CN214314772U - 一种转子结构及包括其的电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种转子结构及包括其的电机。转子结构，用于可转动地设置在定子内，包括转子铁芯，所述转子铁芯的外周壁上形成有凸台，所述凸台与所述转子铁芯的轴线平行设置，并沿所述转子铁芯的周向均分布有多个，所述凸台用于使所述转子铁芯与所述定子之间形成不均匀气隙。本实用新型能够提高转子运行稳定性，使电机性能更好。

Description

一种转子结构及包括其的电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子结构及包括其的电机。

背景技术

永磁电机特有的问题之一是齿槽转矩，齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和铁芯之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的。当定转子存在相对运动时，处于极弧部分的电枢齿与永磁体间的磁导基本不变，因此这些电枢齿周围的磁场也基本不变，而定子开槽部分，导致该区域的气隙磁导不均匀，对应齿的位置气隙小、磁导大，槽口处气隙大、磁导小。

若不开槽，定子齿数相应的附加周期性的磁导分量，导致气隙磁场的分布发生变化，致使电动势波形出现明显的谐波波纹，这种齿谐波电动势，就是齿槽转矩的体现。这种齿槽转矩会带来一些性能上的影响，例如：电机损耗增大，效率下降，温升增加，还会增大电机的转矩脉动，而当齿槽转矩的频率刚好和电机运行时达到相同频率时，会有很大的振动和噪声。

所以需要想办法去降低齿槽转矩，从而提高电机的性能，一般的解决方法有定子斜槽、定子开辅助槽、优化槽极配合等，大部分方法是在定子上作文章，从转子上改善的方法有转子斜极，但转子中需要安装永磁体，导致转子斜极难以实现。

异步启动的永磁同步电机，转子外圈有转子槽，类似图1的结构，外圈均匀排布的为铸铝槽，这种需要铸铝的转子普遍会存在铸铝后转子外圈椭圆、塌陷，转子铸铝导条细等问题，是由于铸铝液的冷缩导致转子各部分都有向内挤压的应力引起的。内圈的槽的壁厚较薄，容易挤压变形，这样会影响永磁体的装配。即使对于不需要装永磁体的磁阻电机，槽型变形也会改变磁路，从而导致性能受影响。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种转子结构及包括其的电机，至少用于解决现有技术中存在的转子齿槽转矩大的技术问题，具体地：

本实用新型提供一种转子结构，用于可转动地设置在定子内，包括转子铁芯，所述转子铁芯的外周壁上形成有凸台，

所述凸台与所述转子铁芯的轴线平行设置，并沿所述转子铁芯的周向均分布有多个，

所述凸台用于使所述转子铁芯与所述定子之间形成不均匀气隙。

进一步可选地，所述转子铁芯上还设置有铸铝孔，所述铸铝孔沿所述转子铁芯的周向分布多个，

所述铸铝孔用于浇注铸铝液。

进一步可选地，所述转子铁芯上还设置有磁钢孔，所述磁钢孔沿所述转子铁芯的周向分布有多个，

在所述转子铁芯的径向上，所述磁钢孔位于所述铸铝孔的内侧。

进一步可选地，所述凸台构造为圆弧凸台，其外壁面为圆弧状,

所述凸台的外壁面与所述转子冲片的外壁面的圆心不同心。

进一步可选地，所述凸台的外壁面的圆心所在位置满足以下关系：

δ_max为最大气隙：

其中α_p为极弧系数：为一极的永磁体所占的弧长占转子极距的比例，δ_min为最小气隙；

偏心距h为：

所述偏心距h即所述凸台外壁面的圆心与所述转子冲片的外壁面的圆心之间的距离。

进一步可选地，所述凸台的外壁面的半径为：R₂＝R₁-h-δ_min。

进一步可选地，所述转子结构运行时，所述凸台的转矩呈周期性变化，变化周期与所述定子的定子槽数和所述凸台的数量满足如下关系：

其中，其中Z₁为定子槽数、Z₂为凸台的数量、GCD为最大公约数。

第二方面，本实用新型提供一种电机，包括上述转子结构。

本实用新型通过在转子结构的外壁面形成齿槽结构，在定子槽数、转子极数、磁钢孔数量、位置确定的情况下，通过转子外圈的凸台调节齿槽转矩，以达到调节齿槽转矩周期和幅值的目的，从而增加电机的性能，以及避开电机轻载低速运行时的共振点，降低电机的噪音和振动。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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示出本实用新型实施例转子铁芯的端面示意图；

图2示出本实用新型实施例定子冲片和转子冲片一起冲制成型状态示意图；

图3示出图2中A处放大图；

图4示出本实用新型实施例转子冲片的结构示意图；

图5示出本实用新型实施例工装固定转子铁芯状态示意图(进行铸铝)；

图6示出本实用新型实施例定子与转子结构装配状态示意图；

图7示出图6中B处放大图。

图中：

10、转子铁芯；11、凸台；12、铸铝孔；13、磁钢孔；20、定子； 21、定子槽；11’、凸齿结构；30、工装；31、固定槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本实用新型通过在转子结构的外壁面形成齿槽结构，在定子槽数、转子极数、磁钢孔数量、位置确定的情况下，通过转子外圈的凸台调节齿槽转矩，以达到调节齿槽转矩周期和幅值的目的，从而增加电机的性能，以及避开电机轻载低速运行时的共振点，降低电机的噪音和振动。以下结合具体实施例对本实用新型进行详细介绍：

如图1-图7所示，本实用新型提供一种转子结构，用于可转动地设置在定子20内，转子结构包括转子铁芯10，转子铁芯10的外周壁上形成有凸台11，凸台11与转子铁芯10的轴线平行设置，并沿转子铁芯10 的周向均分布有多个，凸台11用于使转子铁芯10与定子20之间形成不均匀气隙。

如图1所示，转子铁芯10上还设置有铸铝孔12和磁钢孔13，铸铝孔12和磁钢孔13均沿着转子冲片的周向分布，在转子冲片的径向上，铸铝孔12位于磁钢孔13的外侧。铸铝孔12用于铸铝，磁钢孔13用于安装磁钢，并且，铸铝孔12内进行铸铝以及磁钢孔13内装入永磁体后形成转子结构。

具体地，转子铁芯的外周壁上间隔形成多个凸台11，相邻两个凸台 11之间形成凹槽，凸台11和凹槽构成齿槽结构，凸台11构造为圆弧凸台11，其外壁面为圆弧状,并且，凸台11的外壁面与转子冲片的外壁面的圆心不同心。

优选地，如图6、图7所示，凸台11的外壁面的圆心所在位置满足以下关系：

δ_max为最大气隙，即转子和定子20之间的最大间隙：

其中α_p为极弧系数：为一极的永磁体所占的弧长占转子极距的比例，δ_min为最小气隙；

偏心距h，也即极弧半径为：

偏心距h即凸台11外壁面的圆心与转子冲片的外壁面的圆心之间的距离。进一步地，可以确定凸台11的外壁面的半径为：R₂＝R₁-h-δ_min。通过这三个公式可确定极弧的位置及半径，从而确定转子外圈的凸台11 的加工形状，不同的形状，以及凸台11的排布都对应不同的齿槽转矩幅值。

这样不均匀气隙的设计方案就已确定。不同的极弧系数和定转子气隙的选取，会得到不同的效果，实现可调的目的，当选取的参数刚好满足上述表达式时，降低齿槽转矩的效果会到最好。

有一部分齿槽转矩是由定子齿槽和转子齿槽引起的磁导谐波共同产生。而凸台11和转子外圆刚好形成了齿槽的效果，所以这种情况可以将凹槽视为转子槽。由于定转子相对位置变化的一个定子齿距的范围内，齿槽转矩是周期性变化的，变化的周期数取决于定子槽数和转子槽数的配合。这一部分的齿槽转矩的周期数为使mZ₂/GCD(Z₁,Z₂)为整数的最小的整数m。因此周期数转子槽数与定子槽数、转子槽数最大公约数的比值，即

其中Z₁为定子槽数、Z₂为转子槽数、GCD为最大公约数(最大公约数为的数学定义，表示两个或多个整数共有约数中最大的一个，取值为整数)。

由于齿槽转矩的幅值与齿槽转矩的周期成正比，因此可通过定转子齿槽数的配合来调节齿槽转矩的大小。从而可以避开电机的共振点，达到降噪和降振，并且保证电机低速和中高速都稳定运行的目的。

本实用新型还提供一种上述转子结构的制造方法，包括：

冲制成型，通过冲制的方式形成转子冲片，转子冲片的外缘沿其周向形成有多个凸齿结构11’；

叠压，多个转子冲片叠压形成转子铁芯10；

铸铝，转子铁芯10通过工装30固定，然后向铸铝孔12内浇注铝液；

二次加工，铸铝完成后对转子铁芯10上的凸齿结构11’进行二次加工成型。

具体的，转子冲片通过冲制形成，优选地，当转子冲片上的凸齿结构11’的数量与定子20的定子槽数量相同时，转子冲片和定子的定子冲片一起成型，如图2、图3所示。即转子冲片和定子冲片采用冲制的方式一次成型，此时，如图4所示，转子冲片上的凸齿结构11’形状与定子冲片上的定子槽21的形状相同，冲制成型后再对转至冲片上的凸齿结构11’进行加工减小径向尺寸形成凸台11，这样可以减少废料的产生，减少浪费；

或者，

当转子冲片上的凸齿结构11’的数量与定子20的定子槽21数量不同时，转子冲片单独冲制成型；

首次冲制形成的转子冲片上的凸齿结构11’形状优选与定子上的定子槽21的形状相同，构造为倒置梯形的形状，或者，还可以形成T型等使其能够在径向上能够方便卡接的形状。

多个转子冲片叠压的方式形成转子铁芯10，转子铁芯10的铸铝孔 12内需要进行铸铝，铸铝过程包括：转子铁芯10通过工装30进行固定，然后向铸铝孔12内浇注铝液。如图5所示，优选地，工装30上设置有与凸齿结构11’形状相同的固定槽31，凸齿结构11’嵌入到固定槽31 内。

具体地，与转子铁芯10配合的工装30上设置固定槽31，固定槽31 的槽型可根据定子槽21型设计，齿槽数根据转子凸台11数来确定，这种槽型可与转子铁芯10配合，该工装30可根据需求设计成6份不等，只需要保证拼起来形成圆周即可。

拼装成整圆的工装30和转子铁芯10外圈的齿槽配合，这样工装30 和转子铁芯10会形成一个整体，当转子铁芯10受到铸铝液的应力时，保证对转子铁芯10的支撑力均匀分布在转子铁芯10外圈，工装30外圈的整圆有很高的强度和拉扯力，通过和转子铁芯10配合的齿部，拉住转子铁芯10，保证转子铁芯10外圆不会向内变形塌陷，整体的结构强度得到了保证，转子铁芯10内部需要铸铝的铸铝孔12以及不需铸铝的磁钢孔13在收到应力的情况下也不会变形了，这样铸铝液就能充分且顺利的进入铸铝孔12内，保证铸铝液的质量，减少了细条和断条的风险，大大的提高铸铝转子的合格率。

优选地，在转子铁芯10铸铝之前，转子铁芯10上的凸齿结构11’不需要进行二次加工，即凸齿结构11’的形状与定子铁芯上的定子槽21 也即工装30上的固定槽31形状相同即可，这样凸齿结构11’和固定槽 31可以在周向和径向上都形成相互作用力。待铸铝完成后，再对凸齿结构11’进行二次加工，凸齿结构11’的形状能够满足设计形状即可。

本实用新型还提供一种电机，包括定子20和转动设置在定子内的转子结构，转子结构与定子之间形成不均匀气隙，以达到调节齿槽转矩周期和幅值的目的，从而增加电机的性能，以及避开电机轻载低速运行时的共振点，降低电机的噪音和振动。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种转子结构，用于可转动地设置在定子内，其特征在于：包括转子铁芯，所述转子铁芯的外周壁上形成有凸台，

所述凸台与所述转子铁芯的轴线平行设置，并沿所述转子铁芯的周向均分布有多个，

所述凸台用于使所述转子铁芯与所述定子之间形成不均匀气隙。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述转子铁芯上还设置有铸铝孔，所述铸铝孔沿所述转子铁芯的周向分布多个，

所述铸铝孔用于浇注铸铝液。

3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于：所述转子铁芯上还设置有磁钢孔，所述磁钢孔沿所述转子铁芯的周向分布有多个，

在所述转子铁芯的径向上，所述磁钢孔位于所述铸铝孔的内侧。

4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述凸台构造为圆弧凸台，其外壁面为圆弧状,

所述凸台的外壁面与所述转子铁芯的外壁面的圆心不同心。

5.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于:所述凸台的外壁面的圆心所在位置满足以下关系：

δ_max为最大气隙：

其中α_p为极弧系数：为一极的永磁体所占的弧长占转子极距的比例，δ_min为最小气隙；

偏心距h为：

所述偏心距h即所述凸台外壁面的圆心与所述转子铁芯的外壁面的圆心之间的距离。

6.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于：所述凸台的外壁面的半径为：R₂＝R₁-h-δ_min。

7.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于：所述转子结构运行时，所述凸台的转矩呈周期性变化，变化周期与所述定子的定子槽数和所述凸台的数量满足如下关系：

其中，其中Z₁为定子槽数、Z₂为凸台的数量、GCD为最大公约数。

8.一种电机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的转子结构。

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