CN219351382U - 转子结构和电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转子结构和电机。该转子结构包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)包括轴孔(4)，转子铁芯(1)由多个转子冲片(2)叠压而成，在一个磁极下，转子铁芯(1)上开设有沿径向方向延伸的磁钢槽(3)，磁钢槽(3)内设置有永磁体(5)，永磁体(5)沿垂直于q轴的方向充磁，相邻的两块永磁体(5)的充磁方向相反，永磁体(5)在q轴两侧的面为曲面，在垂直于转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，曲面的曲线变化满足λsin²α，其中λ为给定参数，α为永磁体(5)沿q轴方向由轴孔(4)侧向转子外圆的变化量。根据本实用新型的转子结构，能够减少电机谐波及谐波损耗，减小转矩脉动，提高电机效率。

Description

转子结构和电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种转子结构和电机。

背景技术

切向永磁同步电机具有运行效率高，输出转矩大，可靠性好，质量体积小的优点。切向永磁同步电机在内置式转子结构的电机基础上，结合了内置式电机同时产生永磁转矩和磁阻转矩的优点，改变磁钢的放置方式和充磁方向，磁钢沿转子铁芯的切向进行充磁，相邻两个磁钢充磁方向相反，在一个极距下的两个磁钢的磁通并联，提高电机的磁通密度，增大电机输出转矩。

当前的切向永磁电机，磁钢产生的磁场与电枢齿槽相互作用产生齿槽转矩，会导致电机产生较大的转矩脉动，降低电机的效率。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种转子结构和电机，能够减少电机谐波及谐波损耗，减小转矩脉动，提高电机效率。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种转子结构，包括转子铁芯，转子铁芯包括轴孔，转子铁芯由多个转子冲片叠压而成，在一个磁极下，转子铁芯上开设有沿径向方向延伸的磁钢槽，磁钢槽内设置有永磁体，永磁体沿垂直于q轴的方向充磁，相邻的两块永磁体的充磁方向相反，永磁体在q轴两侧的面为曲面，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，曲面的曲线变化满足λsin²α，其中λ为给定参数，α为永磁体沿q轴方向由轴孔侧向转子外圆的变化量。

进一步地，永磁体的径向外侧面和径向内侧面为平面。

进一步地，永磁体的数量n为偶数，转子铁芯具有n/2对极。

进一步地，永磁体沿q轴方向的长度为L，永磁体的切向面宽度为b，b/L＝0.2～0.3。

进一步地，永磁体沿q轴方向的长度为L，转子外圆的半径为R，轴孔的半径为r，L/(R-r)≤0.8。

进一步地，在转子铁芯的中心为坐标原点的坐标系内，以坐标(0，R-δ-L/2)为新的原点以q轴方向为α轴方向建立新的坐标系，其中R为转子外圆的半径，δ为永磁体靠近转子铁芯外圆一侧与转子铁芯外圆之间距离的最大值，L为永磁体沿q轴方向的长度，曲面在(-L/2，L/2)的范围内按照λsin²(π/(2*L))-b/2的曲线变化。

进一步地，永磁体和磁钢槽在q轴方向上完全贴合且均关于q轴对称。

进一步地，永磁体和磁钢槽在q轴方向远离轴孔的一侧贴合，靠近轴孔的一侧存在空隙。

进一步地，永磁体沿q轴方向的长度为L时，空隙沿q轴方向的最大宽度为m，m/L≤0.2。

进一步地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，磁钢槽靠近轴孔一侧的侧边为直线、曲线或直线和曲线的组合，磁钢槽关于q轴对称。

进一步地，磁钢槽靠近轴孔一侧与轴孔的孔壁之间的最小距离为d，转子外圆的半径为R，轴孔的半径为r，d/(R-r)＝0.01～0.1。

进一步地，磁钢槽为开口槽，或，磁钢槽为闭口槽。

进一步地，永磁体在q轴两侧的曲面与永磁体的切向面之间的最大距离为λ/2，其中0＜λ≤b。

进一步地，磁钢槽靠近轴孔一侧与轴孔的孔壁之间的最小距离为d，轴孔的半径为r，r/d＝9.5～10。

进一步地，永磁体以转子铁芯的中心为中心沿圆周方向均匀间隔排布，相邻的两个永磁体在垂直于q轴方向上的厚度最高点之间的周向距离为L1，L1＝2π(r+R)/(3*n)～π(r+R)/n。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电机，包括定子结构和转子结构，该转子结构为上述的转子结构，定子结构和转子结构之间形成气隙。

应用本实用新型的技术方案，转子结构包括转子铁芯，转子铁芯包括轴孔，转子铁芯由多个转子冲片叠压而成，在一个磁极下，转子铁芯上开设有沿径向方向延伸的磁钢槽，磁钢槽内设置有永磁体，永磁体沿垂直于q轴的方向充磁，相邻的两块永磁体的充磁方向相反，永磁体在q轴两侧的面为曲面，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，曲面的曲线变化满足λsin²α，其中λ为给定参数，α为永磁体沿q轴方向由轴孔侧向转子外圆的变化量。该转子结构使得永磁体在圆周切向上的厚度随着在q轴上对应的位置变化而改变，转子结构的极弧系数也随之变化，改变了永磁体在d轴方向上的磁路，增加了气隙合成磁密的正弦性，并改善了电机磁场的谐波，减少了谐波损耗，缓解了电机的发热，提高电机的效率，通过改变电机的永磁体结构，使极弧系数发生变化，改变永磁体输出的磁场，使磁场与电枢的齿槽之间的相互影响降低，抑制齿槽转矩，在保证电机输出平均转矩的前提下，提高了电机输出转矩的质量，减弱了电磁转矩的脉动，提高了电机效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例的转子结构的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施例的转子结构的永磁体的结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例的转子结构的立体图；以及

图4示出了本实用新型的另一实施例的转子结构的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、转子铁芯；2、转子冲片；3、磁钢槽；4、轴孔；5、永磁体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

结合参见图1至图4所示，根据本实用新型的实施例，转子结构包括转子铁芯1，转子铁芯1包括轴孔4，转子铁芯1由多个转子冲片2叠压而成，在一个磁极下，转子铁芯1上开设有沿径向方向延伸的磁钢槽3，磁钢槽3内设置有永磁体5，永磁体5沿垂直于q轴的方向充磁，相邻的两块永磁体5的充磁方向相反，永磁体5在q轴两侧的面为曲面，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，曲面的曲线变化满足λsin²α，其中λ为给定参数，α为永磁体5沿q轴方向由轴孔4侧向转子外圆的变化量。

该转子结构使得永磁体5在圆周切向上的厚度随着在q轴上对应的位置变化而改变，转子结构的极弧系数也随之变化，改变了永磁体5在d轴方向上的磁路，增加了气隙合成磁密的正弦性，并改善了电机磁场的谐波，减少了谐波损耗，缓解了电机的发热，通过改变电机的永磁体5结构，使转子结构的极弧系数发生变化，改变永磁体5输出的磁场，使磁场与电枢的齿槽之间的相互影响降低，抑制齿槽转矩，在保证电机输出平均转矩的前提下，提高了电机输出转矩的质量，减弱了电磁转矩的脉动，提高了电机效率。

永磁体5采用切向充磁方式，利用相邻磁钢并联输出磁场的聚磁效应，提升电机的转矩密度。

在本实施例中，通过对永磁体5的q轴两侧的曲面形状进行限定，并使得其厚度能够满足上述曲线公式的限定，可以对永磁体5的结构进行优化，使得永磁体5的q轴两侧的结构形成曲面结构，进而可以对永磁体5所形成的磁场进行调节，改善气隙磁密，使得调整后的气隙磁密更加符合正弦性要求，从而可以有效改善电机磁场的谐波，抑制齿槽转矩，减弱电磁转矩脉动。

本实施例中的λsin²α仅为限定形成永磁体5的q轴两侧曲面的曲线形状，因此，α为永磁体沿q轴方向的变化量，λ为设定参数，用来限定曲线的凸出高度。λ和α共同作用，能够准确限定永磁体5的曲面形状，使得永磁体5设计出来的结构能够准确符合设计需求。

在一个实施例中，永磁体5的径向外侧面和径向内侧面为平面，可以以永磁体5的径向外侧面和径向内侧面为基准，进行永磁体5的加工制造，降低成型难度，提高成型效率和制造精度。

在一个实施例中，永磁体5的数量n为偶数，转子铁芯1具有n/2对极。

在一个实施例中，永磁体5沿q轴方向的长度为L，永磁体5的切向面宽度为b，b/L＝0.2～0.3。本实施例中的切向面宽度是指永磁体5在垂直于q轴方向的最小宽度，也即为永磁体5在q轴方向上的径向外侧面和径向内侧面的宽度。

通过限定b/L的比值范围，可以合理限定永磁体5的长度和切向宽度比值，从而使得永磁体5具有合适的长度和宽度比，既能够保证永磁体5具有足够的宽度，提供足够的结构强度，又能够保证永磁体5具有足够的长度，可以提供充足的磁场，满足电机的转矩需求。

在一个实施例中，永磁体5沿q轴方向的长度为L，转子外圆的半径为R，轴孔4的半径为r，L/(R-r)≤0.8，从而限定了永磁体5的长度在转子铁芯1的径向宽度上的占比，使得转子结构在永磁体5的径向方向的两端能够留下足够的尺寸，保证转子结构的机械强度，使得转子结构在运动过程中不发生形变。

在一个实施例中，在转子铁芯1的中心为坐标原点的坐标系内，以坐标0，R-δ-L/2为新的原点以q轴方向为α轴方向建立新的坐标系，其中R为转子外圆的半径，δ为永磁体5靠近转子铁芯1外圆一侧与转子铁芯1外圆之间距离的最大值，L为永磁体5沿q轴方向的长度，曲面在-L/2，L/2的范围内按照λsin²(π/(2*L))-b/2的曲线变化。

在本实施例中，通过对转子铁芯1的坐标系进行转换，形成了以永磁体5的中心为原点，以q轴方向为α轴方向的新的坐标系，可以对永磁体5的q轴两侧的曲面变化趋势形成更加准确，更加符合转子结构的限定。在本实施例中，永磁体5在轴向上磁极的形状不发生变化，保证了磁极结构的稳定性。

通过上述公式可以以永磁体5自身的结构为坐标，更加精确地限定永磁体5的q轴两侧的曲面形状，使得永磁体5的厚度变化能够满足上述曲线公式的限定，可以对永磁体5的结构进行优化，使得永磁体5的q轴两侧的结构形成曲面结构，进而可以对永磁体5所形成的磁场进行调节，改善气隙磁密，使得调整后的气隙磁密更加符合正弦性要求，从而可以有效改善电机磁场的谐波，抑制齿槽转矩，减弱电磁转矩脉动。

在一个实施例中，永磁体5和磁钢槽3在q轴方向上完全贴合且均关于q轴对称。

在本实施例中，永磁体5的形状与磁钢槽3的形状相适配，使得永磁体5能够正好合适地落入到磁钢槽3内，可以利用磁钢槽3的结构对永磁体5的安装结构进行限定，由于永磁体5与磁钢槽3在周向两侧的壁面完全贴合，且永磁体5为切向充磁，因此能够有效避免永磁体5与磁钢槽3的内壁之间存在空隙所带来的影响磁力线的通过效率的问题，保证磁力线可以更加充分地经永磁体5的周向两侧经转子铁芯1向转子外圆方向行进，保证了永磁体5的利用效率，提高了电机的输出转矩。

在一个实施例中，永磁体5和磁钢槽3在q轴方向远离轴孔4的一侧贴合，靠近轴孔4的一侧存在空隙。

在本实施例中，由于永磁体5切向充磁，因此在永磁体5靠近轴孔4的一侧与磁钢槽3之间形成空隙，并不会影响永磁体5的磁力线顺利到达转子铁芯1上，有效保证了永磁体5的磁场，由于永磁体5与磁钢槽3的靠近轴孔4的内壁之间存在空隙，因此能够减小转子结构的质量。

在一个实施例中，空隙内填充有不导磁材料，不导磁材料的质量较轻，同时具有不导磁特性，可以有效增大磁阻，因此既不会影响永磁体5的磁力线走向，又能够减轻转子结构的质量，同时还可以提高永磁体5在磁钢槽3内的安装结构稳定性，提高转子结构的机械强度。

在一个实施例中，永磁体5沿q轴方向的长度为L时，空隙沿q轴方向的最大宽度为m，m/L≤0.2。

通过限定永磁体5沿q轴方向的长度L与空隙沿q轴方向的最大宽度m之间的比例关系，可以适当的减小永磁体5与磁钢槽3之间的气隙，利用磁饱和效应，保证转轴附近不出现漏磁，且采用非导磁材料填充，增大了磁阻，也减轻了漏磁，并可保证永磁体5的位置固定。

在一个实施例中，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，磁钢槽3靠近轴孔4一侧的侧边为直线、曲线或直线和曲线的组合，磁钢槽3关于q轴对称。

在一个实施例中，磁钢槽3靠近轴孔4一侧与轴孔4的孔壁之间的最小距离为d，转子外圆的半径为R，轴孔4的半径为r，d/(R-r)＝0.01～0.1。

通过限定d与R、r之间的关系，可以限定磁钢槽3靠近轴孔4的内侧壁与轴孔4之间的距离在转子铁芯1沿径向方向的宽度上所占的比例，从而能够保证磁钢槽3与轴孔4的孔壁之间的距离相对于转子铁芯1沿径向方向的宽度占比不超过百分之十，可以避免在减少漏磁的条件下电机的机械强度下降。

在一个实施例中，磁钢槽3为开口槽，可以更加有效地避免漏磁，提高永磁体5的磁场利用率，提高电机的输出转矩。

在一个实施例中，为了提高转子铁芯1的结构强度，在转子铁芯1的外周侧可以使用塑胶类绝缘不导磁材料进行包裹，一方面能够更加有效地固定磁钢，另一方面可以有效提高转子结构的机械强度。

在一个实施例中，永磁体5的靠近转子外圆侧的切向面与转子外圆之间的最小距离为切向面与转子外圆在q轴上的距离。磁钢槽3的两个切向面要与q轴垂直，永磁体5位于q轴两侧的两个曲面的加工要保持足够的精度，永磁体5在轴向上的结构不发生变化。对于磁钢槽3与转子铁芯1内径相连的地方，尺寸设计要保证可以利用磁路饱和使电机内径不漏磁，也要保证电机在运行时有足够的机械强度，不至于使转子铁芯1发生形变。

在一个实施例中，磁钢槽3为闭口槽，在转子铁芯1的转子外圆与永磁体5之间形成有隔磁桥，且隔磁桥不断开，使得转子铁芯1的圆周是完整的，转子外圆能够保持连续，在保持电机的性能不降低的情况下，降低了加工难度，增强了转子铁芯1的机械强度，防止转子铁芯1在运动过程中发生变形。

在一个实施例中，永磁体5在q轴两侧的曲面与永磁体5的切向面之间的最大距离为λ/2，其中0＜λ≤b。

限定q轴两侧曲面与永磁体切面之间的距离，可以保证磁钢槽的结构强度，在电机运行的过程中不发生形变。

在一个实施例中，磁钢槽3靠近轴孔4一侧与轴孔4的孔壁之间的最小距离为d，轴孔4的半径为r，r/d＝9.5～10。

此处限定磁钢槽与轴孔之间的距离，保证d的值足够小，可以利用磁饱和原理，限制磁力线的走向，减少轴上的漏磁，提高磁场的利用率并且保护轴的使用寿命。

在一个实施例中，永磁体5以转子铁芯1的中心为中心沿圆周方向均匀间隔排布，相邻的两个永磁体5在垂直于q轴方向上的厚度最高点之间的周向距离为L1，L1＝2π(r+R)/(3*n)～π(r+R)/n。

在本实施例中，通过上述限定，可以保证相邻的永磁体5之间的距离以及相邻的磁钢槽3之间的距离合适，减少电机的磁路饱和，削弱电机的输出转矩脉动。

根据本实用新型的实施例，电机包括定子结构和转子结构，转子结构为上述的转子结构，定子结构和转子结构之间形成气隙。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种转子结构，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)包括轴孔(4)，所述转子铁芯(1)由多个转子冲片(2)叠压而成，在一个磁极下，所述转子铁芯(1)上开设有沿径向方向延伸的磁钢槽(3)，所述磁钢槽(3)内设置有永磁体(5)，所述永磁体(5)沿垂直于q轴的方向充磁，相邻的两块所述永磁体(5)的充磁方向相反，所述永磁体(5)在q轴两侧的面为曲面，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，所述曲面的曲线变化满足λsin²α，其中λ为给定参数，α为所述永磁体(5)沿q轴方向由轴孔(4)侧向转子外圆的变化量。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)的径向外侧面和径向内侧面为平面。

3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)的数量n为偶数，所述转子铁芯(1)具有n/2对极。

4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)沿q轴方向的长度为L，所述永磁体(5)的切向面宽度为b，b/L＝0.2～0.3。

5.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)沿q轴方向的长度为L，所述转子外圆的半径为R，所述轴孔(4)的半径为r，L/(R-r)≤0.8。

6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，在所述转子铁芯(1)的中心为坐标原点的坐标系内，以坐标(0，R-δ-L/2)为新的原点以q轴方向为α轴方向建立新的坐标系，其中R为所述转子外圆的半径，δ为所述永磁体(5)靠近转子铁芯(1)外圆一侧与转子铁芯(1)外圆之间距离的最大值，L为所述永磁体(5)沿q轴方向的长度，所述曲面在(-L/2，L/2)的范围内按照λsin²(π/(2*L))-b/2的曲线变化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)和所述磁钢槽(3)在q轴方向上完全贴合且均关于q轴对称。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)和所述磁钢槽(3)在q轴方向远离轴孔(4)的一侧贴合，靠近轴孔(4)的一侧存在空隙。

9.根据权利要求8所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)沿q轴方向的长度为L时，所述空隙沿q轴方向的最大宽度为m，m/L≤0.2。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的转子结构，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，所述磁钢槽(3)靠近轴孔(4)一侧的侧边为直线、曲线或直线和曲线的组合，所述磁钢槽(3)关于q轴对称。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢槽(3)靠近轴孔(4)一侧与所述轴孔(4)的孔壁之间的最小距离为d，所述转子外圆的半径为R，所述轴孔(4)的半径为r，d/(R-r)＝0.01～0.1。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢槽(3)为开口槽，或，所述磁钢槽(3)为闭口槽。

13.根据权利要求6所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)在q轴两侧的所述曲面与所述永磁体(5)的切向面之间的最大距离为λ/2，其中0＜λ≤b。

14.根据权利要求1至4、6中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢槽(3)靠近轴孔(4)一侧与所述轴孔(4)的孔壁之间的最小距离为d，所述轴孔(4)的半径为r，r/d＝9.5～10。

15.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(5)以所述转子铁芯(1)的中心为中心沿圆周方向均匀间隔排布，相邻的两个所述永磁体(5)在垂直于q轴方向上的厚度最高点之间的周向距离为L1，L1＝2π(r+R)/(3*n)～π(r+R)/n。

16.一种电机，其特征在于，包括定子结构和转子结构，所述转子结构为权利要求1至15中任一项所述的转子结构，所述定子结构和所述转子结构之间形成气隙。

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