CN219067945U - 转子铁芯及异步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种转子铁芯及异步电机，转子铁芯包括多个转子槽；各所述转子槽沿所述转子铁芯的周向均匀设置，且各所述转子槽远离所述转子铁芯轴心的一端形成有凹槽；各所述转子槽上的凹槽形状相同；所述凹槽与所述转子铁芯的外缘不连通。本申请中，转子槽采用非常规槽型，通过将转子槽远离转子铁芯轴心的一端设置为凹槽结构，使转子槽的顶端部分叉形成两个凸起结构，这种槽型既可以保证电机具有较高的电机效率和动力性能，又能大大降低电机的阶次电磁噪音，达到动力性和NVH性能的平衡；避免了增大转子铁芯外缘或增加声学包裹导致异步电机体积增大，提高适用范围。

Description

转子铁芯及异步电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子铁芯及异步电机。

背景技术

新能源汽车行业蓬勃发展，新能源汽车行的驱动电机现在主要分为永磁电机和异步感应电机，但由于永磁同步电机使用的稀土永磁材料价格增长，使得异步感应电机的价格优势越发显著；但异步感应电机的噪音阶次多，NVH(noise、vibration and harshness噪声、振动与声振粗糙度)问题不容易控制。为了满足驱动系统产生的NVH问题，通常采用两种技术路线，一种是增大转子铁芯外缘，另一种采用优先保证动力性，增加声学包裹的方法，但以上两种技术路线均会增加整体体积，且无法适用于体积有限制的情况。

因此，有必要提供一种新的转子铁芯及异步电机来解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种转子铁芯及异步电机，旨在解决现有异步电机为了控制NVH问题会导致驱动电机整体体积增大、适用范围有限的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种转子铁芯，所述转子铁芯包括多个转子槽；各所述转子槽沿所述转子铁芯的周向均匀设置，且各所述转子槽远离所述转子铁芯轴心的一端形成有凹槽；各所述转子槽上的凹槽形状相同；所述凹槽与所述转子铁芯的外缘不连通。

可选地，所述凹槽为三角形凹槽或弧形凹槽。

可选地，所述凹槽为轴对称结构，所述凹槽的对称中心线过所述转子铁芯的轴心。

可选地，各所述转子槽的凹槽为非轴对称结构。

可选地，所述凹槽的两端分别与所述转子槽的两侧边圆弧过渡连接。

可选地，所述凹槽的两端分别与所述转子槽的两侧边连接，且形成锐角。

可选地，所述转子槽的侧边包括第一边和第二边，所述第一边的一端与所述凹槽的一端连接，所述第一边的另一端与所述第二边连接，所述第一边和所述第二边形成钝角。

可选地，所在不同所述凹槽且相邻的两个凹槽端点的距离为L1，同一所述凹槽的两个凹槽端点的距离为L2，0.5≤L2/L1≤1.5。

可选地，所述凹槽的顶点至所述转子铁芯的外径的距离为L3，所述凹槽端点至所述转子铁芯的外径的距离为L4，2≤L4/L3≤5。

另外，所述异步电机包括定子铁芯、转子导条以及如上所述的转子铁芯，所述定子铁芯与所述转子铁芯同轴设置；所述转子导条设置在所述转子铁芯的转子槽内：

所述转子导条为转子槽内浇铸形成；或，所述转子导条为预制的导磁条，所述转子导条一一对应地插入所述转子槽中。

本实用新型技术方案中，转子槽沿转子的铁芯的径向向外延伸，通过将转子槽远离转子铁芯轴心的一端设置为凹槽结构，使转子槽的顶端部分叉形成两个凸起结构，相当于传统转子槽的两倍，起到增大转子槽数的效果，减小空间低阶电磁力的产生，从而降低异步电机在电磁力激励下的振动噪声。本申请中既不需要增加转子铁芯外缘又无需添加声学包裹，从而能够有效控制驱动电机的体积，解决了NVH问题并提高其适用范围。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中转子铁芯的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中转子铁芯的局部放大示意图；

图3为本实用新型另一实施例中转子铁芯的局部放大示意图；

图4为本实用新型又一实施例中转子铁芯的局部放大示意图；

图5为本实用新型再一实施例中转子铁芯的局部放大示意图；

图6为本实用新型实施例中转子铁芯与定子结构的关系示意图；

图7为本实用新型实施例中转子铁芯与定子结构的放大示意图。

标号	名称	标号	名称
				1	转子铁芯	126	连接段
11	转子槽	127	第一槽侧边段
				111	凹槽	128	第一槽顶段
112	凸起结构	2	转子导条
				121	槽底段	3	定子结构
122	第一侧壁段	31	定子铁芯
				123	弯折点	311	插槽
124	第二槽侧边段	312	定子倒角
				125	第二槽顶段	32	定子绕组

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1和图2所示，本实用新型一实施例中，转子铁芯1包括多个转子槽11；各转子槽11沿转子铁芯1的周向均匀设置，且各转子槽11远离转子铁芯1的轴心的一端形成有凹槽111；各转子槽11上的凹槽111形状相同；凹槽111与转子铁芯1的外缘不连通。

上述实施例中，以转子槽11靠近转子铁芯外缘的一端为转子槽顶端，转子槽11的两端沿转子铁芯1的径向向外延伸形成两个相互连接的凸起结构112，两个凸起结构112之间形成凹槽111，即两个凸起结构112将转子槽11的顶端部分设置为凹槽111使其顶端部分形成两个凸起结构112；对于采用常规转子槽型的转子，当存在饱和时在转子槽顶端磁路最窄处磁阻较大，沿圆周形成空间阶次等于转子槽数的磁导谐波；而采用本申请方案的转子，每个转子槽顶端具有两个凸起结构112，以凸起结构靠近转子铁芯外缘的一端为凸起结构的顶端，则两个凸起结构112的顶端距离转子铁芯外缘的距离最短，当存在饱和时，两个凸起结构112的顶端处会产生较大的磁阻，从而形成了空间阶次等于转子的凸起结构数；即本申请中一个转子槽11中会存在两处产生较大的磁阻，从而获得转子槽数两倍的磁导谐波，在不考虑饱和、定转子偏心等非理想因素的影响时，作用在异步电机定子齿表面的径向电磁力空间阶次为：(k₁Z_s+p)±(k₂Z_r+p)，其中：p为电机极对数，Z_s为定子槽数，Z_r为转子槽数，k₁、k₂为任意自然数。为了降低异步电机在电磁力激励下的振动噪声，需要尽量减少空间低阶径向电磁力的产生，即提高空间阶次的取值。本申请通过在转子槽11的顶部设置凹槽，起到等效增大转子槽11的数量的效果，减小空间低阶电磁力的产生，从而降低异步电机在电磁力激励下的振动噪声。即本实施例中既不需要增加气隙又无需添加声学包裹，从而能够有效控制异步电机的体积，解决了NVH问题并提高其适用范围。

对于小型径向磁通电机而言，引起电磁振动噪声的主要激励源为空间低阶径向电磁力。根据麦克斯韦方程，径向电磁力密度可由径向磁通密度计算得到：

其中，径向磁通密度b_n(θ,t)可以表示为基波b_n0(θ,t)、定子谐波b_ns(θ,t)、转子谐波b_ns(θ,t)之和。其中转子磁通密度b_nr(θ,t)可以表示为一系列谐波相加：

通常异步电机中噪声最大的阶次与转子一阶齿谐波b_{nr_1}(θ,t)相关。采用上述实施例提出的方案，能够将部分转子一阶齿谐波转化为二阶或其他更高阶次的齿谐波，从而降低转子一阶齿谐波产生的振动噪声。

并且，本申请中凹槽111与转子铁芯1的外缘不连通，即本申请方案中不采用开口槽形式。当转子槽11采用开口槽时，整个开口1处会产生较大的磁阻，从而弱化NVH优化效果。

在一实施例中，请结合参见图2和图3，凹槽111可以为三角形凹槽，三角形凹槽在两个凸起结构112的连通处形成尖角结构，从而能够获得更为明确的磁阻变化，获得更好的NVH优化效果。凹槽111也可以为弧形凹槽，弧形凹槽能够使转子槽11的边缘与转子铁芯外缘的距离平缓变化，从而保证转子铁芯1的结构强度，避免形成锋利的棱角结构，也即避免凹槽顶点处缺损(以凹槽111最靠近转子铁芯轴线处为凹槽顶点)，保证NVH优化效果。本申请中只需将转子槽11的顶端分隔成两个凸起结构112即可，从而获得与增加转子槽11数量等效的效果，本申请中对凹槽111的形状不做限定。

在实际生产加工过程中，为了均衡NVH优化效果和加工工艺的难度，凹槽11可以为类三角形凹槽，类三角形的顶点处圆角处理。

上述实施例中，由于凹槽111向靠近转子铁芯1轴线的方向内凹，则两个凸起结构的顶端到转子铁心外缘的距离小于凹槽111的底端到转子铁芯外缘的距离。相较于传统的转子槽11结构，在保证转子槽11与转子铁芯外缘的距离相同的情况下，由于凹槽111结构存在，相当于在转子槽顶端存在一个向转子铁芯轴线凸出的实体结构，从而增大转子铁芯1的实体结构占比，获得更好的结构强度。

在一实施例中，凹槽111为轴对称结构，凹槽111的对称中心线过转子铁芯1的轴心。即形成的两个凸起结构112对称设置，从而形成一圈均匀间隔设置的凸起结构112，当采用插入转子导条2的方案时，则对应的转子导条2为对称结构，在进行组装时不用进行区分。

在其他实施例中，各转子槽11的凹槽111可以为非轴对称结构，由于本方案对NVH的优化效果主要与转子槽顶端的凸起结构112和凹槽111处形成的磁导谐波相关，转子槽顶端的两个凸起结构112相对于转子槽11的中线呈对称或非对称布置，实现NVH优化效果；即转子槽11整体上结构是否对称采用对称或非对称结构对其功能的实现并不造成影响。

在一实施例中，凹槽111的两端分别与转子槽11的两侧边连接，且形成锐角。即凸起结构112的顶端为尖角结构，尖角结构能够在削弱转子一阶齿谐波的同时减少对电机输出性能的不利影响，当然在其他的实施例中，凸起结构112的顶端也可以为圆角，即凹槽111的两端分别与转子槽11的两侧边圆弧过渡连接，方便进行转子槽11的加工。在实际应用中，凸起结构112的顶端也可以是其他倒角结构，只需将凸起结构112设置为沿远离轴心的方向渐缩即可，可以根据需求，选择加工凸起结构112的顶端形状或弧度的直径。

在一实施例中，请结合参见图4，转子槽11的侧边包括第一边和第二边，第一边的一端与凹槽111的一端连接，第一边的另一端与第二边连接，第一边和第二边形成钝角。当转子槽11的侧壁为弯折结构时，能够增加转子铁芯1的实体结构，增加相邻两个转子槽11之间的距离，也即增加相邻两个转子槽11之间导磁区域的尺寸，避免转子齿过窄导致的磁路饱和程度增大，有利于提升电机的输出转矩及效率。具体使用过程中，第一边和第二边的连接处形成弯折点123，弯折点123更靠近转子外侧，弯折点123位置可以根据加工工艺或电磁性能等方面的不同需要进行调整。在其他的实施例中，转子槽11的侧壁也可以是平直的，使转子槽11的结构更为简单，可以简化加工工艺。

定义转子槽11与转子铁芯1之间距离最短处对应的端点为凹槽端点，两个凹槽端点对应的向转子铁芯轴线凸出的结构为凹槽100，所在不同凹槽111且相邻的两个凹槽端点的距离为L1，同一凹槽111的两个凹槽端点的距离为L2，0.5≤L2/L1≤1.5。定义以转子铁芯1的轴心为圆心的圆为外侧切线，各转子槽11的两个凸起结构112顶端均与外侧切线相切，无论凹槽111是否为对称结构，保证凹槽111顶点趋于均匀布置。

在一实施例中，转子槽11由槽底段121、一侧壁段122(相当于第二边)、第二槽侧边段124(相当于第一边)、第二槽顶段125、连接段126、第一槽顶段128、第一槽侧边段127(相当于第一边)、另一侧壁段122(相当于第二边)、依次首尾连接形成，连接段126朝向转子铁芯1的轴心内凹形成凹槽111，第一槽顶段128和第二槽顶段125均向远离转子铁芯1的轴心的方向外凸，且第一槽顶段128和第二槽顶段125与连接段126相切。槽底段121、两个侧壁段122、第二槽侧边段124、第二槽顶段125、连接段126、第一槽顶段128、第一槽侧边段127形成转子槽11的轮廓；第一槽侧边段127、第一槽顶段128、连接段126的左边部分围成一凸起结构112结构，第二槽边段124、第二槽顶段125、连接段126的右边部分围成另一凸起结构112结构。通过对转子槽11的轮廓设计，尤其是第一槽顶段128和第二槽顶段125设计为外凸轮廓，能够有效抑制部分与转子一阶齿谐波相关的电磁力谐波。

其中，连接段126可以是同时与第一槽顶段128和第二槽顶段125相切的圆弧段(如图4所示)，在其他的实施例中，连接段126也可以为折线，折线可分为左右两个分段，两个分段分别与第一槽顶段128和第二槽顶段125相切(如图3所示)，两个分段还可以分别与第一槽侧边段127和第二槽侧边段124相连，且连接处为凸起结构112的顶端(如图5所示)。连接段126向内凹陷的尺寸，以及两个凸起结构112向外伸展的尺寸可根据加工工艺和结构强度的要求进行调整。

在一实施例中，任一转子槽11的第一槽顶段128的以转子铁芯1的轴心为圆心的内切圆为外侧切线，各转子槽11的第一槽顶段128和第二槽顶段125均与外侧切线相切。

一转子槽11的第一槽顶段128和相邻的转子槽11的第二槽顶段125与外侧切线的切点之间的距离为L1；同一转子槽11的第一槽顶段128和第二槽顶段125与外侧切线的切点之间的距离为L2，其中L1和L2的关系为，0.5≤L2/L1≤1.5，以保证凸起结构112分布的均匀性。

在一实施例中，一转子槽11的槽底段121的左侧部分与第一槽顶段128直接用切线相连，槽底段121的右侧部分与第二槽顶段125直接用切线相连，即左侧的侧壁段122与第一槽侧边段127共线，右侧的侧壁段122与第二槽侧边段124共线。

当两侧的侧壁段122分别与第二槽侧边段124和第一槽侧边段127共线时，能够使转子槽11的结构更为简单，可以简化加工工艺；当两侧的侧壁段122分别与第二槽侧边段124和第一槽侧边段127之间存在弯折点123时，能够增加转子铁芯1的实体结构，增加相邻两个转子槽11之间的间隔，从而保证转子铁芯1的强度。在具体使用过程中，弯折点123位置可以根据加工工艺或电磁性能等方面的不同需要进行调整。

在一实施例中，凹槽111的顶点至转子铁芯1的外径的距离为L3，凹槽端点至转子铁芯1的外径的距离为L4，2≤L4/L3≤5。凹槽111的顶点与两个凹槽端点之间存在明显的高度差，也即转子槽顶端的边缘与转子铁芯1的外缘之间的距离呈先增大后减小的趋势，从而保证沿转子铁芯1的轴向存在明显的磁阻变化，且在两个凹槽端点处磁阻最大。

另外，如图6和图7所示，本实用新型还提供了一种异步电机，异步电机包括定子铁芯3、转子导条2以及如上述的转子铁芯1，定子铁芯3与转子铁芯1同轴设置；转子导条2设置在转子铁芯1的转子槽11内：由于该异步电机包括如上述所述的转子铁芯1，因此该异步电机具备上述转子铁芯1的所有有益效果，再此不一一赘述。

转子导条2为转子槽11内浇铸形成；或，转子导条2为预制的导磁条，转子导条2一一对应地插入转子槽11中。由于转子导条2的材质和加工方式的不同，转子导条2可通过往转子槽11中浇灌铝水铸造而成，在采用这样的铸造加工时，转子导条2形状通常与转子槽11的形状相同。

转子铁芯1包括多个硅钢片，多个硅钢片堆叠设置。硅钢片可以常规硅钢片材成品为原料，也可以由常规硅钢片经表面处理后使其性能达到所需要求，最后涂绝缘层并烧结成为该铁芯中的硅钢片。以在相同磁密度的情况下实现较小的铁损。

定子结构3包括定子铁芯31和多个定子绕组32，定子铁芯31与转子铁芯1同轴设置，定子铁芯31的内壁具有多个沿定子铁芯31周向等距排列的用以容纳定子绕组32的插槽311，各个插槽311的开口朝向定子铁芯31的中心。

在一实施例中，通过对定子铁芯31的齿形进行优化从而对转子高阶谐波与定子高阶谐波共同作用产生的部分电磁力谐波进行抑制，具体地，插槽311的开口处的边缘呈倒角设置，上述转子铁芯1将部分转子一阶齿谐波转化为二阶或其他更高阶次的齿谐波，从而降低转子一阶齿谐波产生的振动噪声。而二阶齿谐波产生的振动噪声则可以通过如图7中所示的定子倒角312等方法进行抑制，从而降低异步电机的振动噪声。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种转子铁芯，其特征在于，所述转子铁芯包括：多个转子槽；

各所述转子槽沿所述转子铁芯的周向均匀设置，且各所述转子槽远离所述转子铁芯轴心的一端形成有凹槽；各所述转子槽上的凹槽形状相同；

所述凹槽与所述转子铁芯的外缘不连通。

2.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽为三角形凹槽或弧形凹槽。

3.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽为轴对称结构，所述凹槽的对称中心线过所述转子铁芯的轴心。

4.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，各所述转子槽的凹槽为非轴对称结构。

5.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽的两端分别与所述转子槽的两侧边圆弧过渡连接。

6.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽的两端分别与所述转子槽的两侧边连接，且形成锐角。

7.如权利要求1至6任一项所述的转子铁芯，其特征在于，所述转子槽的侧边包括第一边和第二边，所述第一边的一端与所述凹槽的一端连接，所述第一边的另一端与所述第二边连接，所述第一边和所述第二边形成钝角。

8.如权利要求1至6任一项所述的转子铁芯，其特征在于，所在不同所述凹槽且相邻的两个凹槽端点的距离为L1，同一所述凹槽的两个凹槽端点的距离为L2，0.5≤L2/L1≤1.5。

9.如权利要求1-6任一项所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽的顶点至所述转子铁芯的外径的距离为L3，所述凹槽端点至所述转子铁芯的外径的距离为L4，2≤L4/L3≤5。

10.一种异步电机，其特征在于，所述异步电机包括：

定子铁芯；

如权利要求1至9中任一项所述的转子铁芯，所述定子铁芯与所述转子铁芯同轴设置；

转子导条，所述转子导条设置在所述转子铁芯的转子槽内；

所述转子导条为转子槽内浇铸形成；或，所述转子导条为预制的导磁条，所述转子导条一一对应地插入所述转子槽中。

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