CN115955029A - 一种电机转子单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子单元，包括转子本体、永磁体单元，所述永磁体单元包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体，所述第一永磁体、第二永磁体沿转子本体周向分别位于第三永磁体两侧，第三永磁体的中心线与第一永磁体、第二永磁体中心线的夹角相等，并且所述第三永磁体的中心线通过所述转子本体的回转轴心。所述多个永磁体形成复合的永磁体单元。通过多个永磁体的结合优化磁极磁场，从而有效地抑制转矩脉动,减小电机振动和噪声。

Description

一种电机转子单元

技术领域

本发明涉及电机结构，具体涉及电机转子结构，尤其是电机转子中永磁体单元的结构。

背景技术

永磁同步电机系统具有一系列优越性能,如转矩密度高、效率高、动态性能好等,具有广泛的应用。但永磁电机的振动和噪声对位置伺服精度、平稳性影响的研究,仍然是一个亟待解决的问题。现有技术中，永磁同步电机的转子通常具有较为简单的结构，如图1所示，具有转子本体和永磁体，每一个永磁体均朝向转子的中心轴线围绕转子周向平均分布，并且通常一个永磁体作为电机转子的一个磁极,在外部定子线圈作用下驱动转子转动。

电机的振动和噪声主要来源于电磁振动,由电机转矩脉动和径向电磁力波动引起。永磁同步电机的转矩脉动主要来自三个方面：齿槽转矩、磁阻转矩脉动(针对内置式永磁同步电机)、电磁转矩脉动。针对不同的转矩脉动,可采用不同的措施降低其影响。电机的转矩波动、径向电磁力与气隙磁密波形密切相关,其谐波含量影响电机的振动和噪声。对内置式永磁同步电机来说,气隙磁密波形则与转子表面铁心形状有关。合理优化永磁体或者转子铁心形状,可以有效地减小气隙磁密中的谐波含量,削弱齿槽转矩和反电势中的谐波,抑制转矩脉动,降低径向电磁力波动幅值,减小电机振动和噪声。

根据现有技术的披露，可以通过双层永磁体的布置改善转矩脉动，例如CN108075585B公开的技术内容，在该技术方案中，多个永磁体置于转子芯内，并且相对于转子芯的外周侧和内周侧呈两层进行配置，从而缓和永磁体之间的磁路中的磁通密度。但在该技术方案中，每个永磁体单元至少包括六个永磁体，客观上数量越多的永磁体会导致磁场的磁通路更加复杂，从而使磁路中的磁通密度趋向不均匀；同时永磁体作为一种昂贵材料，尤其是采用了稀土材料的永磁体，永磁体单元中采用越多数量的永磁体也意味着越高的成本。更重要的是，该文件未能披露不同永磁体间角度和尺寸的具体关系，从而使该技术方案的实现显得较为困难。

本发明是鉴于上述原因而完成的,其目的在于提供一种具有复合磁体单元的电机转子,通过不同类型的磁体以及磁体间的位置排布，提升电机性能，并尽可能地降低成本。

发明内容

为解决上述技术问题，我们需要一种相对于现有技术更加合理的转子结构，避免因永磁体之间的排布导致的磁通泄漏，并且通过复合磁体的应用尽可能降低成本。具体方案如下：

一种电机转子单元，包括转子本体、永磁体单元，所述转子本体具有回转轴心，所述转子本体围绕所述回转轴心旋转；所述永磁体单元包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体，所述第一永磁体、第二永磁体沿转子本体周向分别位于第三永磁体两侧，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体均具有中心线，第三永磁体的中心线与第一永磁体、第二永磁体中心线的夹角相等，并且所述第三永磁体的中心线通过所述转子本体的回转轴心，所述第一永磁体、第二永磁体中心线均不通过所述回转轴心。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体的中心线与第三永磁体的中心线相交于转子本体周边内侧，所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向外凸出。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体的中心线与第三永磁体的中心线相交于转子本体周边外侧，所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向内凸出。

作为一种优选方案，所述第三永磁体长轴方向的中心线垂直指向所述转子本体的回转轴心。

作为一种优选方案，所述第三永磁体短轴方向的中心线垂直指向所述转子本体的回转轴心。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向外凸出设置时，所述第三永磁体相对于第一永磁体和第二永磁体更靠近所述转子本体的中心方向；所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向内凸出设置时，所述第三永磁体相对于第一永磁体和第二永磁体更远离所述转子本体的中心方向。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相反的磁极，第三永磁体两面的磁极与其最近的第一永磁体或第二永磁体对应面的磁极相反。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相同的磁极，第三永磁体靠近第一永磁体和第二永磁体的面具有与第一永磁体、第二永磁体对应面相反的磁极。

作为一种优选方案，所述第一永磁体、第二永磁体具有相同的磁通量，所述第三永磁体的磁通量小于第一永磁体的磁通量。在这种情况下，第三永磁体主要目的在于优化磁体单元作为整体磁场的分布情况，因而可以采用较为低廉的永磁体作为第三永磁体，例如铁氧体永磁体。

本发明的上述方案针对现有技术中的缺陷，提出了复合磁极单元结构，通过多个永磁体的结合优化磁极磁场，可以有效地减小气隙磁密中的谐波含量,抑制转矩脉动,减小电机振动和噪声。

附图说明

附图1为现有技术中转子结构示意图；

附图2为本发明的电机转子单元结构一的示意图；

附图3为本发明的电机转子单元结构二的示意图；

附图4为本发明的电机转子单元结构三的示意图；

附图5为本发明的电机转子单元结构四的示意图；

附图中相关标记分别为：

转子1、转子中心孔2、永磁体单元3、散热孔4；

转子本体11、21、31、41；

中心孔12、22、32、42；

第一永磁体131、231、331、431；第一永磁体中心线L2；

第二永磁体132、232、332、432；第二永磁体中心线L3；

第三永磁体133、233、333、433；第三永磁体中心线L1

具体实施方式

为使本发明所解决的技术问题，采用的技术构思和技术手段，以及达成的技术效果便于理解，结合具体实施例进一步阐述本发明内容。

在下文中,将参照附图描述根据本公开的实施例的转子结构。

参照图2所示,根据本发明的用于电机中的转子的第一实施例可以包括转子本体11和永磁体单元，本领域技术人员能够理解，通常电机的转子整体呈圆柱形,而永磁体则为长方体结构，永磁体沿转子轴向延伸的长度并非本发明所关注的重点，本发明关于磁极单元结构的优化主要在于垂直于转子周向的剖面结构关系，也就是如图2所展示的结构关系。图2展示了转子的一个磁极单元中转子本体以及永磁体单元的位置和结构关系。具体包括，所述转子本体具有回转轴心，也就是转子圆柱体的中心轴心线。由于图2为垂直于转子轴向的剖面结构图，因此该回转轴心在图2中实际体现为一个点，也就是图中两条转子直径的交点位置（中心孔12的圆心）。可以理解的是，所述转子本体11围绕所述回转轴心旋转；作为该实施例中的重点内容，该磁极单元的永磁体单元包括三个独立的永磁体，即第一永磁体131、第二永磁体132、第三永磁体133，所述第一永磁体131、第二永磁体132沿转子本体周向分别位于第三永磁体133两侧，而第三永磁体133则位于其他两个永磁体的中间。

如图2-5所示，所述第一永磁体、第二永磁体之间均具有夹角，该夹角设置为向外凸出或向内凸出，可以理解的是，所述的内、外相对于转子的中心和圆周而言，即朝向转子中心为内，朝向转子圆周为外。

如图2、4所示，第一永磁体与第二永磁体之间的夹角向外凸出，在这种结构中，第三永磁体设置为相对于第一永磁体和第二永磁体更靠近所述转子本体的中心方向。如图3、5所示，第一永磁体与第二永磁体之间的夹角向内凸出，在这种结构中，第三永磁体设置为相对于第一永磁体和第二永磁体更远离所述转子本体的中心方向，或者说更靠近转子圆周。

如图3所示，所述第一永磁体231、第二永磁体232、第三永磁体233均具有中心线。可以理解的是，对于长方体结构的永磁体，其本身具有三个中心线，而其中沿转子轴向延伸的中心线显然不在本发明技术档案的考虑之列，因为该中心线通常均设置为平行于转子的回转轴心，本发明主要通过永磁体其他中心线的设置优化磁极单元结构。

如图3所示，与图1所展示的现有永磁体设置不同，第一永磁体231的短轴方向中心线L2并不通过转子的回转轴心，而是偏离转子的回转轴心。第二永磁体232的短轴方向中心线L3同样不通过转子的回转轴心，并且具有与第一永磁体231的短轴方向中心线L2相同的偏离量。第三永磁体233的长轴方向中心线L1则通过转子的回转轴心。由此，可以认为第一永磁体231与第二永磁体232相对于第三永磁体对称设置。

如图4、5所示，与图2、3的永磁体单元结构不同的是，第三永磁体的长轴方向不再指向转子的回转轴心，而其短轴方向则指向转子回转轴心。如图4所示，该结构中第三永磁体333位于第一永磁体331和第二永磁体332的内侧。如图5所示，该结构中第三永磁体433位于第一永磁体431和第二永磁体432的外侧。

如图2、3所示，这种结构下第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相反的磁极，第三永磁体两面的磁极与其最近的第一永磁体或第二永磁体相应面的磁极相反。具体地，图2中第一永磁体131内侧磁极为N，与该侧相对应的第二永磁体132内侧磁极则为S。第三永磁体左侧磁极为S，与最接近的第一永磁体131内侧磁极相反；第三永磁体右侧磁极为N，与最接近的第二永磁体132内侧磁极相反。

如图4、5所示，这种结构下所述第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相同的磁极，第三永磁体靠近第一永磁体和第二永磁体的面具有与第一永磁体、第二永磁体对应面相反的磁极。具体地，图4中第一永磁体331内侧磁极为S，与该侧相对应的第二永磁体332内侧磁极同样为S，第三永磁体333上侧面磁极则为N。图5中第一永磁体431外侧磁极为N，与该侧相对应的第二永磁体432外侧面磁极同样为N，第三永磁体433下侧面磁极则为S。

可以理解的是，本发明中第三永磁体的主要目的在于优化磁极单元的磁场分布，为了降低成本，第三永磁体可以设置为较小的磁场强度。

一方面，第三永磁体可以采用与第一永磁体和第二永磁体不同类型的磁体，例如第一永磁体、第二永磁体采用钕铁硼永磁体，而第三永磁体则采用铁氧体永磁体。

另一方面，第三永磁体长轴长度可以设为相较于第一永磁体和第二永磁体长轴长度更小的值，而第一永磁体和第二永磁体的长轴长度则相同。例如将第三永磁体长轴长度设为第一永磁体长轴长度的1/3-2/3。应当能够理解的是，本发明所指的“长轴长度”是在附图2-5均为垂直于转子回转轴心的截面图下前提下进行的描述，在这种情况下，所述长轴长度实际上是指永磁体三维尺寸中的宽度，而短轴长度则指永磁体三维尺寸中的厚度。永磁体三维尺寸中的长度不在本发明的讨论之列，这是因为各个永磁体在转子轴向上的长度总是相等的。

作为一种更优的实施方式，本发明通过第三永磁体与第一永磁体之间的夹角来确定第三永磁体的长轴长度。第一永磁体的长轴长度W1与第三永磁体的长轴长度W3之间满足以下公式：

其中 α为第一永磁体与第三永磁体之间的夹角。

上述实施例仅为在本发明技术构思的基础上进行的不同改进和/或结合，显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有其他变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种电机转子单元，包括转子本体、永磁体单元，其特征在于：

所述转子本体具有回转轴心，所述转子本体围绕所述回转轴心旋转；

所述永磁体单元包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体，所述第一永磁体、第二永磁体沿转子本体周向分别位于第三永磁体两侧，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体均具有中心线，第三永磁体的中心线与第一永磁体、第二永磁体中心线的夹角相等，并且所述第三永磁体的中心线通过所述转子本体的回转轴心，所述第一永磁体、第二永磁体中心线均不通过所述回转轴心。

2.根据权利要求1所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体的中心线与第三永磁体的中心线相交于转子本体周边内侧，所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向外凸出。

3.根据权利要求1所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体的中心线与第三永磁体的中心线相交于转子本体周边外侧，所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向内凸出。

4.如权利要求2或3任一项所述的电机转子单元,其特征在于,所述第三永磁体长轴方向的中心线垂直指向所述转子本体的回转轴心。

5.如权利要求2或3所述的电机转子单元,其特征在于,所述第三永磁体短轴方向的中心线垂直指向所述转子本体的回转轴心。

6.如权利要求5所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向外凸出设置时，所述第三永磁体相对于第一永磁体和第二永磁体更靠近所述转子本体的中心方向；所述第一永磁体、第二永磁体的夹角向内凸出设置时，所述第三永磁体相对于第一永磁体和第二永磁体更远离所述转子本体的中心方向。

7.如权利要求4所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相反的磁极，第三永磁体两面的磁极与其最近的第一永磁体或第二永磁体相应面的磁极相反。

8.如权利要求5所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体相对应的面具有相同的磁极，第三永磁体靠近第一永磁体和第二永磁体的面具有与第一永磁体、第二永磁体对应面相反的磁极。

9.如权利要求1所述的电机转子单元,其特征在于,所述第一永磁体、第二永磁体具有相同的磁场强度，所述第三永磁体的磁场强度小于第一永磁体的磁场强度。

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