CN215580847U - 一种永磁无刷电机转子及电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁无刷电机转子及电机，转子包括转子铁芯和长方体状的磁钢，转子铁芯上设有沿轴向贯通的多个磁钢槽；磁钢槽沿转子铁芯的圆周均匀对称分布；每个磁钢槽的第一截面包括靠近转子铁芯轴心的内侧边和远离转子铁芯轴心的外侧边，内侧边和外侧边中至少一个形状为曲线；第一截面平行于转子铁芯的轴向端面；磁钢嵌入所述磁钢槽内。本实用新型通过将磁钢槽内侧边和外侧边中至少一个形状设计为曲线，可降低永磁无刷电机的齿槽转矩，有效降低永磁无刷电机运行的转矩波动，进一步降低永磁无刷电机振动噪音，提高永磁无刷电机运行平稳性，同时可降低谐波损耗，降低磁钢温升，提高磁钢的抗退磁能力，提高电机抗过载能力。

Description

一种永磁无刷电机转子及电机

技术领域

本实用新型属于永磁电机技术领域，尤其涉及一种永磁无刷电机转子及电机。

背景技术

目前电动工具用永磁无刷电机转子根据磁钢位置的不同分为表贴式和内置式。图1为现有技术表贴式永磁无刷电机转子结构示意图，转子包括转子铁芯100和磁钢200，磁钢200固定于转子铁芯100的表面；图2为现有技术内置式永磁无刷电机转子结构示意图，转子包括转子铁芯300和磁钢400，转子铁芯300的轴向端面上开有多个磁钢槽500，每个磁钢槽500的第一截面呈长条状，磁钢槽500的第一截面包括两个相互平行的直线段，第一截面平行于转子铁芯300的轴向端面，磁钢400放置于磁钢槽内。

上述表贴式转子和内置式转子都存在齿槽转矩大的问题，这将一定程度上增加永磁无刷电机运行转矩波动，增加永磁无刷电机振动噪音，进而影响电动工具齿轮寿命。此外，上述两种永磁无刷电机在运行时，电频率较高，永磁无刷电机涡流损耗大，而转子散热情况较差，磁钢温度较高，会使磁钢发生不可逆退磁，严重影响永磁无刷电机的运行可靠性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种永磁无刷电机转子及电机，降低永磁无刷电机的齿槽转矩，有效降低电机运行的转矩波动，进一步降低电机振动噪音，提高电机运行平稳性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种永磁无刷电机转子，包括转子铁芯和长方体状的磁钢，所述转子铁芯上设有沿轴向贯通的N个磁钢槽，N=2p, p为转子极对数；所述磁钢槽沿所述转子铁芯的圆周均匀对称分布；每个磁钢槽的第一截面包括靠近转子铁芯轴心的内侧边和远离转子铁芯轴心的外侧边，所述内侧边和外侧边中至少一个形状为曲线；所述第一截面平行于转子铁芯的轴向端面；所述磁钢嵌入所述磁钢槽内。

可选的，所述曲线包括第一圆弧段、第一直线段和第二圆弧段；所述第一直线段的一端连接所述第一圆弧段；所述第一直线段的另一端连接所述第二圆弧段。

可选的，所述磁钢槽的内侧边为曲线，外侧边为直线；或所述磁钢槽的内侧边为直线，外侧边为曲线。

可选的，所述磁钢槽的第一截面为轴对称形状，且对称轴与转子铁芯的轴心相交。

可选的，所述第一圆弧段和第二圆弧段的圆心重合；

当磁钢槽的内侧边为曲线，内侧边的第一圆弧段的圆心与转子铁芯的轴心位于磁钢槽的同侧；

当磁钢槽的外侧边为曲线，外侧边的第一圆弧段的圆心与转子铁芯的轴心分别位于磁钢槽的两侧。

可选的，所述磁钢槽的第一截面还包括两个限位边，每个限位边包括与外侧边连接的第三圆弧段、与第三圆弧段连接的斜线段、与斜线段连接的第二直线段以及与第二直线段垂直连接的第三直线段，第三直线段的另一端与内侧边连接; 所述第一截面平行于转子铁芯的轴向端面。

可选的，所述曲线的第一直线段的长度A，0≤A=2*R*sin（θ）≤1/2*Lm，其中R为曲线的第一圆弧段的半径，θ为曲线的第一圆弧段的圆心角，Lm为磁钢宽度。

可选的，所述外侧边的两端面与转子铁芯轴心连线形成的角度为极弧角度β，β=(Np/2p-k)/( Np/2p) *360/2p，其中Np为定子槽数与极数的最小公倍数，p为电机极对数，k为正整数，0＜k≤Np/2p。

可选的，所述转子铁芯的外缘与限位边的第三圆弧段之间形成磁桥，磁桥厚度t=Ri-Ri1,t=0.35-0.8,其中Ri为转子铁芯的半径，Ri1为限位边的第三圆弧段的半径。

本实用新型提供一种永磁无刷电机，包括上述永磁无刷电机转子。

本实用新型采用的技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型通过将磁钢槽内侧边和外侧边中至少一个形状设计为曲线，可降低永磁无刷电机的齿槽转矩，有效降低永磁无刷电机运行的转矩波动，进一步降低永磁无刷电机振动噪音，提高永磁无刷电机运行平稳性，从而延长电动工具齿轮寿命，同时可降低谐波损耗，降低磁钢温升，提高磁钢的抗退磁能力，提高电机抗过载能力。

本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为现有技术表贴式永磁无刷电机转子剖视图；

图2为现有技术内置式永磁无刷电机转子剖视图；

图3为本实用新型永磁无刷电机转子实施例一剖视图一；

图4为图3中磁钢槽剖视图；

图5为本实用新型永磁无刷电机转子实施例一剖视图二；

图6为本实用新型永磁无刷电机转子实施例二剖视图；

图7为本实用新型永磁无刷电机转子实施例三剖视图；

图8为本实用新型实施例一永磁无刷电机与现有技术电机齿槽转矩对比图；

图9为本实用新型实施例一永磁无刷电机与现有技术电机的反电势对比图；

图10为为本实用新型实施例一永磁无刷电机与现有技术电机的反电势谐波对比图；

图11为本实用新型实施例一永磁无刷电机转子的应力分布图；

图12为现有技术永磁无刷电机转子的应力分布图。

具体实施方式

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

在本实用新型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。例如下述的“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

图3至图5为本实用新型永磁无刷电机转子实施例一剖视图，永磁无刷电机转子1，包括转子铁芯2和长方体状的磁钢3，所述转子铁芯2上设有沿轴向贯通的N个磁钢槽5，N=2p, p为转子极对数；所述磁钢槽5沿所述转子铁芯2的圆周均匀对称分布；每个磁钢槽5的第一截面包括靠近转子铁芯2轴心的内侧边12和远离转子铁芯2轴心的外侧边，内侧边12为直线，外侧边为曲线；所述第一截面平行于转子铁芯2的轴向端面；所述磁钢3嵌入在所述磁钢槽5内。所述磁钢槽5的第一截面为轴对称形状，且对称轴与转子铁芯2的轴心相交。

参考图4和图5所示，所述磁钢槽5的外侧边曲线包括第一圆弧段8、第一直线段14和第二圆弧段15；所述第一直线段14的一端连接所述第一圆弧段8；所述第一直线段14的另一端连接所述第二圆弧段15。外侧边的第一圆弧段8和第二圆弧段15的圆心重合；外侧边的第一圆弧段8的圆心与转子铁芯2的轴心分别位于磁钢槽5的两侧。该结构可降低永磁无刷电机的齿槽转矩，有效降低永磁无刷电机运行的转矩波动，进一步降低永磁无刷电机振动噪音，提高永磁无刷电机运行平稳性，从而延长电动工具齿轮寿命，同时，磁钢3表面直接与空气接触，在强迫风冷的条件下，能更有效的降低磁钢温度，减少磁钢3的退磁，提高电机的过载能力。

参考图4所示，所述磁钢槽5的第一截面还包括两个限位边，每个限位边的第一截面包括与外侧边连接的第三圆弧段7、与第三圆弧段7连接的斜线段9、与斜线段9连接的第二直线段10以及与第二直线段10垂直连接的第三直线段11，第三直线段11的另一端与内侧边12连接; 所述第一截面平行于转子铁芯2的轴向端面。转子转动时，限位边可防止磁钢3移动，可提高永磁无刷电机运行平稳性。

磁钢槽5外侧边的第一圆弧段8和第二圆弧段15使得电机等效气隙从均等气隙变成了不等气隙，电机气隙δ=(定子内径-转子外径）/2,故等效最小气隙δmin=δ，等效最大气隙δmax=δ+δa，δa= R*（1-cos（θ）），优选的δmax/δmin=1.5-3，其中，R为曲线的第一圆弧段8的半径，θ为曲线的第一圆弧段8的圆心角。

参考图5所示，所述曲线的第一直线段14的长度A，0≤A=2*R*sin（θ）≤1/2*Lm，其中R为曲线的第一圆弧段8的半径，θ为曲线的第一圆弧段8的圆心角，Lm为磁钢3宽度。

所述外侧边的两端面与转子铁芯2轴心连线形成的角度为极弧角度β，β=(Np/2p-k)/( Np/2p) *360/2p，其中Np为定子槽数与极数的最小公倍数，p为电机极对数，k为正整数，0＜k≤Np/2p。

所述转子铁芯2的外缘与限位边的第三圆弧段7之间形成磁桥13，磁桥13厚度t=Ri-Ri1,t=0.35-0.8, 优选的t=0.5，其中Ri为转子铁芯2的半径，Ri1为限位边的第三圆弧段7的半径。

图6为本实用新型永磁无刷电机转子实施例二剖视图，实施例二与实施例一的区别在于：磁钢槽5的内侧边为曲线，外侧边为直线；内侧边的第一圆弧段的圆心与转子铁芯2的轴心位于磁钢槽5的同侧。

图7为本实用新型永磁无刷电机转子实施例三剖视图，实施例三与实施例一的区别在于：磁钢槽5的内侧边为曲线，外侧边为曲线。

一种永磁无刷电机，包括上述永磁无刷电机转子，转子铁芯的轴心处开有轴孔6，转轴4套设于轴孔6内。

将本实用新型永磁无刷电机转子实施例一与图2中现有技术永磁无刷电机转子进行仿真，以角磨用无刷电机，额定输入1350W，输出功率约950-1000W，额定转速为26500rpm为例，计算其额定转矩为0.36Nm，对两个方案齿槽转矩进行分析对比，参考图8和表1，图8中横轴为角度Angle，纵轴为齿槽转矩Cogging torque，实线代表实施例一永磁无刷电机，虚线代表现有技术永磁无刷电机，由图8和表1可见，实施例一永磁无刷电机的齿槽转矩与现有技术电机相比，降低30左右，有大幅降低。

表1本实用新型电机与现有技术电机齿槽转矩对比

将本实用新型实施例一永磁无刷电机与图2中现有技术电机的反电势进行对比，以10000rpm下的反电势为例，参考图9和图10所示，图9中横轴为时间Time，纵轴为反电势Induced Voltage,实线代表实施例一永磁无刷电机，虚线代表现有技术电机；图10中横轴为频率，以f=p*n/60的频率为基波，依次为3倍基波频率、5倍基波频率、7倍基波频率、9倍基波频率和11倍基波频率，纵轴为谐波幅值Harmonic amplitude of EMF，网格矩形条代表现有技术电机，灰色矩形条代表本实用新型实施例一永磁无刷电机，由图9和图10可见，本实用新型实施例一永磁无刷电机的反电势波形更接近正弦波，有较低的谐波含量，电机有更低的谐波损耗，更低的发热。

将本实用新型实施例一永磁无刷电机转子与图2中现有技术转子的结构性能对比，在30000rpm下应力分析，参考图11和图12所示，本实用新型实施例一永磁无刷电机转子的最大应力101Mpa, 现有技术转子的最大应力116Mpa，本实用新型实施例一永磁无刷电机转子比现有技术转子的应力降低15%左右，转子的安全性得到有效提升。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种永磁无刷电机转子，包括转子铁芯和长方体状的磁钢，其特征在于：所述转子铁芯上设有沿轴向贯通的N个磁钢槽，N=2p, p为转子极对数；所述磁钢槽沿所述转子铁芯的圆周均匀对称分布；每个磁钢槽的第一截面包括靠近转子铁芯轴心的内侧边和远离转子铁芯轴心的外侧边，所述内侧边和外侧边中至少一个形状为曲线；所述第一截面平行于转子铁芯的轴向端面；所述磁钢嵌入所述磁钢槽内。

2.根据权利要求1所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述曲线包括第一圆弧段、第一直线段和第二圆弧段；所述第一直线段的一端连接所述第一圆弧段；所述第一直线段的另一端连接所述第二圆弧段。

3.根据权利要求2所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述磁钢槽的内侧边为曲线，外侧边为直线；或所述磁钢槽的内侧边为直线，外侧边为曲线。

4.根据权利要求3所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述磁钢槽的第一截面为轴对称形状，且对称轴与转子铁芯的轴心相交。

5.根据权利要求4所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述第一圆弧段和第二圆弧段的圆心重合；

当磁钢槽的内侧边为曲线，内侧边的第一圆弧段的圆心与转子铁芯的轴心位于磁钢槽的同侧；

当磁钢槽的外侧边为曲线，外侧边的第一圆弧段的圆心与转子铁芯的轴心分别位于磁钢槽的两侧。

6.根据权利要求5所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述磁钢槽的第一截面还包括两个限位边，每个限位边包括与外侧边连接的第三圆弧段、与第三圆弧段连接的斜线段、与斜线段连接的第二直线段以及与第二直线段垂直连接的第三直线段，第三直线段的另一端与内侧边连接; 所述第一截面平行于转子铁芯的轴向端面。

7.根据权利要求6所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述曲线的第一直线段的长度A，0≤A=2*R*sin（θ）≤1/2*Lm，其中R为曲线的第一圆弧段的半径，θ为曲线的第一圆弧段的圆心角，Lm为磁钢宽度。

8.根据权利要求7所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述外侧边的两端面与转子铁芯轴心连线形成的角度为极弧角度β，β=(Np/2p-k)/( Np/2p) *360/2p，其中Np为定子槽数与极数的最小公倍数，p为电机极对数，k为正整数，0＜k≤Np/2p。

9.根据权利要求8所述的永磁无刷电机转子，其特征在于：所述转子铁芯的外缘与限位边的第三圆弧段之间形成磁桥，磁桥厚度t=Ri-Ri1,t=0.35-0.8,其中Ri为转子铁芯的半径，Ri1为限位边的第三圆弧段的半径。

10.一种永磁无刷电机，其特征在于：包括权利要求1至9任一所述永磁无刷电机转子。

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