁密的方向，能减小气隙中的径向磁密，同时能增大切向磁密，达到抑制电磁振动的目的。

Description

转子组件和开关磁阻电机
技术领域
本申请属于开关磁阻电机技术领域，具体涉及一种转子组件和开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机具有结构简单、可频繁正反转、起动电流小、起动转矩大和在宽广的调速范围内效率高等优点。由于转子上没有永磁体或绕组，开关磁阻电机在很多恶劣的环境或场合中可靠性更高，近年来特别在混合动力汽车、航天和机械制造等领域得到了广泛应用。然而由于采用双凸极结构，开关磁阻电机的噪声和振动比永磁电机和异步电机都要高，振动和噪声成为限制开关磁阻电机推广应用的最大问题，如何降低噪声和振动也是近年来开关磁阻电机领域研究的热点。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子组件和开关磁阻电机，能够减少振动和噪声。
为了解决上述问题，本申请提供一种转子组件，包括：
转子本体，周壁上设有若干个转子齿；
至少一个所述转子齿的侧壁上设有凹槽。
优选地，所述凹槽设在所述转子齿的周向侧壁上，所述周向侧壁为垂直于所述转子齿旋转面的侧壁。
优选地，所述周向侧壁上设置至少一个所述凹槽。
优选地，所述转子齿沿所述转子本体的径向延伸设置，两个所述周向侧壁上各设一个所述凹槽，两个所述凹槽沿所述径向延伸线对称设置。
优选地，所述凹槽的横截面形状设为U型，所述凹槽的宽度为m，所述转子齿沿所述径向延伸线方向上的长度为H0，m和H0关系为：m/H0＝0.1～0.15。
优选地，所述凹槽与所述转子齿的顶端之间距离为h，h和H0关系为：h/H0＝0.19～0.21。
优选地，所述凹槽的深度为d；所述转子齿沿旋转周向上的宽度为D0；d和D0关系为：d/D0＝0.16～0.18。
根据本申请的另一方面，提供了一种开关磁阻电机，包括如上所述的转子组件。
本申请提供的一种转子组件，包括：转子本体，周壁上设有若干个转子齿；至少一个所述转子齿的侧壁上设有凹槽。在转子齿的侧壁上设置凹槽，来改变转子表面气隙磁密的方向，能减小气隙中的径向磁密，同时能增大切向磁密，达到抑制电磁振动的目的。
附图说明
图1为本申请实施例的开关磁阻电机的横截面结构示意图；
图2为本申请实施例的转子组件中不同m/HO时的平均转矩T和径向力波Pn的仿真结果示意图；
图3-1为本申请实施例的转子组件中不同h/H0下转矩脉动的仿真结果示意图；
图3-2为本申请实施例的转子组件中不同h/H0下平均输出力矩的仿真结果示意图；
图3-3为本申请实施例的转子组件中不同h/H0下径向力波的仿真结果示意图；
图4-1为本申请实施例的转子组件中不同d/D0下转矩脉动的仿真结果示意图；
图4-2为本申请实施例的转子组件中不同d/D0下平均输出力矩的仿真结果示意图；
图4-3为本申请实施例的转子组件中不同d/D0下径向力波的仿真结果示意图；
图5-1为传统开关磁阻电机的噪音频谱图；
图5-2为本申请实施例的开关磁阻电机的噪音频谱图。
附图标记表示为：
1、转子；11、转子齿；111、凹槽；2、定子；21、定子齿。
具体实施方式
结合参见图1至图5-2所示，根据本申请的实施例，一种转子1组件，包括：
转子1本体，周壁上设有若干个转子齿11；
至少一个所述转子齿11的侧壁上设有凹槽111。
本申请通过在转子齿11的侧壁上设置凹槽111，改变了转子齿11的形状，从而实现转子1表面气隙磁密的方向，达到减少气隙中的径向磁密和增大切向磁密，抑制电磁振动的目的，因此能起到减少电机振动和噪声的效果。
在一些实施例中，凹槽111设在所述转子齿11的周向侧壁上，所述周向侧壁为垂直于所述转子齿11旋转面的侧壁。
转子齿11的侧壁包括有转子1的轴向两端的侧壁，以及转动周向上的两侧侧壁，本申请具体将凹槽111设在转动周向上的侧壁上，即周向侧壁上，能更好地减少定子齿21与转子齿11之间的气隙径向磁密，增大切向磁密，达到抑制电磁振动的目的。
可选地，周向侧壁上设置至少一个所述凹槽111。
凹槽111在周向侧壁上设置多个，能更好地起到上述的改善磁密的技术效果。
在一些实施例中，转子齿11沿所述转子1本体的径向延伸设置，两个所述周向侧壁上各设一个所述凹槽111，两个所述凹槽111沿所述径向延伸线对称设置。
转子齿11的延伸方向与转子1的径向延伸方向相同，且两个周向侧壁上的凹槽111沿径向延伸线对称设置，这样能避免磁密改变不对称而形成振动和噪声。
在一些实施例中，凹槽111的横截面形状设为U型，所述凹槽111的宽度为m，所述转子齿11沿所述径向延伸线方向上的长度为H0，m和H0关系为：m/H0＝0.1～0.15。
凹槽111设在周向侧壁上，其宽度是指凹槽111沿转子1径向延伸方向的两个槽壁的间距，该宽度增大，使得m/H0发生变化，如由零增加，电机的平均输出力矩增加而径向力波随之降低，当m/H0比值超过0.1时，电机的平均输出力矩以及径向力波趋于平缓，再结合电机转子1强度，该比值在0.1～0.15达到最优效果。
在一些实施例中，凹槽111与所述转子齿11的顶端之间距离为h，h和H0关系为：h/H0＝0.19～0.21。
凹槽111与转子齿11顶端的间距h，为离转子齿11顶端最近的凹槽111侧壁与转子齿11顶端的距离，该距离的增加，使得h/H0发生变化，如由零开始增大，1)平均输出转矩增大，当该比值超过0.2时，平均输出转矩的变化趋于稳定；2)径向力波先减小后增大，该比值在0.1附近时径向力波最小，但由于转子齿11顶受到的电磁力较大，比值过小会降低转子1的机械强度，故不能过小，当比值超过0.21时，径向力波峰值反而比不开槽时大；3)转矩脉动先减小后增大，在比值为0.2附近时，存在最小值。由以上仿真分析可知：该比值在0.19～0.21时，既可以获得最低的转矩脉动率和较高的平均转矩，又可以降低径向力波。
在一些实施例中，凹槽111的深度为d；所述转子齿11沿旋转周向上的宽度为D0；d和D0关系为：d/D0＝0.16～0.18。
凹槽111的深度d与转子齿11的宽度D0，两者的大致方向相同，随着凹槽111深度的增大，使得d/D0发生变化，如由零开始增大，1)平均转矩先增大后减小，由磁路欧姆定律F＝RmΦ，当d/D0过大时，会使得转子1磁阻增大而磁链减小，会导致磁场储能的减小从而影响电机的转矩，且振动的抑制效果不会更好；2)径向力波的最大值减小，最后趋于稳定；3)转矩脉动先减小后增大。由Ansoft扫描仿真分析可知：当d/D0＝0.16～0.18时，转矩脉动率最小，平均输出转矩较高，径向力波也得到了较大的削弱。
根据本申请的另一实施例，提供了一种开关磁阻电机，包括如上所述的转子1组件。
如图1所示，该开关磁阻电机包括有定子2和转子1，定子2套设在转子1外周上，定子齿21和转子齿11构成双凸极结构；在转子齿11两侧开槽的方法，通过改变转子齿11的形状来改变转子1表面气隙磁密的方向，可以减小气隙中的径向磁密，同时增大切向磁密，达到抑制电磁振动的目的。
转子齿11的侧壁上凹槽111具体结构为，凹槽111的宽度为m，深度为d；凹槽111与转子齿11顶端的间距h；转子齿11沿转子1的径向延伸线方向上的长度为H0，转子齿11沿旋转周向上的宽度为D0，其中：m/H0＝0.1～0.15、h/H0＝0.19～0.21、d/D0＝0.16～0.18，对该结构的开关磁阻电机进行检测，如图2至图4-3所示，分析结果如下：
1.平均转矩101-102Nm，相比增加1％-2％；径向力波1.3，相比不开槽降低35％；转矩脉动率11％，相比降低39％；
2.平均输出力矩达到最大值102Nm，相比不开槽增加2％；径向力波达到最小1.78，相比降低11％；
3.平均转矩达到103-104Nm并趋于稳定，相比增加3％-4％；径向力波先减小后增大，h/H0为0.1附近时径向力波最小：1.6，但由于转子齿11顶受到的电磁力较大，齿顶高度过小会降低转子1的机械强度，故不能过小，当h/H0超过0.21时，径向力波峰值反而比不开槽时大；转矩脉动先减小后增大，在h/H0为0.2附近时存在最小值12％，相比不开槽转矩脉动率下降38％。故既可以获得最低的转矩脉动率和较高的平均转矩，又可以降低径向力波。
综上所述，机转矩脉动由50％降低到12％、径向力波降低35％，同时电机平均输出转矩增加2％，降低电机振动和电磁噪音，如图5-1和5-2所示，在低频250HZ处，电机噪音分贝值降低11％。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述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。以上所述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 (8)

1.一种转子组件，其特征在于，包括：
转子(1)本体，周壁上设有若干个转子齿(11)；
至少一个所述转子齿(11)的侧壁上设有凹槽(111)。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述凹槽(111)设在所述转子齿(11)的周向侧壁上，所述周向侧壁为垂直于所述转子齿(11)旋转面的侧壁。
3.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述周向侧壁上设置至少一个所述凹槽(111)。
4.根据权利要求3所述的转子组件，其特征在于，所述转子齿(11)沿所述转子(1)本体的径向延伸设置，两个所述周向侧壁上各设一个所述凹槽(111)，两个所述凹槽(111)沿所述径向延伸线对称设置。
5.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述凹槽(111)的横截面形状设为U型，所述凹槽(111)的宽度为m，所述转子齿(11)沿所述径向延伸线方向上的长度为H0，m和H0关系为：m/H0＝0.1～0.15。
6.根据权利要求5所述的转子组件，其特征在于，所述凹槽(111)与所述转子齿(11)的顶端之间距离为h，h和H0关系为：h/H0＝0.19～0.21。
7.根据权利要求6所述的转子组件，其特征在于，所述凹槽(111)的深度为d；所述转子齿(11)沿旋转周向上的宽度为D0；d和D0关系为：d/D0＝0.16～0.18。
8.一种开关磁阻电机，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的转子组件。
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