CN112886739B - 转子铁芯、电机转子、电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子铁芯、电机转子、电机，其中转子铁芯，包括铁芯本体，所述铁芯本体具有沿其周向均匀交替的多个磁极，任意相邻的两个磁极关于D轴对称，在所述铁芯本体的任一径向面上，同一磁极内，所述铁芯本体的外周壁具有关于Q轴对称的圆弧段以及处于所述圆弧段的两端的切边直线段，所述切边直线段上任一点与所述铁芯本体的轴心之间的连线长度短于所述圆弧段上任一点与所述铁芯本体的轴心之间的连线长度。根据本发明通过在D轴附近用直线切边段代替转子铁芯外圆圆弧，能够改变定转子气隙，优化D、Q轴气隙磁密，降低转矩脉动。

Description

转子铁芯、电机转子、电机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种转子铁芯、电机转子、电机。

背景技术

永磁辅助同步磁阻电机以其体积小、重量轻、高效率、高功率密度等优点成为电机研究领域的热点，其输出转矩由磁阻转矩和永磁转矩两部分构成。

对于铁氧体永磁辅助电机，由于铁氧体剩磁和矫顽力相比于稀土永磁体较低，为保证电机整体输出转矩，常采用双层或者多层永磁体，永磁体槽与转子外圆之间设置有磁桥，在实际运行过程中磁桥处局部饱和，产生漏磁现象，同时转矩脉动较大。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种转子铁芯、电机转子、电机，通过在D轴附近用直线切边段代替转子铁芯外圆圆弧，能够改变定转子气隙，优化D、Q轴气隙磁密，降低转矩脉动。

为了解决上述问题，本发明提供一种转子铁芯，包括铁芯本体，所述铁芯本体具有沿其周向均匀交替的多个磁极，任意相邻的两个磁极关于D轴对称，在所述铁芯本体的任一径向面上，同一磁极内，所述铁芯本体的外周壁具有关于Q轴对称的圆弧段以及处于所述圆弧段的两端的切边直线段，所述切边直线段上任一点与所述铁芯本体的轴心之间的连线长度短于所述圆弧段上任一点与所述铁芯本体的轴心之间的连线长度。

优选地，所述圆弧段与所述两端的切边直线段中的任一个的交点与所述铁芯本体的轴心之间的连线为第一直线，所述第一直线与与之相邻的D轴之间形成夹角θ，8°≤θ≤20°。

优选地，所述切边直线段远离与之处于同一磁极内的圆弧段一端具有朝向所述铁芯本体的轴心一侧倾斜延伸的斜边段，所述斜边段的末端与所述D轴相交并与与之相邻的磁极内的斜边段共同形成关于所述D轴对称的V型槽2。

优选地，所述V型槽的开口角度为δ，115°≤δ≤125°。

优选地，所述铁芯本体由多个沿其轴向叠装的冲片形成，任意相邻的两个冲片之间通过所述V型槽焊接。

优选地，在所述同一磁极内，所述铁芯本体上构造有第一磁钢槽以及处于所述第一磁钢槽的径向外侧的第二磁钢槽，所述第一磁钢槽及所述第二磁钢槽皆关于Q轴对称，所述第一磁钢槽的径向外端与所述V型槽之间形成第一磁桥，所述第二磁钢槽的径向外端与所述切边直线段之间形成第二磁桥，当所述V型槽被焊接后，所述第一磁桥的磁通宽度小于所述第二磁桥的磁通宽度。

优选地，所述铁芯本体上还构造有多个第一平衡孔，多个所述第一平衡孔环绕所述铁芯本体的轴心间隔设置。

优选地，所述第二磁钢槽为V字槽，多个所述第一平衡孔构造于所述V字槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D1的第一圆上，所述铁芯本体的外圆直径为D0，0.8≤D1/D0≤0.9。

优选地，所述V字槽的槽体空间内还构造有多个第二平衡孔，多个所述第二平衡孔环绕所述铁芯本体的轴心间隔设置，且处于多个所述第二平衡孔的径向内侧，多个所述第二平衡孔处于以所述轴心为圆心、直径为D2的第二圆上，0.65≤D2/D0≤0.7。

优选地，所述第一平衡孔的直径为d1，所述第二磁钢槽的最大宽度为B，1.3≤d1/B≤1.45；和/或，所述第二平衡孔的直径为d2，所述第二磁钢槽的最大宽度为B，1.3≤d2/B≤1.45。

优选地，所述第二磁钢槽为弧形槽，所述弧形槽的圆心处于所述环形槽远离所述铁芯本体的轴心的一侧，多个所述第一平衡孔构造于所述弧形槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D3的第三圆上，所述铁芯本体1的外圆直径为D0，0.75≤D3/D0≤0.85。

本发明还提供一种电机转子，包括两个名义铁芯段以及处于两个所述名义铁芯段之间的有效铁芯段，所述有效铁芯段为一些技术方案中的转子铁芯，所述名义铁芯段为另一些技术方案中所述的转子铁芯，所述名义铁芯段具有的任一磁极内的Q轴与所述有效铁芯段具有的任一磁极内的Q轴不重合。

优选地，在所述有效铁芯段的任一径向面上投影，所述名义铁芯段与所述有效铁芯段分别具有的Q轴中任意相邻的两个Q轴之间的夹角为α，5°≤α≤10°。

优选地，所述有效铁芯段与所述名义铁芯段之间通过各自具有的V型槽焊接。

本发明还提供一种电机，包括上述的电机转子。

本发明提供的一种转子铁芯、电机转子、电机，通过在D轴附近用直线切边段代替转子铁芯外圆圆弧，能够改变定转子气隙(形成非均匀气隙)，优化D、Q轴气隙磁密，降低不同负载下的转矩脉动和齿槽转矩，有效消除谐波。

附图说明

图1为本发明一种实施例的转子铁芯的结构示意图，图中仅示出了多个磁极中的一个；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明另一种实施例的转子铁芯的结构示意图；

图4为本发明再一种实施例的电机的定转子结构示意图；

图5为本发明又一种实施例的电机的定转子结构示意图；

图6为本发明一种实施例的电机转子的立体结构示意图；

图7为采用本发明的技术方案的转子铁芯与相关技术中的转子铁芯第一磁桥处在不同的电机中心高下的最大应力对比图；

图8为采用本发明的技术方案的转子铁芯的电机与相关技术中的转子铁芯的电机在不同时间下的输出转矩的对比图。

附图标记表示为：

1、铁芯本体；11、圆弧段；12、切边直线段；13、斜边段；141、第一磁钢槽；1411、第一磁桥；142、第二磁钢槽；1421、第二磁桥；151、第一平衡孔；152、第二平衡孔；2、V型槽；3、铆钉孔；100、名义铁芯段；200、有效铁芯段。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供一种转子铁芯，包括铁芯本体1，所述铁芯本体1具有沿其周向均匀交替的多个磁极，任意相邻的两个磁极关于D轴对称，在所述铁芯本体1的任一径向面上，同一磁极内，所述铁芯本体1的外周壁具有关于Q轴(为每个所述磁极的对称轴)对称的圆弧段11以及处于所述圆弧段11的两端的切边直线段12，所述切边直线段12上任一点与所述铁芯本体1的轴心之间的连线长度短于所述圆弧段11上任一点与所述铁芯本体1的轴心之间的连线长度。该技术方案中，通过在D轴附近用直线切边段代替转子铁芯外圆圆弧，能够改变定转子气隙(形成非均匀气隙)，优化D、Q轴气隙磁密，降低不同负载下的转矩脉动和齿槽转矩，有效消除谐波。

进一步的，所述圆弧段11与所述两端的切边直线段12中的任一个的交点M与所述铁芯本体1的轴心之间的连线为第一直线，所述第一直线与与之相邻的D轴之间形成夹角θ，8°≤θ≤20°，可以理解的，关于所述D轴对称的另一磁极内的相应的交点例如可以为M’，所述M点与所述M’点分处切边直线段12的两个端部，对θ进行前述的角度限定，一方面能够防止角度过小导致的不易在所述切边直线段12上加工相应沟槽的弊端，另一方面则能够防止整个转子铁芯外圆切边过多，定转子气隙过大导致的电机输出转矩降低。

如前所述，在所述切边直线段12上还可以加工相应的沟槽，以进一步优化定转子气隙，最好的，所述切边直线段12远离与之处于同一磁极内的圆弧段11一端具有朝向所述铁芯本体1的轴心一侧倾斜延伸的斜边段13，所述斜边段13的末端与所述D轴相交并与与之相邻的磁极内的斜边段13共同形成关于所述D轴对称的V型槽2。进一步的，所述V型槽2的开口角度为δ，115°≤δ≤125°，可以理解的，所述铁芯本体1由多个沿其轴向叠装的冲片形成，此时，任意相邻的两个冲片之间通过所述V型槽2焊接。该技术方案中，在磁极交界处设置内凹的V型槽2，通过V型槽将铁芯本体1焊接，这样焊接对应位置的磁桥将被高温焊接从而使其磁阻增大(磁导率减小)，这利于降低磁桥处的漏磁，提高电机输出转矩，另外，转子铁芯的外圆经过焊接后结构强度将得到提高。图8示出了采用本发明的技术方案的转子铁芯的电机与相关技术中的转子铁芯的电机不同时间下的输出转矩在的对比图，可以看出由于对V型槽2处的焊接操作，相应的电机输出转矩提升了2％～3％，转矩脉动平均下降2.5％。

作为一种具体的实施方式，在所述同一磁极内，所述铁芯本体1上构造有第一磁钢槽141以及处于所述第一磁钢槽141的径向外侧的第二磁钢槽142，所述第一磁钢槽141及所述第二磁钢槽142皆关于Q轴对称，所述第一磁钢槽141的径向外端与所述V型槽2之间形成第一磁桥1411，所述第二磁钢槽142的径向外端与所述切边直线段12之间形成第二磁桥1421，当所述V型槽2被焊接后，所述第一磁桥1411的磁通宽度小于所述第二磁桥1421的磁通宽度，该技术方案中，所述第一磁桥1411处的磁通宽度虽然小于所述第二磁桥1421处的磁通宽度，但是由于所述第一磁桥1411靠近所述V型槽2且所述V型槽2处进行高温焊接，因此其具有较大的磁阻，从而能够降低漏磁、电机输出转矩得到提高，相应的结构强度也得到提高。具体的，图7示出了采用本发明的技术方案的转子铁芯与相关技术中的转子铁芯第一磁桥1411处在不同的电机中心高下的最大应力对比图，可以看出，采用本发明的技术方案后在第一磁桥1411处最大应力降低6％～9％。进一步的，所述第一磁钢槽141以及第二磁钢槽142中皆可以装设铁氧体永磁体，进而能够提升电机的整体输出转矩。

在一些实施方式中，所述铁芯本体1上还构造有多个第一平衡孔151，多个所述第一平衡孔151环绕所述铁芯本体1的轴心间隔设置，所述第一平衡孔151的设计目的在于将对应的铁芯本体1能够作为电机转子的挡板使用，进而能够替代现有技术中的铝质端板等，而采用铁芯本体1作为转子端板能够实现其外周侧通过所述V型槽2的焊接目的，如此，能够至少不再需要对转子铁芯的外周进行铆钉连接，有效避免转子铁芯的外圆翘片现象发生，从而能够有效提高转子铁芯的叠压系数，而前述第一平衡孔151的设计目的在于根据转子铁芯的动平衡状况选择性的连接相应的质量平衡块于所述第一平衡孔151中，从而例如保证电机转子的动平衡。

所述第二磁钢槽142在结构形式上可以是多样的，例如可以是图1至3中所示出的V字槽或者V字平底槽，也可以是图4至5中所示出的弧形槽。

例如，当所述第二磁钢槽142为V字槽时，多个所述第一平衡孔151构造于所述V字槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D1的第一圆上，所述铁芯本体1的外圆直径为D0，0.8≤D1/D0≤0.9。进一步的，所述V字槽的槽体空间内还构造有多个第二平衡孔152，多个所述第二平衡孔152环绕所述铁芯本体1的轴心间隔设置，且处于多个所述第二平衡孔152的径向内侧，多个所述第二平衡孔152处于以所述轴心为圆心、直径为D2的第二圆上，0.65≤D2/D0≤0.7。由此，通过多个所述第一平衡孔151、第二平衡孔152的设置，使平衡孔形成双排结构，能够适用于大基座电机(中心高高于100mm的电机)不平衡量较大的工况，使动平衡校正更加灵活、精准。最好的，所述第一平衡孔151的直径为d1，所述第二磁钢槽142的最大宽度为B，1.3≤d1/B≤1.45；和/或，所述第二平衡孔152的直径为d2，所述第二磁钢槽142的最大宽度为B，1.3≤d2/B≤1.45。

再例如，当所述第二磁钢槽142为弧形槽，所述弧形槽的圆心处于所述环形槽远离所述铁芯本体1的轴心的一侧时，多个所述第一平衡孔151构造于所述弧形槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D3的第三圆上，所述铁芯本体1的外圆直径为D0，0.75≤D3/D0≤0.85。该技术方案中，通过多个所述第一平衡孔151的设置，使平衡孔形成单排结构，能够适用于小基座电机(中心高为80mm、90mm、100mm的电机)不平衡量较小的工况。

在所述铁芯本体1靠近轴孔的一侧环绕所述轴孔还构造有多个铆钉孔3，以能够对所述铁芯本体1靠近轴孔的位置施加轴向叠压，其与所述铁芯本体1的外周壁上的V型槽2的焊接一起进一步提升了所述转子铁芯的叠压系数。

根据本发明的实施例，还提供一种电机转子，包括两个名义铁芯段100(具体例如图3、5所示出的结构)以及处于两个所述名义铁芯段100之间的有效铁芯段200(具体例如图1、2、4所示出的结构)，所述有效铁芯段200为一些技术方案中的转子铁芯，所述名义铁芯段100为另一些技术方案中所述的转子铁芯，所述名义铁芯段100具有的任一磁极内的Q轴与所述有效铁芯段200具有的任一磁极内的Q轴不重合，也即，在实际的组装过程中，所述名义铁芯段100与所述有效铁芯段200之间形成一定角度的偏转，以能够通过两个所述名义铁芯段100实现对所述有效铁芯段200内插装的永磁体进行轴向的封堵，防止运行过程中永磁体的脱出。具体的，在所述有效铁芯段200的任一径向面上投影，所述名义铁芯段100与所述有效铁芯段200分别具有的Q轴中任意相邻的两个Q轴之间的夹角为α，5°≤α≤10°。如前所述，所述有效铁芯段200与所述名义铁芯段100之间通过各自具有的V型槽焊接，从而无需现有技术中的采用铆钉对转子铁芯的外周侧的连接，提升了转子铁芯的叠压系数，还能够有效提升转子铁芯的结构强度。

根据本发明的实施例，还提供一种电机，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。

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

Claims (13)

1.一种转子铁芯，其特征在于，包括铁芯本体（1），所述铁芯本体（1）具有沿其周向均匀交替的多个磁极，任意相邻的两个磁极关于D轴对称，在所述铁芯本体（1）的任一径向面上，同一磁极内，所述铁芯本体（1）的外周壁具有关于Q轴对称的圆弧段（11）以及处于所述圆弧段（11）的两端的切边直线段（12），所述切边直线段（12）与所述圆弧段（11）相接，所述切边直线段（12）上任一点与所述铁芯本体（1）的轴心之间的连线长度短于所述圆弧段（11）上任一点与所述铁芯本体（1）的轴心之间的连线长度；所述圆弧段（11）与所述两端的切边直线段（12）中的任一个的交点与所述铁芯本体（1）的轴心之间的连线为第一直线，所述第一直线与与之相邻的D轴之间形成夹角θ，8°≤θ≤20°；所述切边直线段（12）远离与之处于同一磁极内的圆弧段（11）一端具有朝向所述铁芯本体（1）的轴心一侧倾斜延伸的斜边段（13），所述斜边段（13）的末端与所述D轴相交并与与之相邻的磁极内的斜边段（13）共同形成关于所述D轴对称的V型槽（2）。

2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述V型槽（2）的开口角度为δ，115°≤δ≤125°。

3.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述铁芯本体（1）由多个沿其轴向叠装的冲片形成，任意相邻的两个冲片之间通过所述V型槽（2）焊接。

4.根据权利要求3所述的转子铁芯，其特征在于，在所述同一磁极内，所述铁芯本体（1）上构造有第一磁钢槽（141）以及处于所述第一磁钢槽（141）的径向外侧的第二磁钢槽（142），所述第一磁钢槽（141）及所述第二磁钢槽（142）皆关于Q轴对称，所述第一磁钢槽（141）的径向外端与所述V型槽（2）之间形成第一磁桥（1411），所述第二磁钢槽（142）的径向外端与所述切边直线段（12）之间形成第二磁桥（1421），当所述V型槽（2）被焊接后，所述第一磁桥（1411）的磁通宽度小于所述第二磁桥（1421）的磁通宽度。

5.根据权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，所述铁芯本体（1）上还构造有多个第一平衡孔（151），多个所述第一平衡孔（151）环绕所述铁芯本体（1）的轴心间隔设置。

6.根据权利要求5所述的转子铁芯，其特征在于，所述第二磁钢槽（142）为V字槽，多个所述第一平衡孔（151）构造于所述V字槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D1的第一圆上，所述铁芯本体（1）的外圆直径为D0，0.8≤D1/D0≤0.9。

7.根据权利要求6所述的转子铁芯，其特征在于，所述V字槽的槽体空间内还构造有多个第二平衡孔（152），多个所述第二平衡孔（152）环绕所述铁芯本体（1）的轴心间隔设置，且处于多个所述第二平衡孔（152）的径向内侧，多个所述第二平衡孔（152）处于以所述轴心为圆心、直径为D2的第二圆上，0.65≤D2/D0≤0.7。

8.根据权利要求7所述的转子铁芯，其特征在于，所述第一平衡孔（151）的直径为d1，所述第二磁钢槽（142）的最大宽度为B，1.3≤d1/B≤1.45；和/或，所述第二平衡孔（152）的直径为d2，所述第二磁钢槽（142）的最大宽度为B，1.3≤d2/B≤1.45。

9.根据权利要求5所述的转子铁芯，其特征在于，所述第二磁钢槽（142）为弧形槽，所述弧形槽的圆心处于所述弧形槽远离所述铁芯本体（1）的轴心的一侧，多个所述第一平衡孔（151）构造于所述弧形槽的槽体空间内，且处于以所述轴心为圆心、直径为D3的第三圆上，所述铁芯本体（1）的外圆直径为D0，0.75≤D3/D0≤0.85。

10.一种电机转子，其特征在于，包括两个名义铁芯段（100）以及处于两个所述名义铁芯段（100）之间的有效铁芯段（200），所述有效铁芯段（200）为权利要求1至4中任一项所述的转子铁芯，所述名义铁芯段（100）为权利要求7至9中任一项所述的转子铁芯，所述名义铁芯段（100）具有的任一磁极内的Q轴与所述有效铁芯段（200）具有的任一磁极内的Q轴不重合。

11.根据权利要求10所述的电机转子，其特征在于，在所述有效铁芯段（200）的任一径向面上投影，所述名义铁芯段（100）与所述有效铁芯段（200）分别具有的Q轴中任意相邻的两个Q轴之间的夹角为α，5°≤α≤10°。

12.根据权利要求10所述的电机转子，其特征在于，所述有效铁芯段（200）与所述名义铁芯段（100）之间通过各自具有的V型槽焊接。

13.一种电机，其特征在于，包括权利要求10至12中任一项所述的电机转子。

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