CN208508641U - 转子组件及交替极电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种转子组件及交替极电机，转子组件包括铁芯和多个永磁体。铁芯上开设有容纳永磁体的多个安装槽，安装槽沿铁芯的周向分布。每个安装槽靠近铁芯外缘端部的两侧还分别设有第一空气槽和第二空气槽。第一空气槽位于永磁极区，第二空气槽位于交替极区，第一空气槽与安装槽间隔设置。第一空气槽沿铁芯径向向外的周向宽度尺寸逐渐增大。第二空气槽与安装槽连通。与安装槽间隔设置的第一空气槽调整了永磁极面向气隙的宽度，提高永磁体利用率。第二空气槽一方面能够防止永磁体发出的磁力线通过永磁体端部短路进而减少漏磁，另一方面能够调整交替极上的磁力线走向，削弱转矩波动。

Description

转子组件及交替极电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别是涉及一种转子组件及交替极电机。

背景技术

相比于传统的永磁同步电机，交替极永磁同步电机对永磁体的利用更加充分。交替极永磁同步电机内使用的永磁体数量仅为传统永磁同步电机内永磁体数量的一半，显著降低了电机中永磁体的使用数量，进而降低了电机的成本。但一般交替极永磁同步电机的转矩波动较大，限制了交替极永磁同步电机的进一步推广应用。

实用新型内容

基于此，有必要针对一般交替极永磁同步电机存在的转矩波动较大的问题，提供一种平稳输出转矩的转子组件及交替极电机。

一种转子组件，所述转子组件包括：

铁芯，所述铁芯上开设有多个安装槽，多个所述安装槽沿所述铁芯的周向分布，多个所述安装槽将所述铁芯划分为多个永磁极区和多个交替极区，每个所述安装槽具有靠近所述铁芯外缘的第一端；所述第一端的两侧分别设置一个第一空气槽和一个第二空气槽，所述第一空气槽位于所述永磁极区，所述第二空气槽位于所述交替极区；所述第一空气槽与所述安装槽间隔设置，所述第一空气槽沿所述铁芯径向向外的周向宽度尺寸逐渐增大；所述第二空气槽与所述安装槽连通；

多个永磁体，分别容置于多个所述安装槽内，多个所述永磁体朝向所述铁芯外缘的磁极相同。

在其中一个实施例中，所述第二空气槽沿所述铁芯的周向延伸，所述第二空气槽靠近所述铁芯轴心的一侧为阶梯状；所述第二空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第二空气槽的径向宽度，所述第二空气槽沿远离所述第一端的方向依次包括第一阶梯槽和第二阶梯槽，所述第一阶梯槽的径向宽度小于所述第二阶梯槽的径向宽度。

在其中一个实施例中，所述铁芯的半径为R，所述第一阶梯槽的径向宽度为w1，所述第二阶梯槽的径向宽度为w2；所述铁芯的半径R、所述第一阶梯槽的径向宽度w1、所述第二阶梯槽的径向宽度w2之间满足如下关系：w2<0.17R，并且w2/w1＝1.4-1.8。

在其中一个实施例中，多个所述永磁极区和多个所述交替极区沿所述铁芯的周向间隔分布；多个所述永磁极区分别对应的圆心角相等，多个所述交替极区分别对应的圆心角相等。

在其中一个实施例中，所述永磁极区和所述交替极区的数量分别为N；一个所述交替极区上的两个所述第二空气槽中，两个所述第二阶梯槽远离各自对应所述安装槽的两个端面形成的圆心角为a1，满足：a1/(180°/N)＝0.5-0.65。

在其中一个实施例中，一个所述交替极区上的两个所述第二空气槽中，两个所述第二阶梯槽远离各自对应所述安装槽的两个端面形成的圆心角为a1，两个所述第二阶梯槽靠近各自对应所述安装槽的两个端面形成的圆心角为a2，满足：a2/a1＝1.5-1.9。

在其中一个实施例中，所述永磁体为稀土永磁体；所述铁芯的半径为R；一个所述永磁极上的两个所述第一空气槽中，两个所述第一空气槽远离各自对应所述安装槽的两个端面形成的圆心角为a4；所述第一空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第一空气槽的径向宽度，所述第一空气槽的径向宽度为W4；每个所述安装槽具有靠近所述铁芯中心的第二端，所述安装槽上所述第二端指向所述第一端的尺寸为所述安装槽的宽度，所述安装槽的宽度为w3；满足：2*(w3-w4)*0.8/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

在其中一个实施例中，所述永磁体为铁氧体永磁体；所述铁芯的半径为R；一个所述永磁极上的两个所述第一空气槽中，两个所述第一空气槽远离各自对应所述安装槽的两个端面形成的圆心角为a4；所述第一空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第一空气槽的径向宽度，所述第一空气槽的径向宽度为W4；每个所述安装槽具有靠近所述铁芯中心的第二端，所述安装槽上所述第二端指向所述第一端的尺寸为所述安装槽的宽度，所述安装槽的宽度为w3；满足：2*(w3-w4)*0.3/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

在其中一个实施例中，每两个所述安装槽形成一个安装槽组，所述安装槽组呈V形，所述安装槽组的开口朝向所述铁芯的外缘，每个所述安装槽组内的两个所述安装槽关于所述铁芯的径向对称设置；多个所述安装槽组沿所述铁芯的周向均匀分布；所述安装槽组V形夹角内的区域为永磁极区，相邻所述安装槽组之间区域为交替极区。

在其中一个实施例中，所述永磁极区中设有两个所述第一空气槽，两个所述第一空气槽分别靠近一个所述安装槽组中两个所述安装槽的所述第一端，两个所述第一空气槽关于对应所述安装槽组的V形中心线对称；一个所述安装槽组中两个所述安装槽的第一端分别对应的两个所述第二空气槽，关于对应所述安装槽组的V形中心线对称。

在其中一个实施例中，所述铁芯的中心开设有转轴孔；所述铁芯上还开设有第三空气槽，所述第三空气槽环设于所述转轴孔的外缘；所述第三空气槽为多段式结构，每段所述第三空气槽夹设于两个所述安装槽之间，所述第三空气槽的端面与所述安装槽间隔设置。

在其中一个实施例中，每个所述安装槽具有靠近所述铁芯中心的第二端，所述安装槽上所述第二端指向所述第一端的尺寸为所述安装槽的宽度；所述第三空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第三空气槽的径向宽度；所述安装槽的宽度为w3，所述第三空气槽的径向宽度为t2，满足：t2/w3＝0.1-0.3。

在其中一个实施例中，所述第三空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第三空气槽的径向宽度，所述第三空气槽的径向宽度为t2；所述转轴孔的侧壁与第三空气槽靠近所述转轴孔的侧壁之间的距离为t3，满足：t3≥2*t2。

在其中一个实施例中，所述第三空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第三空气槽的径向宽度，所述第三空气槽的径向宽度为t2；所述第三空气槽的端面与所述安装槽靠近所述第三空气槽的侧壁之间的距离为tb1，满足：tb1/t2＝0.3-1。

在其中一个实施例中，所述第二阶梯槽中靠近所述安装槽的端面与靠近所述铁芯轴心的侧面之间的夹角为a3，满足：a3＝85°-110°。

在其中一个实施例中，所述第一空气槽沿所述铁芯径向的尺寸为所述第一空气槽的径向宽度；所述第一空气槽的径向宽度为w4，所述第一空气槽与所述安装槽之间的距离为tb2，满足：tb2/w4＝0.3-0.5。

一种交替极电机，包括转子组件及定子组件，所述转子组件为上述方案任一项所述的转子组件；所述定子组件套设于所述转子组件的外缘。

上述转子组件及交替极电机，第一空气槽调整了永磁极面向气隙的宽度，同时第一空气槽限制了永磁体两端的漏磁。研究表明，沿永磁体方向向转子外周缘宽度逐渐增加的特征能够显著降低铁损。第一空气槽与安装槽间隔设置，能够允许更多的永磁体磁力线进入气隙，进一步提高永磁体利用率。第二空气槽一方面能够防止永磁体发出的磁力线通过永磁体端部短路进而减少漏磁，另一方面能够调整交替极上的磁力线走向，削弱转矩波动。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的转子组件结构示意图；

图2为图1中安装槽的第一端附近结构放大示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的第二阶梯槽径向宽度变化时对转矩曲线的影响曲线图；

图4为本实用新型一实施例提供的电磁转矩随w2/w1变化曲线图；

图5为本实用新型一实施例提供的电机转轴上的漏磁路径示意图；

图6为本实用新型提供的交替极电机与现有技术中电机输出转矩对比曲线图。

其中：

10-转子组件

100-铁芯

110-安装槽

111-第一端

113-凸起

120-永磁极区

130-交替极区

140-第一空气槽

150-第二空气槽

151-第一阶梯槽

152-第二阶梯槽

160-转轴孔

170-第三空气槽

200-永磁体

300-转轴

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型的一种转子组件及交替极电机进行进一步详细说明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。

交替极电机使用的永磁体数量仅为传统永磁同步电机永磁体数量的一半，其对永磁体的利用更加充分，可以显著降低永磁体使用量，从而降低电机成本。但是其特殊的磁路结构也带来了很多问题，包括永磁体使用量减少带来的输出转矩下降、相邻磁极结构不对称导致转矩波动增加的问题，限制了交替极电机的进一步推广应用。本实用新型提供一种输出转矩大且能够显著降低转矩波动的转子组件及交替极电机。

如图1-2所示，本实用新型一实施例提供一种转子组件10，包括铁芯100和多个永磁体200。铁芯100上开设有多个安装槽110，多个安装槽110沿铁芯100的周向分布，多个安装槽110将铁芯100划分为多个永磁极区120和多个交替极区130，每个安装槽110具有靠近铁芯100外缘的第一端111。第一端111的两侧分别设置一个第一空气槽140和一个第二空气槽150，第一空气槽140位于永磁极区120，第二空气槽150位于交替极区130。第一空气槽140与安装槽110间隔设置，第一空气槽140沿铁芯100径向向外的周向宽度尺寸逐渐增大。第二空气槽150与安装槽110连通。多个永磁体200分别容置于多个安装槽110内，多个永磁体200朝向铁芯100外缘的磁极相同。

上述转子组件10及交替极电机，第一空气槽140调整了永磁极区120面向气隙的宽度，同时第一空气槽140限制了永磁体200两端的漏磁。研究表明，沿永磁体200方向向转子外周缘宽度逐渐增加的特征能够显著降低铁损。第一空气槽140与安装槽110间隔设置，能够允许更多的永磁体200磁力线进入气隙，进一步提高永磁体200利用率。第二空气槽150一方面能够防止永磁体200发出的磁力线通过永磁体200端部短路进而减少漏磁，另一方面能够调整交替极区130上的磁力线走向，削弱转矩波动。

作为一种可实现的方式，上述实施例中的铁芯100由软磁材料薄片叠压而成。安装槽110的数量及布置形式可根据实际工况设计为一字形、V形、弧形或者其他的形状。如图1及图2所示，在本实用新型一实施例中，铁芯100整体呈圆柱状，安装槽110整体呈矩形槽。在与铁芯100的轴向垂直的平面内，每两个安装槽110形成一个安装槽组，安装槽组呈V形，安装槽组的开口朝向铁芯100的外缘，每个安装槽组内的两个安装槽110关于铁芯100的径向对称设置。多个安装槽组沿铁芯100的周向均匀分布。每个安装槽110的第一端111具有凸起113，永磁体200放入安装槽110后能够与凸起113抵接，凸起113与安装槽110的内壁配合固定永磁体200。

进一步，如图1及图2，一个安装槽组内安装的两个永磁体200上相对的两个面同时朝向铁芯100的外缘。每个永磁体200朝向铁芯100外缘的极性为同一极性，为N极或者S极。安装槽组V形夹角内的区域为永磁极区120，永磁极区120与永磁体200朝向铁芯100外缘的面相对。相邻安装槽组之间的软磁材料被磁化成与永磁极具有相反极性的交替极区130。更进一步的，多个永磁极区120和多个交替极区130沿铁芯100的周向间隔分布。多个永磁极区120分别对应的圆心角相等，多个交替极区130分别对应的圆心角相等。

位于永磁极区120的第一空气槽140合理调整了永磁极区120面向气隙的宽度，宽度大无法形成较大的气隙磁密，宽度小会使较多的磁力线集中在一起导致磁饱和，引起转子铁损增加，发热量增加，并且降低电磁转矩。同时第一空气槽140限制了永磁体200两端的漏磁。作为一种可实现的方式，如图1及图2所示，第一空气槽140为半球状或半多边形状以实现第一空气槽140沿铁芯100周向的尺寸逐渐增大，第一空气槽140能够使其附近的磁力线平滑，降低铁损。进一步，永磁极区120中设有两个第一空气槽140，两个第一空气槽140分别靠近一个安装槽组中两个安装槽110的第一端111，两个第一空气槽140关于对应安装槽组的V形中心线对称。对称设置的第一空气槽140进一步降低了输出转矩的波动。

在本实用新型一实施例中，如图1-2所示，第二空气槽150沿铁芯100的周向延伸，第二空气槽150靠近铁芯100轴心的一侧为阶梯状。第二空气槽150沿铁芯100径向的尺寸为第二空气槽150的径向宽度，第二空气槽150沿远离第一端111的方向依次包括第一阶梯槽151和第二阶梯槽152，第一阶梯槽151的径向宽度小于第二阶梯槽152的径向宽度。第二空气槽150一方面防止永磁体200发出的磁力线通过永磁体200端部短路进而导致漏磁增加，另一方面能够调整交替极区130上的磁力线走向，削弱转矩波动。将第二空气槽150设置为阶梯状延伸，可以在不影响永磁极区120磁路的情况下有效的调节交替极区130的磁力线走向。作为一种可实现的方式，一个安装槽组中两个安装槽110的第一端111分别对应的两个第二空气槽150，关于对应安装槽组的V形中心线对称。

研究表明，将第二空气槽150设置为阶梯状延伸，永磁体200面向交替极区130的一面产生的磁力线将会沿着第二空气槽150达到交替极区130。在本实用新型一实施例中，铁芯100的半径为R，第一阶梯槽151的径向宽度为w1，第二阶梯槽152的径向宽度为w2。铁芯100的半径R、第一阶梯槽151的径向宽度w1、第二阶梯槽152的径向宽度w2之间满足如下关系：w2<0.17R，并且w2/w1＝1.4-1.8。可以理解的，w2过大第二空气槽150越靠近铁芯100中心，交替极区130留给磁力线通过的面积减小，而且会形成一个倒八字的形状。由相邻的永磁体200发出的磁力线在倒八字的夹角处集合，造成磁密饱和，转子的输出转矩降低。w2过小，从永磁体200发出的磁力线会直接穿过第二空气槽150，第二空气槽150无法有效调整磁力线进入气隙的形状，加剧相邻磁极的不对称，进而引起更大的转矩波动。

w1的值设置为小于w2，因为w1过大会使永磁体200面向交替极去的一面过多的被第二空气槽150遮挡。由于空气的磁导率很小，因此永磁体200的磁力线无法到达交替极，反而降低了电磁转矩。w1过小又会使永磁体200发出的磁力线直接穿过第二空气槽150短路，增加永磁体200的端部漏磁，也降低输出转矩。将两者进行关联，满足w2<0.17R，并且w2/w1＝1.4-1.8，可以在不影响永磁极区120磁路的情况下有效调节交替极区130的磁力线走向。w2＝0.16R与w2＝0.19R时的转矩曲线对比如图3所示，w2＝0.19R时转矩曲线会丢失一些峰值点，这些转矩峰值本应由交替极区130产生，现在由于交替极区130发生磁饱和导致丢失，显著降低了电磁转矩，且增加转矩波动。固定w2＝0.13R，改变w2/w1对电磁转矩的影响如图4所示，w2/w1＝1.4-1.8范围内最好。

在本实用新型一实施例中，如图2所示，第二阶梯槽152中靠近安装槽110的端面与靠近铁芯100轴心的侧面之间的夹角为a3，满足：a3＝85°-110°。a3夹角影响了永磁体200发出的磁力线如何进入交替极区130。a3增大，磁力线沿着第二空气槽150靠近转轴300的一面的流动更加平滑，不会发生局部磁饱和，但是w1与w2的差别将会减小，导致永磁体200发出的磁力线减少，电磁转矩下降。a3减小时，会让第二空气槽150靠近转轴300的一面不平滑，增加了局部磁饱和，将低输出转矩。研究表明，a3＝85°-110°范围内可以让永磁体200发出的磁力线平滑流动到交替极区130，提升输出转矩，降低转子铁损。

在本实用新型一实施例中，永磁极区120和交替极区130的数量分别为N。一个交替极区130上的两个第二空气槽150中，两个第二阶梯槽152远离各自对应安装槽110的两个端面形成的圆心角为a1，满足：a1/(180°/N)＝0.5-0.65。作为一种可实现的方式，如图1所示，N＝3，即安装槽组的数量为3个，安装槽110的数量一共是6个。a1角的范围为30°-39°。a1>39°时，第二空气槽150无法在交替极区130中心线附近有效聚集交替极区130的磁力线，气隙磁密较小，电磁转矩降低。a1角过小，交替极区130又无法提供充足的面积让永磁体200发出的磁力线通过，造成由交替极区130的磁饱和，降低输出转矩。研究表明，a1/(180°/N)＝0.5-0.65，能够保证交替极区130的磁力线分布均匀，提高输出转矩，减小由于局部磁饱和引起的转子铁损。

进一步，如图1所示，两个第二阶梯槽152靠近各自对应安装槽110的两个端面形成的圆心角为a2，满足：a2/a1＝1.5-1.9。作为一种可实现的方式，a1为37.5°，则a2的角度范围为56.25°-71.25°。保持a1角不变，a2越大，则第二空气槽150的第二阶梯槽152与永磁体200面向交替极区130的一面之间的软磁材料的宽度越窄，磁阻越大，严重时发生磁饱和导致永磁体200的磁力线无法到达交替极区130，降低输出转矩。a1减小，则第二空气槽150的第二阶梯槽152周向厚度减小，第二空气槽150对交替极区130的磁力线调制作用减弱，增加转矩波动，并且无法在交替极区130面对的空气隙中形成较强的磁密，限制了输出转矩能力。

在本实用新型一实施例中，永磁体200为稀土永磁体。如图1及图2所示，铁芯100的半径为R。一个永磁极上的两个第一空气槽140中，两个第一空气槽140远离各自对应安装槽110的两个端面形成的圆心角为a4。第一空气槽140沿铁芯100径向的尺寸为第一空气槽140的径向宽度，第一空气槽140的径向宽度为W4。每个安装槽110具有靠近铁芯100中心的第二端，安装槽110上第二端指向第一端111的尺寸为安装槽110的宽度，安装槽110的宽度为w3。满足：2*(w3-w4)*0.8/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

当采用的永磁体200为稀土永磁体时，仿真结果表明按照本申请设计的电机中永磁体200的工作点约为0.8，即单位面积的永磁体200产生的磁通为0.8Wb。由于设置了第一空气槽140，由两个组成V形的永磁体200产生的总磁通为2*(w3-w4)*0.8，这些磁通都会通过第一空气槽140形成的圆心角为a4的扇形进入气隙，第一空气槽140之间的圆弧的长度为2*π*a4*R/360°，因此圆弧上的磁通密度为2*(w3-w4)*0.8/(2*π*a4*R/360°)，而软磁材料的饱和磁通一般为1.9T，为了防止软磁材料发生磁饱和，并且设置一个合适的磁通密度，限制2*(w3-w4)*0.8/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

在本实用新型一实施例中，永磁体200为铁氧体永磁体。如图1及图2所示，铁芯100的半径为R。一个永磁极上的两个第一空气槽140中，两个第一空气槽140远离各自对应安装槽110的两个端面形成的圆心角为a4。第一空气槽140沿铁芯100径向的尺寸为第一空气槽140的径向宽度，第一空气槽140的径向宽度为W4。每个安装槽110具有靠近铁芯100中心的第二端，安装槽110上第二端指向第一端111的尺寸为安装槽110的宽度，安装槽110的宽度为w3。满足：2*(w3-w4)*0.3/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

当采用的永磁体200为铁氧体永磁体时，仿真结果表明按照本申请设计的电机中永磁体200的工作点约为0.3，即单位面积的永磁体200产生的磁通为0.3Wb。由于设置了第一空气槽140，由两个组成V形的永磁体200产生的总磁通为2*(w3-w4)*0.3，这些磁通都会通过第一空气槽140形成的圆心角为a4的扇形进入气隙，第一空气槽140之间的圆弧的长度为2*π*a4*R/360°，因此圆弧上的磁通密度为2*(w3-w4)*0.3/(2*π*a4*R/360°)，而软磁材料的饱和磁通一般为1.9T，为了防止软磁材料发生磁饱和，并且设置一个合适的磁通密度，限制2*(w3-w4)*0.3/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

在本实用新型一实施例中，如图1及图2所示，第一空气槽140沿铁芯100径向的尺寸为第一空气槽140的径向宽度。第一空气槽140的径向宽度为w4，第一空气槽140与安装槽110之间的距离为tb2，满足：tb2/w4＝0.3-0.5。tb2增大，转子的机械强度增加，但是永磁体200的端部漏磁增加，能进入气隙的磁力线减少。tb2减小，转子的机械强度降低，漏磁减少，但是被第一空气槽140遮挡的永磁体200磁通面产生的磁力线减少，tb2减小到一定范围后，电磁转矩反而下降。w4增大，被第一空气槽140遮挡的永磁体200面积增加，永磁体200产生的磁力线减少，电磁转矩下降。w4减少，永磁体200靠近转子外周缘的端部产生的磁力线会直接穿过第一空气槽140导致漏磁增加，并且第一空气槽140无法有效调整永磁体200进入气隙的磁力线分布，导致转矩波动增加。研究表明，当tb2/t4＝0.3-0.5时第一空气槽140可以有效调节永磁极进入气隙的磁力线分布，降低转矩波动，并且有效限制端部漏磁，提升输出转矩。

在本实用新型一实施例中，如图1所示，铁芯100的中心开设有转轴孔160。铁芯100上还开设有第三空气槽170，第三空气槽170环设于转轴孔160的外缘。第三空气槽170为多段式结构，每段第三空气槽170夹设于两个安装槽110之间，第三空气槽170的端面与安装槽110间隔设置。如图5所示，永磁体200发出的磁力线在电机转轴300上的漏磁与电机机壳(图中未示出)形成磁回路，第三空气槽170的存在增加了永磁体200发出的磁力线到转轴300这段磁路上的磁阻，减少到达转轴300的磁力线的数量，提升电机的输出转矩，不与永磁体200安装槽110连通保证转子冲片结构为一个整体。

在本实用新型一实施例中，每个安装槽110具有靠近铁芯100中心的第二端，安装槽110上第二端指向第一端111的尺寸为安装槽110的宽度。第三空气槽170沿铁芯100径向的尺寸为第三空气槽170的径向宽度。如图1所示，安装槽110的宽度为w3，第三空气槽170的径向宽度为t2，满足：t2/w3＝0.1-0.3。t2增加，第三空气槽170在永磁体200与电机转轴300之间的磁阻越大，减少电机转轴300上的漏磁效果越好。但是第三空气槽170遮挡的永磁体200磁通面的面积也越多，被遮挡的永磁体200相比于没有被遮挡的磁通面由于磁阻增加产生的磁力线会减少，导致电机输出转矩会下降。t2减小时，被第三空气槽170遮挡的永磁体200面积减少，永磁体200产生的总的磁力线增加，但是转轴300上的漏磁会增加，电子转矩同样会下降。研究表明，t2/w3＝0.1-0.3时，第三空气槽170减少漏磁的效果相比于遮挡永磁体200磁通面减少的磁力线明显占据优势，电机转矩得到提升。

在本实用新型一实施例中，如图1及图2所示，第三空气槽170沿铁芯100径向的尺寸为第三空气槽170的径向宽度，第三空气槽170的径向宽度为t2。转轴孔160的侧壁与第三空气槽170靠近转轴孔160的侧壁之间的距离为t3，满足：t3≥2*t2。t2增加，第三空气槽170的减少漏磁的效果较好，但是受转子运转时离心力影响，转子结构机械强度降低，t2减小则效果相反。t3增加，转子的机械强度增加，安全系数提高，但是这会进一步压缩交替极区130在第三空气槽170与转子外周缘之间的面积，面积过小会引起交替极区130的磁密饱和，降低输出转矩，增加转子铁损，降低运行效率。研究表明，t3>＝2*t2时转子具有较好的机械强度，并且电磁转矩获得提升。

在本实用新型一实施例中，如图1及图2所示，第三空气槽170沿铁芯100径向的尺寸为第三空气槽170的径向宽度，第三空气槽170的径向宽度为t2。第三空气槽170的端面与安装槽110靠近第三空气槽170的侧壁之间的距离为tb1，满足：tb1/t2＝0.3-1。tb1越小，其上的磁密越容易饱和，从而减少由永磁体200发出的达到转轴300的漏磁磁力线。但是被第三空气槽170遮挡的永磁体200所面对的磁路的磁阻也增加，导致永磁体200发出的总的磁力线减少，并且机械强度会降低，尽管漏磁减少，但是同样会降低电磁转矩，tb1增加，效果相反。研究表明，tb1/t2＝0.3-1时转子的机械强度最好，并且一定程度上提升的电磁转矩。

本实用新型还提供一种交替极电机，包括转子组件10及定子组件，转子组件10为上述方案任一项所述的转子组件10。定子组件套设于转子组件10的外缘。采用本实用新型所提供交替极电机的转矩曲线与现有技术的对比如图6所示。很明显，本实用新型提供的交替极电机具有更大的平均转矩以及更小的转矩波动。

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。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种转子组件，其特征在于，所述转子组件(10)包括：

铁芯(100)，所述铁芯(100)上开设有多个安装槽(110)，多个所述安装槽(110)沿所述铁芯(100)的周向分布，多个所述安装槽(110)将所述铁芯(100)划分为多个永磁极区(120)和多个交替极区(130)，每个所述安装槽(110)具有靠近所述铁芯(100)外缘的第一端(111)；所述第一端(111)的两侧分别设置一个第一空气槽(140)和一个第二空气槽(150)，所述第一空气槽(140)位于所述永磁极区(120)，所述第二空气槽(150)位于所述交替极区(130)；所述第一空气槽(140)与所述安装槽(110)间隔设置，所述第一空气槽(140)沿所述铁芯(100)径向向外的周向宽度尺寸逐渐增大；所述第二空气槽(150)与所述安装槽(110)连通；

多个永磁体(200)，分别容置于多个所述安装槽(110)内，多个所述永磁体(200)朝向所述铁芯(100)外缘的磁极相同。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第二空气槽(150)沿所述铁芯(100)的周向延伸，所述第二空气槽(150)靠近所述铁芯(100)轴心的一侧为阶梯状；所述第二空气槽(150)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第二空气槽(150)的径向宽度，所述第二空气槽(150)沿远离所述第一端(111)的方向依次包括第一阶梯槽(151)和第二阶梯槽(152)，所述第一阶梯槽(151)的径向宽度小于所述第二阶梯槽(152)的径向宽度。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述铁芯(100)的半径为R，所述第一阶梯槽(151)的径向宽度为w1，所述第二阶梯槽(152)的径向宽度为w2；所述铁芯(100)的半径R、所述第一阶梯槽(151)的径向宽度w1、所述第二阶梯槽(152)的径向宽度w2之间满足如下关系：w2<0.17R，并且w2/w1＝1.4-1.8。

4.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，多个所述永磁极区(120)和多个所述交替极区(130)沿所述铁芯(100)的周向间隔分布；多个所述永磁极区(120)分别对应的圆心角相等，多个所述交替极区(130)分别对应的圆心角相等。

5.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述永磁极区(120)和所述交替极区(130)的数量分别为N；一个所述交替极区(130)上的两个所述第二空气槽(150)中，两个所述第二阶梯槽(152)远离各自对应所述安装槽(110)的两个端面形成的圆心角为a1，满足：a1/(180°/N)＝0.5-0.65。

6.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，一个所述交替极区(130)上的两个所述第二空气槽(150)中，两个所述第二阶梯槽(152)远离各自对应所述安装槽(110)的两个端面形成的圆心角为a1，两个所述第二阶梯槽(152)靠近各自对应所述安装槽(110)的两个端面形成的圆心角为a2，满足：a2/a1＝1.5-1.9。

7.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述永磁体(200)为稀土永磁体；所述铁芯(100)的半径为R；一个所述永磁极上的两个所述第一空气槽(140)中，两个所述第一空气槽(140)远离各自对应所述安装槽(110)的两个端面形成的圆心角为a4；所述第一空气槽(140)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第一空气槽(140)的径向宽度，所述第一空气槽(140)的径向宽度为W4；每个所述安装槽(110)具有靠近所述铁芯(100)中心的第二端，所述安装槽(110)上所述第二端指向所述第一端(111)的尺寸为所述安装槽(110)的宽度，所述安装槽(110)的宽度为w3；满足：2*(w3-w4)*0.8/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

8.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述永磁体(200)为铁氧体永磁体；所述铁芯(100)的半径为R；一个所述永磁极上的两个所述第一空气槽(140)中，两个所述第一空气槽(140)远离各自对应所述安装槽(110)的两个端面形成的圆心角为a4；所述第一空气槽(140)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第一空气槽(140)的径向宽度，所述第一空气槽(140)的径向宽度为W4；每个所述安装槽(110)具有靠近所述铁芯(100)中心的第二端，所述安装槽(110)上所述第二端指向所述第一端(111)的尺寸为所述安装槽(110)的宽度，所述安装槽(110)的宽度为w3；满足：2*(w3-w4)*0.3/(2*π*a4*R/360°)＝1.6-1.9。

9.根据权利要求4所述的转子组件，其特征在于，每两个所述安装槽(110)形成一个安装槽组，所述安装槽组呈V形，所述安装槽组的开口朝向所述铁芯(100)的外缘，每个所述安装槽组内的两个所述安装槽(110)关于所述铁芯(100)的径向对称设置；多个所述安装槽组沿所述铁芯(100)的周向均匀分布；所述安装槽组V形夹角内的区域为永磁极区(120)，相邻所述安装槽组之间区域为交替极区(130)。

10.根据权利要求9所述的转子组件，其特征在于，所述永磁极区(120)中设有两个所述第一空气槽(140)，两个所述第一空气槽(140)分别靠近一个所述安装槽组中两个所述安装槽(110)的所述第一端(111)，两个所述第一空气槽(140)关于对应所述安装槽组的V形中心线对称；一个所述安装槽组中两个所述安装槽(110)的第一端(111)分别对应的两个所述第二空气槽(150)，关于对应所述安装槽组的V形中心线对称。

11.根据权利要求1-10任一项所述的转子组件，其特征在于，所述铁芯(100)的中心开设有转轴孔(160)；所述铁芯(100)上还开设有第三空气槽(170)，所述第三空气槽(170)环设于所述转轴孔(160)的外缘；所述第三空气槽(170)为多段式结构，每段所述第三空气槽(170)夹设于两个所述安装槽(110)之间，所述第三空气槽(170)的端面与所述安装槽(110)间隔设置。

12.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，每个所述安装槽(110)具有靠近所述铁芯(100)中心的第二端，所述安装槽(110)上所述第二端指向所述第一端(111)的尺寸为所述安装槽(110)的宽度；所述第三空气槽(170)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第三空气槽(170)的径向宽度；所述安装槽(110)的宽度为w3，所述第三空气槽(170)的径向宽度为t2，满足：t2/w3＝0.1-0.3。

13.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述第三空气槽(170)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第三空气槽(170)的径向宽度，所述第三空气槽(170)的径向宽度为t2；所述转轴孔(160)的侧壁与第三空气槽(170)靠近所述转轴孔(160)的侧壁之间的距离为t3，满足：t3≥2*t2。

14.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述第三空气槽(170)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第三空气槽(170)的径向宽度，所述第三空气槽(170)的径向宽度为t2；所述第三空气槽(170)的端面与所述安装槽(110)靠近所述第三空气槽(170)的侧壁之间的距离为tb1，满足：tb1/t2＝0.3-1。

15.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述第二阶梯槽(152)中靠近所述安装槽(110)的端面与靠近所述铁芯(100)轴心的侧面之间的夹角为a3，满足：a3＝85°-110°。

16.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第一空气槽(140)沿所述铁芯(100)径向的尺寸为所述第一空气槽(140)的径向宽度；所述第一空气槽(140)的径向宽度为w4，所述第一空气槽(140)与所述安装槽(110)之间的距离为tb2，满足：tb2/w4＝0.3-0.5。

17.一种交替极电机，其特征在于，包括转子组件及定子组件，所述转子组件为权利要求1-16任一项所述的转子组件(10)；所述定子组件套设于所述转子组件(10)的外缘。