CN117353502B - 一种转子机壳、转子及高性能铁氧体永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子机壳、转子及高性能铁氧体永磁电机,涉及外转子电机技术领域,包括机壳本体,所述机壳本体内设置多个凸块,所述凸块与转子极数相对应设置。本发明通过设置多个凸块,使转子机壳的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低,通过调节设置于磁瓦之间的凸块的尺寸,从而获得磁阻转矩,降低电机铜损,达到提效的作用,而且可以提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能。
Description
技术领域
本发明属于外转子电机技术领域,具体涉及一种转子机壳、转子及高性能铁氧体永磁电机。
背景技术
外转子同步电机包括转子,其中转子包括内表设置磁瓦的转子机壳,常规使用永磁转矩使转子进行工作,以达到输出扭矩于外部的效果;而传统外转子同步电机采用表贴式磁瓦,同时通过修改磁瓦表面结构优化磁场,但磁瓦和空气的磁阻相同,仅仅只能利用到永磁转矩,目前磁瓦成本日渐上涨,开发一种能利用磁阻转矩的外转子表贴式电机有很大的重要性,具有较大磁阻转矩的永磁电机因其可以产生较大的磁阻转矩而对永磁转矩的要求更低,不仅可以减少永磁体的用量,降低成本,而且可以提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能。
此外,传统的转子机壳底部为加工方便,往往采用内外圆同心倒圆的结构,但往往忽略了流体的影响,导致电机风摩损耗大,设计一种减少风摩损耗的转子机壳很是必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转子机壳、转子及高性能铁氧体永磁电机,以解决上述技术问题,对机壳本体的结构进行改进,从而获得磁阻转矩,达到提效的作用,使转子机壳的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案如下:
一种转子机壳,包括机壳本体,所述机壳本体内设置多个凸块,所述凸块与转子极数相对应设置。所述凸块表面设置圆弧面;以所述机壳本体的轴心为圆心,所述凸块设置的角度范围α满足360°/P*0.23≤α≤360°/P*0.3;其中P为转子极数;通过设置多个凸块,使转子机壳的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低,而且可以提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能。
优选的,所述圆弧面的圆心在半径为R1的内圆上,所述机壳本体的转子内径为R,所述圆弧面的圆心位置满足0.973*R≤R1≤0.985*R。以机壳本体的转子内径的圆心为初始点,所述圆弧面的圆心位置与机壳本体的内径的圆心之间的距离为R1满足0.973*R≤R1≤0.985*R ;所述圆弧面的圆心位置的设置,使转子机壳的磁阻转矩获得较高利用率。
优选的,所述凸块沿机壳本体的轴向多段间隔设置。其中凸块的段数与凸块所设置的相对位置可根据电机的噪音情况进行调整,为避免因过大的磁阻转矩可能导致电机噪音过大的问题,可对凸块的分段数以及凸块之间的间隔位置进行调整,以满足在可接受的噪音阈值范围内。
优选的,所述凸块之间设置磁瓦固定槽。
优选的,所述磁瓦固定槽包括与机壳本体内部相贴合的贴合面、与贴合面相对设置的第一端面、连接第一端面与贴合面的第二端面。所述第二端面平行设置于第一端面与贴合面的两侧。
优选的,所述第一端面的剖切形状为圆弧形。使第一端面与磁瓦的贴合更平整,贴合效果更佳,所述贴合面的剖切形状为圆弧形,其中贴合面的形状与机壳本体的内侧面相同,保持磁瓦贴合的平整度。
优选的,所述磁瓦固定槽两侧设置用于减少磁漏的开孔。所述开孔设置于第二端面上。
优选的,所述机壳本体端部设置倒角,所述倒角的曲线形状满足拟合公式y=0.0004x3-0.0541x2+2.5138x-33.763。机壳本体一端为形状为探头形状,所述倒角形状满足拟合公式,以减少风阻,降低转子机壳的发热量,同时避免因风阻过大从而影响转子的转速,从而提高电机的整体性能效果。
一种转子,包括如上所述的转子机壳。
一种高性能铁氧体永磁电机,包括如上所述的转子。
本申请取得了有益的技术效果:本发明的机壳本体通过设置多个凸块,对机壳本体的结构进行改进,从而获得磁阻转矩,达到提效的作用,使转子机的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低。
匹配风轮的流体技术,对转子的机壳本体的外形进行创新设计,让流体更加顺滑的吸入,增加流体进风量,提升整机流体效率0.5%。同时利用高性能的烧结铁氧体材料,结合我司电磁仿真技术,攻克了风机高效的要求,电机本体效率达到93%以上。
附图说明
图1 所示为转子机壳的结构示意图。
图2 所示为转子机壳的俯视结构示意图。
图3 所示为凸块多段分布的结构示意图。
图4所示为磁瓦固定槽设置开孔的结构示意图。
图5 所示为机壳本体设置倒角的结构示意图。
图6所示为圆弧面与机壳本体的对应关系示意图。
图7所示为凸块设置的角度范围示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
参照图1至6,本发明一实施例中的一种转子机壳,包括机壳本体1,所述机壳本体1内设置多个凸块2,所述凸块2与转子极数相对应设置。所述凸块2设置的数量与转子极数的数量相对应,当转子的极数为P,转子内圈对应设置P个凸块2。其中所述机壳本体1具体为外转子机壳。所述机壳本体1为非分体式组装式结构,为一体拉伸后加工成型,有利于保持同轴度。所述机壳本体1沿轴向垂直方向的外表面剖面为圆形;所述机壳本体1通过设置多个凸块2,对机壳本体1的结构进行改进,通过调节设置于磁瓦之间的凸块2的尺寸,从而获得磁阻转矩,降低电机铜损,达到提效的作用,使机壳本体1的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低,而且可以提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能。
设置凸块2的凸台结构的原理为:
1、因磁瓦和空气的磁阻相同,对磁瓦表面做切边处理或者改变极弧系数后,表贴式转子d轴和q轴磁阻依然相同,磁阻转矩为0;其中d轴即直轴,其在同步电机转子磁极中心线上;q轴即交轴,其在两磁极之间的中心线上。
2、转子机壳使用钢材,磁阻较小,通过采用凸台结构,d轴和q轴形成磁阻差,从而获得磁阻转矩。
3、电机的转矩由磁阻转矩加永磁转矩组成,
1)无凸台时极弧系数为1,磁阻转矩为0,永磁转矩为23.2N·m。
2)无凸台时极弧系数改为0.8,永磁转矩为22.13N·m,磁瓦用量减少,永磁转矩会减弱,q轴这部分的磁瓦用量对力矩的影响较小。
3)凸台结构极弧系数0.8时,磁阻转矩变大,永磁转矩为21.8N·m,磁阻转矩1.53N·m。
由此可见,设置凸块2可有效提高磁阻转矩,使转子机壳的磁阻转矩增大,从而降低降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低。
因高转速下反电动势过高限制了电机转速的上限,电机进入弱磁状态时,能对反电动势进行抑制,形成部分压降,此时永磁转矩会下降,有了磁阻转矩的增加,转矩下降的趋势会减弱,转速范围能更高。从而达到提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能的技术效果。
在其中一个实施例中,以所述机壳本体1的轴心为圆心,所述凸块2设置的角度范围α满足360°/P*0.23≤α≤360°/P*0.3;其中P为转子极数。如图7所示,以所述机壳本体1的轴心为圆心,凸块2的设置角度为α。表贴式外转子极弧系数从1减少到0.77时,永磁转矩变化不明显,即极弧系数超过0.77后磁瓦的利用率很低,磁阻转矩在这角度范围能获得最大的价值。设置该角度范围,使转子机壳的磁阻获得较高利用率。
在其中一个实施例中,所述凸块2表面设置圆弧面3。圆弧的中心为电机的q轴位置,要求该位置的磁阻略低,两侧渐渐增大,设置凸块2的表面为圆弧面3有利于电机转速波动不会太大,圆弧的具体尺寸可根据仿真软件转速波动情况做调整。
在其中一个实施例中,所述圆弧面3的圆心位置在半径为R 1的内圆上,所述机壳本体1的转子内径为R,所述圆弧面3的圆心位置满足0.973*R≤R1≤0.985*R。具体为以机壳本体1的转子内径的圆心为初始点,所述圆弧面3的圆心位置与机壳本体1的内径的圆心之间的距离R1满足0.973*R≤R1≤0.985*R ;R1范围的设置依据为:要求圆弧面3这部分的磁阻沿着q轴往两侧缓慢略微变大,然后再到磁瓦部分,需要有一个过渡过程,结合α这个角度、定子外径、转子内径制定下来的一个尺寸范围;所述圆弧面3的圆心位置的设置,由于此范围圆弧占整圆比例较小,能让凸块2整体面积较大,但这部分磁阻较小,磁阻转矩能获得较大数值;使转子机壳的磁阻转矩获得较高利用率,通过调节设置于磁瓦之间的凸块2的尺寸,从而获得磁阻转矩,降低电机铜损,达到提效的作用,使机壳本体1的磁阻转矩增大,从而降低永磁转矩的要求,增加磁阻转矩,对磁阻转矩进行利用,使永磁体的用量减少、成本降低 。
在其中一个实施例中,所述凸块2沿机壳本体1的轴向多段间隔设置。其中凸块2的段数与凸块2所设置的相对位置可根据电机的噪音情况进行调整,为避免因过大的磁阻转矩可能导致电机噪音过大的问题,可对凸块2的分段数以及凸块2之间的间隔位置进行调整,以满足在可接受的噪音阈值范围内。磁阻转矩越大,拉扯力越大,可能会导致转速波动过大,当客户对电机噪音要求严格时,会有噪音过大而无法完全满足客户要求的影响,磁阻转矩的大小取决于凸块2的长度和q轴的磁阻,合理的删减凸块2的高度有利于将磁阻转矩调整到合理的数值,而且凸块的删减加工是后期处理的,不用新开模具,可以根据客户对噪音的要求确认凸台总高度,分多端和一段总长度一样时,效果基本相同。
在其中一个实施例中,所述凸块2多段多排间隔设置于机壳本体1内。
在其中一个实施例中,所述凸块2之间设置磁瓦固定槽4。设置磁瓦固定槽4对磁瓦进行固定,其中磁瓦固定槽4与凸块2相邻且多组设置,使磁阻转矩与永磁转矩相叠加,具有较大磁阻转矩的永磁电机因其可以产生较大的磁阻转矩而对永磁转矩的要求更低,不仅可以减少永磁体的用量,降低成本,而且可以提高弱磁调速范围,提供与永磁同步电机相近的性能。
在其中一个实施例中,所述磁瓦固定槽4包括与机壳本体1内部相贴合的贴合面41、与贴合面41相对设置的第一端面42、连接第一端面42与贴合面41的第二端面43。所述第二端面43平行设置于第一端面42与贴合面41的两侧,使磁瓦更好地进行固定。
在其中一个实施例中,所述第一端面42的剖切形状为圆弧形。使第一端面42与磁瓦的贴合更平整,贴合效果更佳,所述贴合面41的剖切形状为圆弧形,其中贴合面41的形状与机壳本体1的内侧面相同,保持磁瓦贴合的平整度。
在其中一个实施例中,所述磁瓦固定槽4两侧设置用于减少磁漏的开孔44。由于磁瓦磁通会有部分漏磁,漏磁通过磁瓦固定槽4两侧的回到磁瓦的另一边,这部分漏磁无法避免,两侧的厚度越小漏磁越小,但不易加工,开孔有相同功效,设置开孔44后漏磁能通过的路径变小,漏磁减少。所述开孔44设置于第二端面43上;所述开孔44的形状包括方形、圆形、椭圆形或其他形状,对形状不作要求,所述开孔44设置的数量不作要求,所述磁瓦固定槽4的高度为根据磁瓦固定槽4的内壁的厚度决定,主要确保磁密不过高,磁瓦固定槽4的两侧和内壁的厚度则跟漏磁以及电机的转速决定,电机在该转速下需保证受到的应力小于材料的抗拉强度,由于内壁薄但高度高,内壁磁通流通位置磁密就不会太高,但磁瓦固定槽高度一般受转子机壳限制,对电机高度有要求时,此时根据需求内壁厚度需要较两侧大很多。
在其中一个实施例中,所述机壳本体1端部设置倒角5,所述倒角5的曲线形状满足拟合公式y=0.0004x3-0.0541x2+2.5138x-33.763。其中x为横坐标的变量值,y为纵坐标所对应的值;机壳本体1一端为形状为探头形状,所述倒角5形状满足拟合公式,以减少风阻,降低转子机壳的发热量,同时避免因风阻过大从而影响转子的转速,从而提高电机的整体性能效果。所述倒角5满足上述拟合公式,有效提高流体的流动性以降低风阻及增加流体进入流量;匹配风轮的流体技术,对转子的机壳本体1的外形进行创新设计,让流体更加顺滑的吸入,增加流体进风量,提升整机流体效率0.5%。同时利用高性能的烧结铁氧体材料,结合我司电磁仿真技术,攻克了风机高效的要求,电机本体效率达到93%以上。
所述转子机壳适用于所有三相绕组变频调速或斩波调速电机,通过结构上的优化,在解决电机散热的同时,这种结构通过调节磁瓦间的铁芯尺寸,从而获得磁阻转矩,降低电机铜损,达到提效的作用。
在其中一个实施例中,一种转子,包括如上实施例任一所述的转子机壳。
在其中一个实施例中,一种高性能铁氧体永磁电机,包括如上实施例任一所述的转子。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上对本发明所提供的一种转子机壳、转子及高性能铁氧体永磁电机的实施例进行了详细阐述。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的原理的前提下,还可以本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种转子机壳,包括机壳本体(1),其特征在于,所述机壳本体(1)内设置多个凸块(2),所述凸块(2)与转子极数相对应设置;所述凸块(2)表面设置圆弧面(3);以所述机壳本体( 1 ) 的轴心为圆心, 所述凸块( 2 ) 设置的角度范围α 满足360°/P*0.23≤α≤360°/P*0.3;其中P 为转子极数;
所述圆弧面(3)的圆心位置在半径为R1的内圆上,其中内圆以机壳本体(1)的转子内径的圆心为圆心,所述机壳本体(1)的转子内径为R,所述圆弧面(3)的圆心位置满足0.973*R≤R1≤0.985*R;
所述凸块(2)沿机壳本体(1)的轴向多段间隔设置。
2.根据权利要求1 所述的转子机壳,其特征在于,所述凸块(2)之间设置磁瓦固定槽(4)。
3.根据权利要求2 所述的转子机壳,其特征在于,所述磁瓦固定槽(4)包括与机壳本体(1)内部相贴合的贴合面(41)、与贴合面(41)相对设置的第一端面(42)、连接第一端面(42)与贴合面(41)的第二端面(43)。
4.根据权利要求3 所述的转子机壳,其特征在于,所述第一端面(42)的剖切形状为圆弧形。
5.根据权利要求3 所述的转子机壳,其特征在于,所述磁瓦固定槽(4)两侧设置用于减少磁漏的开孔(44)。
6.根据权利要求1 所述的转子机壳,其特征在于,所述机壳本体(1)端部设置倒角(5),所述倒角(5)的曲线形状满足拟合公式y=0.0004x3-0.0541x2+2.5138x-33.763,其中x 为横坐标的变量值,y 为纵坐标所对应的值。
7.一种转子,其特征在于,包括如权利要求1-6 任一所述的转子机壳。
8.一种高性能铁氧体永磁电机,其特征在于,包括如权利要求7 所述的转子。
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