CN111769670A - 一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机，该转子铁芯包括多个相互错开预设角度的转子铁芯段，转子铁芯段由转子冲片叠压而成；各转子铁芯段内沿圆周方向布设有磁钢槽，磁钢槽内可设置有磁钢；各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，用于抑制电机转动时的转矩脉动和振动噪声。上述方案通过在各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，使每一段的转子铁芯所产生的转矩脉动和径向电磁力分别被抑制在较低的水平，降低了电机整体的转矩脉动和径向电磁力，有效抑制了电机振动噪声。

Description

一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，特别涉及一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机通过电枢磁场和转子磁场的相互作用产生电磁转矩。其中，电枢磁场由定子电流产生，转子磁场则由转子永磁体提供，这两个磁场在电机气隙中的合成磁场为气隙磁场。由于定子开槽、铁芯磁饱和等因素的影响，气隙磁场并不是标准的正弦波，其会存在谐波分量，进而产生转矩脉动以及某些阶次上明显的径向电磁力，造成电机的噪声振动。
对于某些应用场合例如新能源汽车，电机的NVH(Noise、Vibration、Harshness)品质将直接影响整车的驾驶体验，因此，在电机本体的设计过程中，应做到尽量降低其转矩脉动，并抑制某些特定阶次的径向电磁力。目前常用的方法有转子斜极以及在转子上设置辅助槽。转子斜极是通过使磁极相互错开一定的角度，进而降低由于定子开槽所导致的齿槽效应；转子辅助槽则是在转子冲片上开槽，从而优化气隙磁密波形。对于分段斜极电机，由于其磁钢在不同转子铁芯段中朝向的角度各不相同，会导致其不同段上的合成气隙磁密波形存在差异。现有技术是各段采用相同的冲片结构，此时的综合减振降噪效果并不是最优的。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面公开一种分段斜极电机的转子铁芯，所述转子铁芯包括多个相互错开预设角度的转子铁芯段，所述转子铁芯段由转子冲片叠压而成；
各所述转子铁芯段内沿圆周方向布设有磁钢槽，所述磁钢槽内可设置有磁钢；
各所述转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各所述转子铁芯段上的所述辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，用于抑制电机转动时的转矩脉动和振动噪声。
进一步地，多个所述转子铁芯段可分组设置，每两组沿轴向对称，且各组内的各所述转子铁芯段的辅助槽形状和/或位置不完全相同。
进一步地，所述组中包括相邻n个所述转子铁芯段，分别为第N1转子铁芯段、第N2转子铁芯段、第N3转子铁芯段，以此类推，包括第Nn转子铁芯段；
所述第N1转子铁芯段上设有多个第N1辅助槽，所述第N2转子铁芯段上设有多个第N2辅助槽，所述第N3转子铁芯段上设有多个第N3辅助槽，以此类推，所述第Nn转子铁芯段上设有多个第Nn辅助槽；
所述第N1转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N1辅助槽的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N1-1角度和第N1-2角度；所述第N2转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N2辅助槽的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N2-1角度和第N2-2角度；所述第N3转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N3辅助槽的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N3-1角度和第N3-2角度，以此类推，所述第Nn转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第Nn辅助槽的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第Nn-1角度和第Nn-2角度；
上述第N1-1角度和第N1-2角度、第N2-1角度和第N2-2角度、第N3-1角度和第N3-2角度以及第Nn-1角度和第Nn-2角度是通过第Nx转子铁芯段沿着转子铁芯段斜极旋转方向旋转获得，其中，x∈[1,n]。
进一步地，所述组中包括相邻三个转子铁芯段，所述相邻三个转子铁芯段中的所述第N1辅助槽和所述第N3辅助槽相对所述第N2辅助槽的偏移角度分别为第N1偏移角度和第N3偏移角度，则：
第N1-1角度＝第N2-1角度-预设角度+第N1偏移角度；
第N1-2角度＝第N2-2角度+预设角度-第N1偏移角度；
第N3-1角度＝第N2-1角度+预设角度-第N3偏移角度；
第N3-2角度＝第N2-2角度-预设角度+第N3偏移角度。
进一步地，所述第N1偏移角度、所述第N3偏移角度和所述预设角度相互不同。
进一步地，所述第N1偏移角度和所述第N3偏移角度均小于所述预设角度。
进一步地，所述第N1偏移角度和所述第N3偏移角度均为零。
进一步地，所述第N1偏移角度或所述第N3偏移角度等于所述预设角度。
进一步地，所述辅助槽截面形状可以为圆弧形、三角形、正方形、梯形或矩形。
本发明另一方面公开一种永磁同步电机，所述永磁同步电机包括定子和转子，所述转子上设置有根据上述所述的转子铁芯。
本发明的优点及有益效果是：
本发明的转子铁芯中，通过在各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，在电机转动时，使每一段的转子铁芯所产生的转矩脉动和径向电磁力分别被抑制在较低的水平，降低了电机整体的转矩脉动和径向电磁力，有效抑制了电机振动噪声，从而得到更好的综合减振降噪效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的一个实施例中转子铁芯的部分结构图；
图2为本发明的一个实施例中第N1转子铁芯段的径向截面图；
图3为本发明的一个实施例中第N2转子铁芯段的径向截面图；
图4为本发明的一个实施例中第N3转子铁芯段的径向截面图；
图5为本发明的一个实施例中转子铁芯的部分结构图；
图6为本发明的一个实施例中转子铁芯的部分结构图；
图7为本发明的一个实施例中转子铁芯的部分结构图。
图中：1、磁钢槽，2-1、第N1转子铁芯段，2-2、第N2转子铁芯段，2-3、第N3转子铁芯段，3-1、第N1辅助槽，3-2、第N2辅助槽，3-3、第N3辅助槽，4-1-1、第N1-1角度，4-1-2、第N1-2角度，4-2-1、第N2-1角度，4-2-2、第N2-2角度，4-3-1、第N3-1角度，4-3-2、第N3-2角度，5、预设角度，6-1、第N1偏移角度，6-2、第N3偏移角度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
实施例1
本发明一个实施例中公开一种分段斜极电机的转子铁芯，如图1所示，所述转子铁芯包括多个相互错开预设角度5的转子铁芯段，所述转子铁芯段由转子冲片叠压而成，所述转子冲片冲压成型；在转子铁芯段进行组装时，通过各转子铁芯段之间错开预设角度5，进而降低由于定子上开槽所导致的齿槽效应。
各所述转子铁芯段内沿圆周方向布设有磁钢槽1，所述磁钢槽1内可设置有磁钢；磁钢槽1为偶数个，且相邻两个磁钢槽1对称设置。
各所述转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各所述转子铁芯段上的所述辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，用于抑制电机转动时的转矩脉动和振动噪声。
本发明的转子铁芯中，通过在各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，至少有两个转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不同。在现有技术中，虽然转子铁芯段上设计有辅助槽，但是各转子铁芯段上的辅助槽位置和截面形状都一样，其结果是某些转子铁芯段上的减振降噪效果很好，而其余部分转子铁芯段的气隙磁密谐波含量就会较高，其综合减振降噪效果不明显。
本发明该实施例提出了一种分别优化各转子铁芯段的气隙磁密波形的新型结构，更加有效地分散谐波能量，在电机转动时，使每一段的转子铁芯所产生的转矩脉动和径向电磁力分别被抑制在较低的水平，降低了电机整体的转矩脉动和径向电磁力，有效抑制了电机振动噪声，从而得到更好的综合减振降噪效果。并且，部分转子铁芯段的辅助槽位置相同，则该转子铁芯段中的转子冲片可用一套模具生产，以降低生产成本。
在一个实施例中，所述转子铁芯段分组设置，即所述转子铁芯包括多组转子铁芯段，每两组沿轴向对称设置，使转子铁芯结构整体对称，防止转动时产生不平衡，且各组转子铁芯段包括若干个转子铁芯段，例如，各组转子铁芯段可以包括三个转子铁芯段，优选的，当需要组装时，将两组反向轴向对称设置，形成六个转子铁芯段形成的完整结构，获得了较好的整体效果。
当然，上述各转子铁芯段的宽度(如转子冲片的数量的多少)可以任意选择，在该实施例中并不作出具体的限定。
在一个实施例中，如图1-5所示，所述转子铁芯段分组设置，每组中的多个转子铁芯段中的辅助槽通过一种特定的设计结构来实现，比如可以任意的转子铁芯段沿左右两个方向旋转后获得该组内其他的转子铁芯段，从而优化组内各转子铁芯段的整体设计。
具体地，所述组中包括相邻n个所述转子铁芯段，分别为第N1转子铁芯段2-1、第N2转子铁芯段2-2、第N3转子铁芯段2-3，以此类推，包括第Nn转子铁芯段，其中n为大于1的自然数；图1-5是以每组包括三个转子铁芯段为例进行结构展示。
所述第N1转子铁芯段2-1上设有多个第N1辅助槽3-1，所述第N2转子铁芯段2-2上设有多个第N2辅助槽3-2，所述第N3转子铁芯段2-3上设有多个第N3辅助槽3-3，以此类推，所述第Nn转子铁芯段上设有多个第Nn辅助槽。
所述第N1转子铁芯段2-1磁极轴线两侧的两个所述第N1辅助槽3-1的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N1-1角度4-1-1和第N1-2角度4-1-2；所述第N2转子铁芯段2-2磁极轴线两侧的两个所述第N2辅助槽3-2的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N2-1角度4-2-1和第N2-2角度4-2-2；所述第N3转子铁芯段2-3磁极轴线两侧的两个所述第N3辅助槽3-3的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N3-1角度4-3-1和第N3-2角度4-3-2，以此类推，所述第Nn转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第Nn辅助槽的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第Nn-1角度和第Nn-2角度；其中，第N1-1角度4-1-1、第N1-2角度4-1-2、第N2-1角度4-2-1、第N2-2角度4-2-2、第N3-1角度4-3-1、第N3-2角度4-3-2、第Nn-1角度和第Nn-2角度的数值不完全相同，可以有效地分散气隙磁密谐波能量，达到抑制振动噪声的目的。
上述第N1-1角度4-1-1和第N1-2角度4-1-2、第N2-1角度4-2-1和第N2-2角度4-2-2、第N3-1角度4-3-1和第N3-2角度4-3-2以及第Nn-1角度和第Nn-2角度是通过第Nx转子铁芯段沿着转子铁芯段斜极旋转方向旋转获得，其中，x∈[1,n]。例如可以以第一段转子铁芯为基准，其他各段转子铁芯的相对所述磁极轴线偏移角度是通过沿着转子铁芯段斜极旋转方向旋转获得，当然，也可以以任意段转子铁芯为基准。以每组包括三个转子铁芯段为例，且以中间段转子铁芯段为基准，对于现有技术，参考图5，第N1-1角度4-1-1和第N1-2角度4-1-2由第N1转子铁芯段2-1以第N2转子铁芯段2-2为基准逆时针方向旋转预设角度5后获得，第N3-1角度4-3-1和第N3-2角度4-3-2由第N3转子铁芯段2-3以第N2转子铁芯段2-2为基准顺时针方向旋转预设角度5后获得。
在一个实施例中，如图5所示，所述组中包括相邻三个转子铁芯段，所述相邻三个转子铁芯段中的所述第N1辅助槽3-1和所述第N3辅助槽3-3相对所述第N2辅助槽3-2的偏移角度分别为第N1偏移角度6-1和第N3偏移角度6-2。
第N1-1角度4-1-1、第N1-2角度4-1-2、第N3-1角度4-3-1和第N3-2角度4-3-2与第N2-1角度4-2-1和第N2-2角度4-2-2数值关系如下，其中，第N2-1角度4-2-1和第N2-2角度4-2-2数值关系为相同或不同。
第N1-1角度4-1-1＝第N2-1角度4-2-1-预设角度5+第N1偏移角度6-1；
第N1-2角度4-1-2＝第N2-2角度4-2-2+预设角度5-第N1偏移角度6-1；
第N3-1角度4-3-1＝第N2-1角度4-2-1+预设角度5-第N3偏移角度6-2；
第N3-2角度4-3-2＝第N2-2角度4-2-2-预设角度5+第N3偏移角度6-2。
在一个优选实施例中，所述第N1偏移角度6-1、所述第N3偏移角度6-2和所述预设角度5相互不同。
在一个实施例中，如图5所示，所述第N1偏移角度6-1和所述第N3偏移角度6-2均小于所述预设角度5，此时，转子铁芯的减振降噪效果最好。
在一个实施例中，如图6所示，所述第N1偏移角度6-1和所述第N3偏移角度6-2均为零，在装配好转子铁芯后，第N1辅助槽3-1、第N2辅助槽3-2和第N3辅助槽3-3在一条直线上，此时，转子铁芯上为若干连续的辅助槽。并且，由于所述第N1偏移角度6-1和所述第N3偏移角度6-2均为零，第N1转子铁芯段2-1和第N3转子铁芯段2-3完全为对称结构，可共用一套模具生产。
在一个实施例中，如图7所示，所述第N1偏移角度6-1或所述第N3偏移角度6-2等于所述预设角度5。
当第N1偏移角度6-1为预设角度5时，第N1转子铁芯段2-1和第N2转子铁芯段2-2的冲片结构完全相同，两者与第N3转子铁芯段2-3不同。在分段斜极电机中，若各段均采用完全相同的转子冲片设计，通常情况下中间段(即第N2转子铁芯段2-2)和两侧中的某一段(例如第N1转子铁芯段2-1)的气隙磁密谐波含量并不高，而两侧中另一段(例如第N3转子铁芯段2-3)的气隙磁密谐波含量会较高。本实施例中，通过对第N3转子铁芯段2-3进行进一步的优化，使其上的第N3辅助槽3-3与第N1转子铁芯段2-1和第N2转子铁芯段2-2上的辅助槽位置不同，可以获得更好的减振降噪效果。当第N3偏移角度6-2为预设角度5时，第N3转子铁芯段2-3和第N2转子铁芯段2-2结构完全相同，两者与第N1转子铁芯段2-1不同。
在一个实施例中，所述辅助槽截面形状可以为圆弧形、三角形、正方形、梯形或矩形。当然，辅助槽截面形状不仅仅局限于上述形状，其他形状亦在本发明的保护范围内。
实施例2
本发明一个实施例公开一种永磁同步电机，所述永磁同步电机包括定子和转子，所述转子上设置有根据上述所述的转子铁芯。本实施例中的永磁同步电机振动噪声小，NVH(Noise、Vibration、Harshness)品质高。
综上，本发明公开一种分段斜极电机的转子铁芯和永磁同步电机，包括多个相互错开预设角度的转子铁芯段，转子铁芯段由转子冲片叠压而成；各转子铁芯段内沿圆周方向布设有磁钢槽，磁钢槽内可设置有磁钢；各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，用于抑制电机转动时的转矩脉动和振动噪声。本发明的转子铁芯中，通过在各转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各转子铁芯段上的辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，在电机转动时，使每一段的转子铁芯所产生的转矩脉动和径向电磁力分别被抑制在较低的水平，降低了电机整体的转矩脉动和径向电磁力，有效抑制了电机振动噪声，从而得到更好的综合减振降噪效果。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分段斜极电机的转子铁芯，其特征在于，所述转子铁芯包括多个相互错开预设角度的转子铁芯段，所述转子铁芯段由转子冲片叠压而成；
各所述转子铁芯段内沿圆周方向布设有磁钢槽，所述磁钢槽内可设置有磁钢；
各所述转子铁芯段的外圆面上设有若干个轴向贯通的辅助槽，且各所述转子铁芯段上的所述辅助槽的位置和/或截面形状不完全相同，用于抑制电机转动时的转矩脉动和振动噪声。
2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，多个所述转子铁芯段可分组设置，每两组沿轴向对称，且各组内的各所述转子铁芯段的辅助槽形状和/或位置不完全相同。
3.根据权利要求2所述的转子铁芯，其特征在于，所述组中包括相邻n个所述转子铁芯段，分别为第N1转子铁芯段、第N2转子铁芯段、第N3转子铁芯段，以此类推，包括第Nn转子铁芯段；
所述第N1转子铁芯段上设有多个第N1辅助槽，所述第N2转子铁芯段上设有多个第N2辅助槽，所述第N3转子铁芯段上设有多个第N3辅助槽，以此类推，所述第Nn转子铁芯段上设有多个第Nn辅助槽；
所述第N1转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N1辅助槽的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N1-1角度和第N1-2角度；所述第N2转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N2辅助槽的中心点，相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N2-1角度和第N2-2角度；所述第N3转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第N3辅助槽的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第N3-1角度和第N3-2角度，以此类推，所述第Nn转子铁芯段磁极轴线两侧的两个所述第Nn辅助槽的中心点相对所述磁极轴线偏移角度分别为第Nn-1角度和第Nn-2角度；
上述第N1-1角度和第N1-2角度、第N2-1角度和第N2-2角度、第N3-1角度和第N3-2角度以及第Nn-1角度和第Nn-2角度是通过第Nx转子铁芯段沿着转子铁芯段斜极旋转方向旋转获得，其中，x∈[1,n]。
4.根据权利要求3所述的转子铁芯，其特征在于，所述组中包括相邻三个转子铁芯段，所述相邻三个转子铁芯段中的所述第N1辅助槽和所述第N3辅助槽相对所述第N2辅助槽的偏移角度分别为第N1偏移角度和第N3偏移角度，则：
第N1-1角度＝第N2-1角度-预设角度+第N1偏移角度；
第N1-2角度＝第N2-2角度+预设角度-第N1偏移角度；
第N3-1角度＝第N2-1角度+预设角度-第N3偏移角度；
第N3-2角度＝第N2-2角度-预设角度+第N3偏移角度。
5.根据权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，所述第N1偏移角度、所述第N3偏移角度和所述预设角度相互不同。
6.根据权利要求5所述的转子铁芯，其特征在于，所述第N1偏移角度和所述第N3偏移角度均小于所述预设角度。
7.根据权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，所述第N1偏移角度和所述第N3偏移角度均为零。
8.根据权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，所述第N1偏移角度或所述第N3偏移角度等于所述预设角度。
9.根据权利要求1或2所述的转子铁芯，其特征在于，所述辅助槽截面形状可以为圆弧形、三角形、正方形、梯形或矩形。
10.一种永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机包括定子和转子，所述转子上设置有根据权利要求1-9任一项所述的转子铁芯。
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