CN207234638U - 切向电机、切向电机转子及其转子铁芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯，转子铁芯包括转子本体(1)及设置于转子本体(1)上的磁钢槽(2)，相邻两个磁钢槽(2)之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔(12)及用于固定转子冲片的固定孔(11)，N为正整数；固定孔(11)设置于转子磁极的中间，2N个隔磁孔(12)对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧，隔磁孔(12)位于固定孔(11)靠近转子本体(1)边缘的一侧；隔磁孔(12)的宽度沿转子本体(1)的圆心向其外侧的方向增加，靠近磁极中心线的两个隔磁孔(12)之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体(1)的外侧向其圆心方向增加。上述转子铁芯，有效降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

Description

切向电机、切向电机转子及其转子铁芯

技术领域

本实用新型涉及电机设备技术领域，特别涉及一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯。

背景技术

由于切向永磁同步电机具有“聚磁”的效果，与径向永磁同步电机相比，能产生更高的气隙磁密，使得电机具有体积小，重量轻，转矩大，功率密度大，电机效率高及动态性能好等优点，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引等工业领域及家电行业。

目前，切向永磁同步电机的气隙磁密及反电势含有各类空间谐波，由于切向永磁同步电机的定子上开槽，使得磁路磁导不均匀，气隙磁密、反电势含有各类空间谐波，且谐波占比大，各类谐波相互作用产生低阶力波，加大电机的振动噪声。波形正弦度较差，波形畸变率高，使得电机的振动及噪声较大，影响用户的使用健康，限制了电机的应用推广。

因此，如何降低电机的振动噪音，是本技术领域人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种转子铁芯，以降低电机的振动噪音。本实用新型还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种转子铁芯，包括转子本体及设置于所述转子本体上的磁钢槽，相邻两个所述磁钢槽之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔及用于固定转子冲片的固定孔，N为正整数；

所述固定孔设置于所述转子磁极的中间，2N个所述隔磁孔对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧，所述隔磁孔位于所述固定孔靠近所述转子本体边缘的一侧；

所述隔磁孔的宽度沿所述转子本体的圆心向其外侧的方向增加，并且，靠近所述磁极中心线的两个所述隔磁孔之间的磁极实体部分的宽度沿所述转子本体的外侧向其圆心方向增加。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过所述转子本体的圆心。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔为等腰三角形孔、扇形孔或等腰梯形孔。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的外侧孔面到所述转子本体外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为C，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

2.9≥C/D≥1.3。

优选地，上述转子铁芯中，2.1≥C/D≥1.5。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的弧度为A，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；0.13≥A/F≥0.08。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔沿所述转子本体的径向方向的长度为J，所述转子本体的半径为R；

0.32≥J/R≥0.1。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述固定孔之间实体部分的最小距离大于1.5mm；

所述隔磁孔的内侧点I与所述磁钢槽的最小距离大于1.5mm。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔为非轴对称形状，所述隔磁孔的内侧点I位于所述隔磁孔靠近所述磁钢槽的位置。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述磁钢槽之间形成第二隔磁桥，所述第二隔磁桥的外侧的宽度大于其内侧的宽度。

优选地，上述转子铁芯中，所述第二隔磁桥靠近所述转子本体的外侧的两个端点分别与所述转子本体圆心的连线的夹角为E，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；

0.2≥E/F≥0.15。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的内侧点I与所述转子本体圆心的连线与所述磁钢槽的中心线之间的夹角为G，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；

0.37≥G/F≥0.3。

本实用新型还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，所述转子铁芯为如上述任一项所述的转子铁芯。

本实用新型还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，所述切向电机转子为如上述所述的切向电机转子。

优选地，上述切向电机中，所述定子上具有定子槽及朝向所述切向电机转子与所述定子的气隙的槽口，所述槽口的宽度为K，所述隔磁孔沿所述转子铁芯的周向的宽度为H；

H＝(0.94～1.37)K。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的转子铁芯，通过在相邻两个磁钢槽之间的转子磁极上设置2N个隔磁孔，使得2N个隔磁孔对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；由于固定孔位于转子磁极的中间，使得同一个转子磁极上，固定孔的两侧均具有N个隔磁孔，固定孔的两侧的N个隔磁孔对称分布。隔磁孔位于固定孔靠近转子本体边缘的一侧；隔磁孔的宽度沿转子本体的圆心向其外侧的方向增加，靠近磁极中心线的两个隔磁孔之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体的外侧向其圆心方向增加，使得两个隔磁孔之间的磁极实体部分由转子本体的外侧向固定孔的方向变宽，有效确保了固定孔的位置避让开隔磁孔，确保了转子本体的转子磁极上开设固定孔及隔磁孔后的机械强度；并且，隔磁孔位于固定孔靠近转子本体边缘的一侧，隔磁孔距离转子本体边缘的距离较短，以便于隔磁孔与使转子本体边缘形成隔磁桥，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，有效降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

本实用新型还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提供的切向电机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的切向电机转子的第一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的切向电机转子的第二种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的定子的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的反电势谐波占比与C/D的关系示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种转子铁芯，以降低电机的振动噪音。本实用新型还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-图3，本实用新型实施例提供了一种转子铁芯，包括转子本体1及磁钢槽2，磁钢槽2设置于转子本体1上。转子本体1上具有固定孔11及2N个隔磁孔12，N为正整数，固定孔11用于固定转子冲片。固定孔11及2N个隔磁孔12设置于相邻两个磁钢槽2之间的转子磁极上，固定孔11设置于转子磁极的中间，2N个隔磁孔12对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧，隔磁孔12位于固定孔11靠近转子本体1边缘的一侧；隔磁孔12的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，并且，靠近磁极中心线的两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向增加。

本实用新型实施例提供的转子铁芯，通过在相邻两个磁钢槽3之间的转子磁极上设置2N个隔磁孔12，使得2N个隔磁孔12对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；由于固定孔11位于转子磁极的中间，使得同一个转子磁极上，固定孔11的两侧均具有N个隔磁孔12，固定孔11的两侧的N个隔磁孔12对称分布。隔磁孔12位于固定孔11靠近转子本体1边缘的一侧；隔磁孔12的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，靠近磁极中心线的两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向增加，使得两个隔磁孔12之间的磁极实体部分由转子本体1的外侧向固定孔11的方向变宽，有效确保了固定孔11的位置避让开隔磁孔12，确保了转子本体1的转子磁极上开设固定孔11及隔磁孔12后的机械强度；并且，隔磁孔12位于固定孔11靠近转子本体1边缘的一侧，隔磁孔12距离转子本体1边缘的距离较短，以便于隔磁孔12与使转子本体1边缘形成隔磁桥，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

可以理解的是，两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两侧之间的距离。隔磁孔12的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两侧孔壁之间的距离。

优选地，由于隔磁孔12的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，使得隔磁孔12的边缘距离磁极中心线越近，即两个隔磁孔12之间的距离越近，两个隔磁孔12之间即磁极中心线处的铁芯形状外薄内厚。

其中，固定孔11优选为铆钉孔，也可以为螺纹孔。

可以理解的是，磁钢槽3的数量大于或等于4的偶数，永磁体位于磁钢槽2内，相邻的两个永磁体具有相同的极性相对设置。

在本实施例中，N为1，即，每个转子磁极上均具有两个隔磁孔12，两个隔磁孔12对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。

进一步地，隔磁孔12为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过转子本体1的圆心。

如图1及图2所示，在本实施例中，优选将隔磁孔12设置为等腰三角形孔。

也可以将隔磁孔12设置扇形孔或等腰梯形孔，还可以设置为其他结构，在此不再详细介绍且均在保护范围之内。

优选地，隔磁孔12的外侧孔面到转子本体1外壁之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的宽度为C，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；通过仿真研究发现，第一隔磁桥的宽度C与气隙长度D的比值对反电势谐波占比有较大影响。将第一隔磁桥的宽度C与气隙长度D的比值设置成C/D≥1.3，限制一小部分磁通通过该第一隔磁桥传递，改善了磁通传递路径及气隙磁场分布，降低了气隙磁密谐波占比及反电势谐波占比，降低了振动噪声。但是，当C/D大于2.9时，第一隔磁桥的宽度C过大，沿第一隔磁桥传递的磁通过多，气隙磁密波形畸变，谐波占比增加，电机振动噪声增加。因此，优选地，2.9≥C/D≥1.3。

其中，第一隔磁桥的宽度C为隔磁孔12的外侧孔面到转子本体1外壁之间的距离。

更进一步地，2.1≥C/D≥1.5。经仿真研究发现，当C/D的比值设置在1.5与2.1之间时，气隙磁场分布最优，气隙磁密的正弦度最优，气隙磁密谐波占比最低，反电势谐波占比最低，电机振动噪声最低，且此时的谐波损耗最小，电机效率最高。如图5所示，在此条件下，本实施例提供的电机的谐波占比小于10％。

隔磁孔12的弧度为A，转子铁芯的单个磁极所占角度为F；通过仿真研究发现，隔磁孔12的弧度A与磁极所占角度F的比值对反电势谐波占比有较大影响。将A/F设置为大于或等于0.08时，可以改善磁通沿转子磁极内的磁通走向，进而改善气隙磁场，使得磁路的气隙磁导更均匀，改善气隙磁密波形正弦度，降低气隙磁密、反电势谐波占比，降低振动噪声，但A/F也不是越大越好，在大于0.13后，隔磁孔宽度过大，转子磁极中心线处的磁通过少，转子磁极两侧的磁通过度集中，导致气隙磁场分布不均，气隙、反电势谐波占比增大，铁损增加，同时磁极面积较小，磁极磁通易饱和，总磁通减小，电机输出转矩减小，电机效率下降。0.13≥A/F≥0.08。

其中，由于隔磁孔12的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，隔磁孔12的弧度A为隔磁孔12靠近转子本体1外侧的外侧孔壁所占的弧度。隔磁孔12的外侧孔壁为条形孔靠近转子本体1外侧的孔壁。

进一步地，隔磁孔12沿转子本体1的径向方向的长度为J，转子本体1的半径为R；通过仿真研究发现，隔磁孔12的长度J与转子本体1的半径R的比值对谐波影响较大。可以理解的是，隔磁孔12沿转子本体1的径向方向延伸，隔磁孔12顶部顶点与底部顶点在转子径向方向的距离定义为隔磁孔12的长度J。随着隔磁孔12的长度J的增加，隔磁孔12的底部越靠近转子的转轴3。当J/R≥0.1时，隔磁孔12的长度较长，可以限制靠近转轴3部分的转子磁极内的磁通走向，从而改善气隙磁场分布，使得气隙磁密、反电势谐波占比减小，电机振动噪声减小。但是，当J/R＞0.32时，隔磁孔12的长度过大，隔磁孔12的面积过大，导磁磁极面积过小，同时磁极易饱和，电机的转矩脉动加大，电机出力下降，电机效率下降。因此，本实施例中，0.32≥J/R≥0.1。

优选地，隔磁孔12与固定孔11之间实体部分的最小距离大于1.5mm。通过上述设置，可以提高电机转子结构的机械强度。

进一步地，隔磁孔12的内侧点I与磁钢槽2的最小距离大于1.5mm。其中，内侧点I为隔磁孔12距离转子本体1的圆心最近的点。通过上述设置，提高了电机转子的机械结构强度。

在本实施例中，由于隔磁孔12为轴对称结构，隔磁孔12的内侧点I与转子本体1圆心的连线为隔磁孔12的对称轴。

如图3所示，在另一种实施例中，隔磁孔12为非轴对称形状，隔磁孔12的内侧点I位于隔磁孔12靠近磁钢槽2的位置。即，隔磁孔12朝向磁钢槽2的一侧沿向转子本体1圆心的方向向磁钢槽2的方向倾斜，隔磁孔内侧点I更靠近磁钢槽2，靠近磁极中心线的两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向增加的程度增强。

进一步地，隔磁孔12与磁钢槽2之间形成第二隔磁桥，第二隔磁桥的外侧的宽度大于其内侧的宽度。

优选地，第二隔磁桥靠近转子本体1的外侧的两个端点分别与转子本体1圆心的连线的夹角为E，转子铁芯的单个磁极所占角度为F；通过仿真研究发现，第二隔磁桥外侧的角度与磁极所占角度的比值对反电势谐波占比有较大影响，隔磁孔靠近永磁体槽，即靠近永磁体，隔磁孔内为空气，故隔磁孔可以改变永磁体的磁通在转子磁极内的走向，当隔磁桥2设计成上宽下窄时，且0.2≥E/F≥0.15时，可以更好的改善转子磁极内的磁通走向，使得气隙磁场分布更均匀，谐波占比更低，电机振动噪声更低。

优选地，隔磁孔12的内侧点I与转子本体1圆心的连线与磁钢槽2的中心线之间的夹角为G；转子铁芯的单个磁极所占角度为F。通过仿真研究发现，隔磁孔12的内侧点I与磁钢槽2的距离对反电势谐波占比有较大影响。隔磁孔底部靠近永磁体，当0.37≥G/F≥0.3时，可以改善转子磁极内的磁通走向，进而改善气隙磁场的分布，降低气隙、反电势谐波占比，降低电机振动噪声，降低谐波损耗，提高电机效率。因此，优选地，0.37≥G/F≥0.3。

本实用新型实施例还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，转子铁芯为如上述任一种转子铁芯。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

本实用新型实施例还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，切向电机转子为如上述切向电机转子。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

如图1及图4所示，上述切向电机中，定子上具有定子槽41及朝向切向电机转子与定子的气隙的槽口42，槽口42的宽度为K，隔磁孔12沿转子铁芯的周向的宽度为H。即，隔磁孔12的外侧孔面的宽度为H。隔磁孔12为切向电机转子的转子铁芯的隔磁孔12。经仿真研究发现，隔磁孔12的宽度H与槽口42的宽度K对电机的反电势谐波占比影响较大，对电机振动噪声影响较大，转子磁极上的隔磁孔可以改善磁通走向，定子槽口也可以改善磁通走向，当H＝(0.94～1.37)K时，可以使得电机气隙磁场分布更优，气隙磁密、反电势谐波占比更低，电机振动噪声更低，同时该隔磁孔的设置可以削弱电机运行时的去磁电枢反应磁场，进而优化了电机的退磁能力。因此，优选地，H＝0.94～1.37K。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种转子铁芯，包括转子本体(1)及设置于所述转子本体(1)上的磁钢槽(2)，其特征在于，相邻两个所述磁钢槽(2)之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔(12)及用于固定转子冲片的固定孔(11)，N为正整数；

所述固定孔(11)设置于所述转子磁极的中间，2N个所述隔磁孔(12)对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧，所述隔磁孔(12)位于所述固定孔(11)靠近所述转子本体(1)边缘的一侧；

所述隔磁孔(12)的宽度沿所述转子本体(1)的圆心向其外侧的方向增加，并且，靠近所述磁极中心线的两个所述隔磁孔(12)之间的磁极实体部分的宽度沿所述转子本体(1)的外侧向其圆心方向增加。

2.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过所述转子本体(1)的圆心。

3.如权利要求2所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)为等腰三角形孔、扇形孔或等腰梯形孔。

4.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)的外侧孔面到所述转子本体(1)外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为C，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

2.9≥C/D≥1.3。

5.根据权利要求4所述的转子铁芯，其特征在于，2.1≥C/D≥1.5。

6.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)的弧度为A，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；0.13≥A/F≥0.08。

7.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)沿所述转子本体(1)的径向方向的长度为J，所述转子本体(1)的半径为R；

0.32≥J/R≥0.1。

8.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)与所述固定孔(11)之间实体部分的最小距离大于1.5mm；

所述隔磁孔(12)的内侧点I与所述磁钢槽(2)的最小距离大于1.5mm。

9.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)为非轴对称形状，所述隔磁孔(12)的内侧点I位于所述隔磁孔(12)靠近所述磁钢槽(2)的位置。

10.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)与所述磁钢槽(2)之间形成第二隔磁桥，所述第二隔磁桥的外侧的宽度大于其内侧的宽度。

11.如权利要求10所述的转子铁芯，其特征在于，所述第二隔磁桥靠近所述转子本体(1)的外侧的两个端点分别与所述转子本体(1)圆心的连线的夹角为E，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；

0.2≥E/F≥0.15。

12.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔(12)的内侧点I与所述转子本体(1)圆心的连线与所述磁钢槽(2)的中心线之间的夹角为G，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为F；

0.37≥G/F≥0.3。

13.一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其磁钢槽内的切向磁化永磁体，其特征在于，所述转子铁芯为如权利要求1-12任一项所述的转子铁芯。

14.一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，所述切向电机转子为如权利要求13所述的切向电机转子。

15.如权利要求14所述的切向电机，其特征在于，所述定子上具有定子槽(41)及朝向所述切向电机转子与所述定子的气隙的槽口(42)，所述槽口(42)的宽度为K，所述隔磁孔(12)沿所述转子铁芯的周向的宽度为H；

H＝(0.94～1.37)K。