CN111953100A - 适用于任意分段斜极的电机转子设计方法及电机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法即电机转子。在每段转子铁芯的内圈开设2n个辅助键槽，2n为双边对称斜极转子的分段数量；在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n‑1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；利用平键穿过重合的2n个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。保证了每段转子铁芯结构的一致性，不管转子分段数量和斜极角度的不同，都可以采用同一套转子铁芯模具，降低了转子铁芯的模具成本。

Description

适用于任意分段斜极的电机转子设计方法及电机转子
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法即电机转子。
背景技术
永磁电机以其控制精度高的优点在工业领域获得了越来越广泛的应用，其能大大提高电机的功率密度和效率。然而由于齿槽效应和磁场的非正弦性的影响，永磁电机往往伴随有较大的齿谐波电势、齿槽转矩，大大影响了电机的控制精度。为了提高电机的控制精度，很多永磁电机采用定子斜槽和转子斜极，其中转子斜极分为连续斜极和分段斜极，转子分段斜极成本低适合大量生产。如图1所示，转子分段斜极又包括单边斜极和双边对称斜极。
现有的电机转子为实现分段斜极，需要使每段转子之间的磁极位置不同，这就要求每一段转子铁芯都需要一个转子冲片模加工成型，大大增加了模具的投资成本，同时制造难度也大大增加。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法即电机转子，它能解决转子分段斜极带来的转子结构多样性问题，节约模具成本，降低加工难度。
本发明一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法，其技术方案为：
包括双边对称斜极的电机转子设计方法，该方法包括：
在每段转子铁芯的内圈开设2n个辅助键槽，2n为双边对称斜极转子的分段数量；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n-1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；
利用平键穿过重合的2n个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
较为优选的，双边对称斜极的电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2n辅助键槽之间的夹角、第n辅助键槽与第n+1辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α，所述
Figure BDA0002527077730000021
β＝180-(n-1)α，
Figure BDA0002527077730000022
θt＝360/m，其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
较为优选的，还包括单边斜极的电机转子设计方法，该方法包括：
在每段转子铁芯的内圈开设p个辅助键槽，p为单边斜极分段数量；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第p段转子铁芯的第p辅助键槽重合；
利用平键穿过重合的p个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
较为优选的，单边斜极的电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
相邻辅助键槽之间的夹角均为α，且
Figure BDA0002527077730000031
其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
本发明一种适用于任意分段斜极的电机转子，其技术方案为：
包括双边对称斜极电机转子，所述对称斜极电机转子包括电机转轴和套设于电机转轴上的多段转子铁芯，所述转子铁芯包括2n段，每段转子铁芯的内圈开设有2n个辅助键槽，所述电机转轴上开设有沿轴向延伸的平键槽；
2n段转子铁芯中第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n-1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；
所述2n段转子铁芯通过穿过重合的2n个辅助键槽的平键固定在电机转轴上。
较为优选的，所述双边对称斜极电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2n辅助键槽之间的夹角、第n辅助键槽与第n+1辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α，所述
Figure BDA0002527077730000032
β＝180-(n-1)α，
Figure BDA0002527077730000033
θt＝360/m，其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
较为优选的，所述电机转轴在2n段转子铁芯一端套设有转子铁芯挡板，另一端套设有转子铁芯挡圈。
较为优选的，还包括单边斜极电机转子，所述单边斜极电机转子包括电机转轴和套设于电机转轴上的多段转子铁芯，所述转子铁芯包括p段，每段转子铁芯的内圈开设有p个辅助键槽，所述电机转轴上开设有沿轴向延伸的平键槽；
p段转子铁芯中第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第p段转子铁芯的第p辅助键槽重合；
所述p段转子铁芯通过穿过重合的p个辅助键槽的平键固定在电机转轴上。
较为优选的，所述单边斜极电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
相邻辅助键槽之间的夹角均为α，且
Figure BDA0002527077730000041
其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
本发明的有益效果为：在转子铁芯内径开多个周向辅助键槽，并在装配时将每段转子旋转不同的角度，使所有转子特定的辅助键槽重合，从而实现分段斜极。保证了每段转子铁芯结构的一致性，不管转子分段数量和斜极角度的不同，都可以采用同一套转子铁芯模具，不仅大大提高了制造工艺的简易性，并且降低了转子铁芯的模具成本费用。
附图说明
图1为单边斜极和双边对称斜极示意图；
图2为本发明第一实施例的辅助键槽设置示意图；
图3为本发明双边对称斜极电机转子装配示意图；
图4为本发明第二实施例的辅助键槽设置示意图；
图5为本发明单边斜极电机转子装配示意图。
图中：1-电机转轴，2-平键，3-转子铁芯挡圈，4-磁钢，5-转子铁芯，6-转子铁芯挡板，501-辅助键槽，502，磁钢槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法如下：
设双边对称斜极转子的分段数量为2n，(n≥1)，则在每段转子铁芯的内圈开设2n个辅助键槽，每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2n辅助键槽之间的夹角、第n辅助键槽与第n+1辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α，
Figure BDA0002527077730000051
β＝180-(n-1)α，
Figure BDA0002527077730000052
θt＝360/m，其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n-1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；
利用平键穿过重合的2n个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
实施例一
如图2所示，以分段数量为8，即n＝4，且定子槽数m＝48时的辅助键槽设计进行说明。
在每段转子铁芯的内圈开设8个辅助键槽，每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第8辅助键槽之间的夹角、第4辅助键槽与第5辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α。
Figure BDA0002527077730000061
β＝180-(4-1)×43.125°＝50.625°
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽、第3段转子铁芯的第3辅助键槽、第4段转子铁芯的第4辅助键槽、第5段转子铁芯的第8辅助键槽、第6段转子铁芯的第7辅助键槽、第7段转子铁芯的第6辅助键槽、第8段转子铁芯的5辅助键槽重合。即依次以1,2,3,4,8,7,6,5号辅助键槽与平键对齐，即前四段装配依次逆时针旋转一个键槽装配，第五段在第四段基础上反转180°，即后四段装配依次顺时针旋转一个键槽装配。
利用平键穿过重合的8个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴1上。
装配完毕后，一二段斜极1.875°，二三段斜极1.875°，三四段斜极1.875°，第五段在第四段基础上旋转180度，五六段反斜极1.875°，六七段反斜极1.875°，七八段反斜极1.875°，最终形成0°，1.875°，3.75°，5.625°，5.625°，3.75°，1.875°，0°的V字形对称分段斜极分布。
同样的，该方法可用于单边斜极制作，其制作过程如下：
单边斜极分段数量为p(p≥2)，在每段转子铁芯的内圈开设p个辅助键槽，每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第p-1辅助键槽与第p辅助键槽之间的夹角为α,且
Figure BDA0002527077730000062
Figure BDA0002527077730000063
其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第p段转子铁芯的第p辅助键槽重合；利用平键穿过重合的p个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
实施案例二
如图4所示，以分段数量为4，即p＝4，且定子槽数m＝48时的辅助键槽设计进行说明。
在每段转子铁芯的内圈开设4个辅助键槽，每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2辅助键槽之间的夹角、第2辅助键槽与第3辅助键槽之间的夹角、第3辅助键槽与第4辅助键槽之间的夹角均为α。
Figure BDA0002527077730000071
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽、第3段转子铁芯的第3辅助键槽、第4段转子铁芯的第4辅助键槽重合即可，即依次以1,2,3,4号辅助键槽与平键对齐，四段装配依次逆时针旋转一个键槽装配。
利用平键穿过重合的4个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴1上。
装配完毕后，一二段斜极1.875°，二三段斜极1.875°，三四段斜极1.875°阶梯形分段斜极分布。
包括电机转轴1和套设于电机转轴1上的多段转子铁芯5。每段转子铁芯5上均设有多个磁钢槽502，每个磁钢槽502中均对应设置有磁钢4。转子铁芯5包括8段，每段转子铁芯5的内圈开设有8个辅助键槽501，电机转轴1上开设有沿轴向延伸的平键槽，平键槽内设有平键2。该电机转子的第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽、第3段转子铁芯的第3辅助键槽、第4段转子铁芯的第4辅助键槽、第5段转子铁芯的第8辅助键槽、第6段转子铁芯的第7辅助键槽、第7段转子铁芯的第6辅助键槽、第8段转子铁芯的5辅助键槽重合。并通过平键2固定在电机转轴1上。两端分别通过转子铁芯挡板6和转子铁芯挡圈3固定。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种适用于任意分段斜极的电机转子设计方法，其特征在于：
包括双边对称斜极的电机转子设计方法，该方法包括：
在每段转子铁芯的内圈开设2n个辅助键槽，2n为双边对称斜极转子的分段数量；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n-1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；
利用平键穿过重合的2n个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
2.根据权利要求1所述的适用于任意分段斜极的电机转子设计方法，其特征在于：双边对称斜极的电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2n辅助键槽之间的夹角、第n辅助键槽与第n+1辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α，所述
Figure FDA0002527077720000011
β＝180-(n-1)α，
Figure FDA0002527077720000012
θt＝360/m，其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
3.根据权利要求1所述的任意分段斜极的电机转子设计方法，其特征在于：还包括单边斜极的电机转子设计方法，该方法包括：
在每段转子铁芯的内圈开设p个辅助键槽，p为单边斜极分段数量；
在电机转轴上开设沿轴向延伸的平键槽；
在电机转轴上依次套入每段转子铁芯，并使第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第p段转子铁芯的第p辅助键槽重合；
利用平键穿过重合的p个辅助键槽，将多段转子铁芯固定在电机转轴上。
4.根据权利要求3所述的任意分段斜极的电机转子设计方法，其特征在于：单边斜极的电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
相邻辅助键槽之间的夹角均为α，且
Figure FDA0002527077720000021
其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
5.一种适用于任意分段斜极的电机转子，其特征在于：包括双边对称斜极电机转子，所述对称斜极电机转子包括电机转轴和套设于电机转轴上的多段转子铁芯，所述转子铁芯包括2n段，每段转子铁芯的内圈开设有2n个辅助键槽，所述电机转轴上开设有沿轴向延伸的平键槽；
2n段转子铁芯中第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第n段转子铁芯的第n辅助键槽、第n+1段转子铁芯的第2n辅助键槽、第n+2段转子铁芯的第2n-1辅助键槽……第2n段转子铁芯的n+1辅助键槽重合；
所述2n段转子铁芯通过穿过重合的2n个辅助键槽的平键固定在电机转轴上。
6.如权利要求5所述的适用于任意分段斜极的电机转子，其特征在于：所述双边对称斜极电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
第1辅助键槽与第2n辅助键槽之间的夹角、第n辅助键槽与第n+1辅助键槽之间的夹角均为β，其余相邻辅助键槽之间的夹角为α，所述
Figure FDA0002527077720000022
β＝180-(n-1)α，
Figure FDA0002527077720000023
θt＝360/m，其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
7.如权利要求5所述的适用于任意分段斜极的电机转子，其特征在于：所述电机转轴在2n段转子铁芯一端套设有转子铁芯挡板，另一端套设有转子铁芯挡圈。
8.如权利要求5所述的适用于任意分段斜极的电机转子，其特征在于：还包括单边斜极电机转子，所述单边斜极电机转子包括电机转轴和套设于电机转轴上的多段转子铁芯，所述转子铁芯包括p段，每段转子铁芯的内圈开设有p个辅助键槽，所述电机转轴上开设有沿轴向延伸的平键槽；
p段转子铁芯中第1段转子铁芯的第1辅助键槽、第2段转子铁芯的第2辅助键槽……第p段转子铁芯的第p辅助键槽重合；
所述p段转子铁芯通过穿过重合的p个辅助键槽的平键固定在电机转轴上。
9.如权利要求8所述的适用于任意分段斜极的电机转子，其特征在于：所述单边斜极电机转子每段转子铁芯的辅助键槽之间满足：
相邻辅助键槽之间的夹角均为α，且
Figure FDA0002527077720000031
其中，θ为分段斜极机械角度，θt为齿距机械角度，m为定子槽数。
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