CN205385357U - 一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内置式永磁电机转子结构，其包括转子冲片(1)和设置于所述转子冲片(1)内部的用于放置磁体(3)的多个磁槽(2)，定义所述转子结构的一对极下两个磁极极弧角度分别为第一极弧角度α和第二极弧角度θ，第一极弧角度α被其所在的磁极中心线分为α1和α2，第二极弧角度θ被其所在的磁极中心线分为θ1和θ2，并且一对极下，至少有一极满足：θ1≠θ2或者α1≠α2，其中一对极是相邻两磁槽中的磁体形成的对极。通过本实用新型能够有效使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效减小齿槽转矩及转矩脉动，同时又还能维持或提升原有的电机运行稳定性及可靠性；而且电机效率不降低。本实用新型还涉及具有该转子结构的电机。

Description

一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机

技术领域

本实用新型属于永磁电机技术领域，具体涉及一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机。

背景技术

现有技术中1、专利CN1278472C通过在转子外圆开有V型凹槽及切边槽，并且切边槽不对称，其转子由多段轴向相互错位的铁芯组成，使得齿槽转矩与绕组产生的转矩相位180°来降低转矩脉动，但由于各段铁心外圆开槽结构不一样，电机工艺复杂，不便于量产，而且由此可能带来电机性能的下降，电机成本增加。

2、已授权专利CN102684337B及CN102624116B提供一种电机转子分段结构，相邻两段转子铁心磁极夹角为360°/[N*LCM(Z1,2P)]，N为转子分段数，Z1为定子槽数，P为电机极对数，LCM(Z1,2P)为Z1和P最小公倍数，可以减少漏磁，削弱齿槽效应，同样其各段铁心及隔板螺栓孔位置不一样，可能需要多投入模具，生产成本增加。

3、已授权专利CN101796706B通过设置转子外圆为多段偏心圆弧构成，并优化极靴与磁体宽度比值，最后通过分段，达到较小转矩脉动，增加气隙磁密正弦度的目的。

以上的专利转子结构均使用分段结构，实现减小齿槽转矩及转矩脉动的目的，但其在减小齿槽转矩及转矩脉动的同时还导致了电机运行稳定性及可靠性等性能的下降，成本增加等缺陷，因此本实用新型研究设计出一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的永磁电机存在无法实现既能够有效减小齿槽转矩及转矩脉动，又还能使得维持原有的电机性能、工作效率的缺陷，从而提供一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机。

本实用新型提供一种内置式永磁电机转子结构，其包括转子冲片和设置于所述转子冲片内部的用于放置磁体的多个磁槽，定义所述转子结构的一对极下两个磁极极弧角度分别为第一极弧角度α和第二极弧角度θ，第一极弧角度α被其所在的磁极中心线分为α1和α2，第二极弧角度θ被其所在的磁极中心线分为θ1和θ2，并且一对极下，至少有一极满足：θ1≠θ2或者α1≠α2，其中一对极是相邻两磁槽中的磁体形成的对极。

优选地，一对极下，其中所述第一极弧角度α满足：0.8τ<α<τ,其中τ为极距，τ＝180°/p，p为电机极对数。

优选地，一对极下，所述第二极弧角度θ满足：τ<θ<1.2τ。

优选地，在每个所述磁槽内设有多处向磁钢槽延伸方向的中轴线凸出的内突起和多处向转子外圆方向凸出的外突起。

优选地，在极弧角度为α的磁极中心线周向两侧、且位于该磁极的磁槽与转子结构周向边缘的径向之间的位置处开设有矩形孔。

优选地，两个相邻的所述矩形孔的与所述转子中心之间的连线之间所形成的角度为β，并满足：β＝2*360°/Z，其中Z为电机的定子槽数。

优选地，定义所述矩形孔的宽度为M，长度为L，并有0.6k≤M≤1.5k，其中k为电机定子的定子齿宽度；且M≤L≤2M；矩形孔外边到转子铁心外表面的距离大于1倍气隙宽度，小于2倍气隙宽度，其中气隙宽度是转子外表面到定子内表面的宽度。

优选地，所述转子结构为沿其轴线方向2段以上的分段结构，且相邻的两段之中的一段为正置铁芯，另一段为将与上述的正置铁芯设置位置相同的铁芯沿切割轴线的方向翻转180°后再以转轴旋转一个极距角度τ而形成的反置铁芯。

优选地，所述正置铁芯轴向总高度等于反置铁芯轴向总高度。

优选地，相邻的转子段之间设置有不导磁的隔板，且所述隔板与所述转子冲片的外径相同。

本实用新型还提供一种电机，包括定子与转子，其中该转子为前述的任一项转子结构。

优选地，电机为分布卷内置式永磁电机。

本实用新型提供的一种内置式永磁电机转子结构及具有其的电机具有如下有益效果：

1.能够有效使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效减小齿槽转矩及转矩脉动，同时又还能维持或提升原有的电机运行稳定性及可靠性；而且电机效率不降低；

2.本实用新型的转子结构的技术方案仅有一种结构冲片，结构相对简单，工艺易于实现，制造成本低；

3.通过在极弧角度为α的磁极中心线周向、且位于该磁极的磁槽与转子结构周向边缘的径向之间的位置处两侧开有矩形孔的方式，能够有效地改变磁力线走向，进一步降低齿槽转矩，减少谐波；

4.本实用新型采用同一转子冲片实现转子分段错位的功能，进一步减小电机转矩脉动及不平衡电磁力，通过在分段转子段之间设置不导磁的隔板可以有效减少漏磁及涡流损耗；

5.本实用新型提供的一种内置式永磁电机转子结构，可以有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，降低电机振动噪声，便于实现精确控制，提升电机运行稳定性及可靠性；工艺易于实现，制造成本低。

附图说明

图1是本实用新型的电机转子冲片结构图；

图2是本实用新型转子铁芯爆炸图；

图3是图2的转子铁芯的左视图(其中虚线9表示正置铁芯，实线10表示反置铁芯)；

图4是本实用新型的隔板的正面结构示意图；

图5为原有技术方案与本技术方案实施例子转矩对比图；

图6为原有技术方案与本技术方案实施例子齿槽转矩曲线对比图。

图中附图标记表示为：

1—(硅钢片)转子冲片，2—磁槽，3—磁体，4—内突起，5—外突起，6—铆钉孔，7—转子轴孔，8—矩形孔，9—正置铁芯，10—反置铁芯，11—隔板，12—铆钉。

具体实施方式

如图1-3所示，本实用新型提供一种内置式永磁电机转子结构，包括转子冲片1(优选为硅钢片材料)和设置于所述转子冲片1内部的用于放置磁体3(优选为磁钢)的多个磁槽2，以及和转轴配合的轴孔7极铆钉孔6，其中转子一对极下N、S磁极配置不一样，定义所述转子结构的一对极下两个磁极极弧角度分别为第一极弧角度α与第二极弧角度θ，通过在靠近转子外圆磁钢槽端部设置不对称隔磁孔可改变极弧角度，第一极弧角度α被其所在的磁极中心线d轴分为α1和α2(同一极下的α1和α2满足：α1+α2＝α)，第二极弧角度θ被其所在的磁极中心线d轴分为θ1和θ2(同一极下的θ1和θ2满足：θ1+θ2＝θ)，极弧角度为α、θ的磁极在转子圆周方向间隔交替配置；并且，一对极下，至少有一极满足：θ1≠θ2或者α1≠α2。

通过以上的设置方式，使得同一极下左右磁场相对于理论磁极中心d轴成不对称关系，能够有效地使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效削弱电机齿槽转矩。同时又还能维持或提升原有的电机运行稳定性及可靠性；而且电机效率不降低。本实用新型的技术方案仅有一种结构冲片，结构相对简单，工艺易于实现，制造成本低。

进一步优选地，一对极下每极都满足θ1≠θ2，α1≠α2；进一步地使得同一极下左右磁场相对于理论磁极中心d轴成不对称关系，更优地能够有效地使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效削弱电机齿槽转矩。同时维持或提升原有的电机运行稳定性及可靠性；而且电机效率不降低的效果。

优选地，一对极下，其中所述第一极弧角度α满足：0.8τ<α<τ,其中τ为极距，即180°/p，p为电机极对数；通过将其中一磁极的极弧角度α设置为0.8倍的极距角度τ和一倍极距角度τ之间，这是一种优选的极弧角度α的设置范围，能够有效地使得极弧角度α与极距角度τ形成联系。

优选地，一对极下，所述第二极弧角度θ满足：τ<θ<1.2τ,通过将其中一磁极的极弧角度θ设置为1倍的极距角度τ和1.2倍极距角度τ之间，这是一种优选的极弧角度θ的设置范围，能够有效地使得极弧角度θ与极距角度τ形成联系，并且使得极弧角度α小于极弧角度θ，极弧角度θ小于极弧角度α也是一种优选的极弧角度θ的设置范围，使得极弧角度θ与极弧角度α形成联系。

以上设置，使得N极与S极各自相对于定子齿槽作用产生的齿槽转矩及转矩脉动相位不一致，各磁极间距与定子齿槽相对位置不一致，有效削弱电机齿谐波，削弱电机齿槽转矩及转矩脉动。

优选地，在每个所述磁槽2内壁设有多处向磁钢槽延伸方向的中轴线凸出的内突起4和多处向转子外圆方向凸出的外突起5。通过在磁槽内壁设置多处向磁钢槽延伸方向的中轴线凸出的内突起4能够起到对磁体进行限位的作用，防止磁石移动振动；设置多处向转子外圆方向凸出的外突起5有效地起到隔磁的作用，减小该处漏磁。

优选地，在极弧角度为α的磁极中心线周向两侧、且位于该磁极的磁槽与转子结构周向边缘的径向之间的位置处开设有矩形孔8，通过在上述位置设置矩形孔的方式，可以有效地改变磁力线的走向，进一步起到降低齿槽转矩、减少谐波的作用。两个相邻的所述矩形孔8与所述转子中心之间的连线(中心线)之间所形成的角度为β，并满足：β＝2*360°/Z，其中Z为定子槽数，这样的具体角度的设置方式能够有效地使得一个矩形孔对准定子齿中心，另一个矩形孔也对准定子齿中心。

优选地，定义所述矩形孔8的宽度为M，长度为L，并有0.6k≤M≤1.5k，其中k为电机定子的定子齿宽度，这是矩形孔宽度的优选取值范围，能够有效地保证矩形孔与定子齿的中心之间的对准；且M≤L≤2M，这是矩形孔长度的优选取值范围，即长度在1倍的宽度至2倍的宽度之间；且矩形孔外边到转子铁芯外表面的距离大于1倍气隙宽度，小于2倍气隙宽度(限定矩形孔在转子上的径向位置)，其中气隙宽度是转子外表面到定子内表面的宽度。

以上设置可以有效地改变磁力线的走向，减小齿中心处气隙磁密过高，气隙磁密更正弦，进一步起到降低齿槽转矩、减少谐波的作用。

优选地，所述转子结构为沿其轴线方向2段以上的分段结构，(即分段数量N大于等于2或转子至少分为2段)；且相邻的两段之中的一段为正置铁芯9，另一段为将与上述的正置铁芯设置位置相同的铁芯沿切割轴线的方向翻转180°后再以转轴旋转一个极距角度τ而形成的反置铁芯10；翻转后其原本位于正置铁芯的S极位置变为反置铁心的N极。

优选地，无论分段数量N是多少，所述正置铁芯轴向总高度等于反置铁心轴向总高度。

通过上述的分段结构设置，可以实现转子分段错位的功能，进一步减小电机齿槽转矩及转矩脉动，同时通过正置铁芯轴向总高度等于反置铁心轴向总高度，还可以有效削弱磁极不对称引起的不对称电磁力，降低电机振动噪声，最终提升电机运行可靠性。

优选地，相邻的转子段之间设置有不导磁的隔板11(优选为薄隔板)，且所述隔板11与所述转子铁芯1的外径相同，有相同的铆钉孔及外径，如图4所示。通过在转子段之间设置不导磁的薄隔板，可以有效减少漏磁及涡流损耗。

本实用新型还提供一种电机，包括定子与转子，其中该转子为前述的转子结构。通过将转子选择并设置为前述的转子结构的方式，使得同一极下左右磁石相对于理论磁极中心d轴成不对称关系，可以实现磁石不对称及磁极不对称，能够有效地使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，同时又还能维持或提升原有的电机运行稳定性及可靠性；而且电机效率不降低。本实用新型的技术方案仅有一种结构冲片，结构相对简单，工艺易于实现，制造成本低。

优选地，电机为分布卷内置式永磁电机，这是电机的一种优选的种类和结构形式，分布卷内置式永磁电机是术语，该技术方案适用于该类电机。将电机槽极配合不限于36槽6极。

下面介绍一下本实用新型的优选实施例

如图1-4所示，本实用新型提供一种内置式永磁同步电机转子结构，可以有效降低电机齿槽转矩及转矩脉动小，降低振动噪声，易于实现高精度控制，提升电机运行可靠性。

下面就结合36槽6极电机为实施例子来阐述具体实施方式，图1为该技术方案转子冲片结构图，转子冲片1开有放置磁体3(优选为磁钢)的磁槽2，以及和转轴配合的轴孔7及铆钉孔6，磁槽2端部设有隔磁孔及突起4和5，用于磁体限位及隔磁；转子一对极下N、S磁极配置不一样，定义一对极下两个磁极极弧角度分别为α与θ，极弧角度α被磁极中心线d轴分为α1和α2，极弧角度θ被磁极中心线d轴分为θ1和θ2，同时在极弧角度为α的磁极中心两侧开有矩形孔，矩形孔中心线之间的角度为β,矩形孔宽度为M，长度为L；极弧角度为α、θ的磁极在转子圆周方向间隔交替配置；

根据该技术方案，一对极下，其中一磁极的极弧角度α满足：0.8τ<α<τ,其中τ为极距，即180°/p，p为电机极对数；同一极下的α1和α2满足：α1+α2＝α；

另一磁极的极弧角度θ满足：τ<θ<1.2τ,即极弧角度α小于极弧角度θ；同一极下的θ1和θ2满足：θ1+θ2＝θ；

一对极下，至少有一极满足：θ1≠θ2或者α1≠α2，或者都满足θ1≠θ2，α1≠α2；即同一极下左右磁石相对于理论磁极中心d轴成不对称关系；

以上设置，可以实现磁石不对称及磁极不对称，可以使得磁极与定子齿槽作用力矩部分对消，有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动；

根据该技术方案，极弧角度为α的磁极中心两侧开有矩形孔，矩形孔中心线之间的角度为β满足：β＝2*360°/Z，其中Z为定子槽数，即一个矩形孔对准定子齿中心时，另一个矩形孔也对准定子齿中心；矩形孔宽度M，长度L满足：0.6k≤M≤1.5k，k为定子齿宽度；M≤L≤2M；矩形孔外边到转子铁心外表面的距离等于气隙宽度；

上述矩形孔设置，可改变磁力线走向，进一步降低齿槽转矩，减少谐波。

根据该技术方案，转子采用分段结构，分段数量N大于等于2，即转子至少分为2段；一段为正置铁心，另一段为反置铁心，反置铁心指将正置铁心翻转180°后再以转轴旋转一个极距角度；翻转后正置铁心的S极变为反置铁心的N极；无论分段数量N是多少，正置铁心总高度等于反置铁心总高度；转子段之间及转子两端均放有不导磁的薄隔板，隔板与铁心有相同的铆钉孔及外径，图4；

上述分段设置，可以实现转子分段错位的功能，进一步减小电机齿槽转矩及转矩脉动，同时还可以有效削弱磁极不对称引起的不对称电磁力，最终提升电机运行可靠性；转子段之间放有不导磁的薄隔板，可以有效减少漏磁及涡流损耗；

图5原有技术方案与本技术方案实施例子转矩对比图，磁体用量不变，采用该技术方案后，电机出力没有下降，转矩脉动下降了57％，效果明显；

图6原有技术方案与本技术方案实施例子齿槽转矩曲线对比，采用该技术方案后，齿槽转矩下降了68％，效果更明显。

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。

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

Claims (12)

1.一种内置式永磁电机转子结构，其特征在于：包括转子冲片(1)和设置于所述转子冲片(1)内部的用于放置磁体(3)的多个磁槽(2)，定义所述转子结构的一对极下两个磁极极弧角度分别为第一极弧角度α和第二极弧角度θ，第一极弧角度α被其所在的磁极中心线分为α1和α2，第二极弧角度θ被其所在的磁极中心线分为θ1和θ2，并且一对极下，至少有一极满足：θ1≠θ2或者α1≠α2，其中一对极是相邻两磁槽中的磁体形成的对极。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：一对极下，其中所述第一极弧角度α满足：0.8τ<α<τ,其中τ为极距，τ＝180°/p，p为电机极对数。

3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于：一对极下，所述第二极弧角度θ满足：τ<θ<1.2τ。

4.根据权利要求1-3之一所述的转子结构，其特征在于：在每个所述磁槽(2)内壁设有多处向磁钢槽延伸方向的中轴线凸出的内突起(4)和多处向转子外圆方向凸出的外突起(5)。

5.根据权利要求1-3之一所述的转子结构，其特征在于：在所述第一极弧角度α的磁极中心线周向两侧、且位于该磁极的磁槽与转子结构周向边缘的径向之间的位置处开设有矩形孔(8)。

6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于：两个相邻的所述矩形孔(8)的与所述转子中心之间的连线之间所形成的角度为β，并满足：β＝2*360°/Z，其中Z为电机的定子槽数。

7.根据权利要求6所述的转子结构，其特征在于：定义所述矩形孔(8)的宽度为M，长度为L，并有0.6k≤M≤1.5k，其中k为电机定子的定子齿宽度；且M≤L≤2M；矩形孔外边到转子铁心外表面的距离大于1倍气隙宽度，小于2倍气隙宽度，其中气隙宽度是转子外表面到定子内表面的宽度。

8.根据权利要求1-3,6-7之一所述的转子结构，其特征在于：所述转子结构为沿其轴线方向2段以上的分段结构，且相邻的两段之中的一段为正置铁芯(9)，另一段为将与上述的正置铁芯设置位置相同的铁芯沿切割轴线的方向翻转180°后再以转轴旋转一个极距角度τ而形成的反置铁芯(10)。

9.根据权利要求8所述的转子结构，其特征在于：所述正置铁芯轴向总高度等于反置铁芯轴向总高度。

10.根据权利要求8所述的转子结构，其特征在于：相邻的转子段之间设置有不导磁的隔板(11)，且所述隔板(11)与所述转子冲片(1)的外径相同。

11.一种电机，包括定子与转子，其特征在于，该转子为权利要求1-10之一所述的转子结构。

12.根据权利要求11所述电机，其特征在于，电机为分布卷内置式永磁电机。