CN221103080U - 电机转子结构及双定子单转子盘式电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机技术领域，公开电机转子结构及双定子单转子盘式电机，电机转子结构包括转子芯板、第一磁组及第二磁组，转子芯板的中心位置设有轴孔；第一磁组包括M个第一磁性件，各第一磁性件围绕轴孔等间距地布设在转子芯板轴向上的第一水平面；第二磁组包括M个第二磁性件，各第二磁性件对应各第一磁性件等间距地布设在转子芯板轴向上的第二水平面，彼此对应的第二磁性件和第一磁性件在转子芯板上的投影部分重叠，且各第一磁性件和第二磁性件的磁极方向被配置为适于在第一水平面和所述第二水平面之间形成串联磁场。本实用新型的双定子单转子盘式电机能够削弱齿槽转矩以及反电动势的THD，提高电机的工作效率。

Description

电机转子结构及双定子单转子盘式电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及电机转子结构及双定子单转子盘式电机。

背景技术

盘式电机被广泛应用于电动车辆、储能系统以及动力系统等应用场合，现有双定子单转子盘式电机中的转子铁芯将双层永磁体对齐，以降低磁阻，但这也导致齿槽转矩和反电动势的THD(Total HarmoMic DistortioM，总谐波失真)增大，削弱了电机的工作效率。

因此，亟需一种电机转子结构及双定子单转子盘式电机，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于：提供电机转子结构及双定子单转子盘式电机，削弱齿槽转矩以及反电动势的THD，提高电机的工作效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，提供电机转子结构，用于双定子单转子盘式电机，所述电机转子结构包括：

转子芯板，其中心位置设有轴孔；

第一磁组，其包括M个第一磁性件，各所述第一磁性件围绕所述轴孔等间距地布设在所述转子芯板轴向上的第一水平面；

第二磁组，其包括M个第二磁性件，各所述第二磁性件一一对应各所述第一磁性件等间距地布设在所述转子芯板轴向上的第二水平面；彼此对应的所述第二磁性件和所述第一磁性件在所述转子芯板上的轴向投影部分重叠，且各所述第一磁性件和各所述第二磁性件的磁极方向被配置为适于在所述第一水平面和所述第二水平面之间形成串联磁场。

作为一种可选的技术方案，所述第一磁性件与所述第二磁性件形状大小相同；所述第一磁性件到所述转子芯板中心轴线的距离等于所述第二磁性件到所述转子芯板中心轴线的距离。

作为一种可选的技术方案，所述第一水平面位于所述第二水平面上方，位于所述第一水平面的各所述第一磁性件与位于所述第二水平面的各所述第二磁性件周向错位。

作为一种可选的技术方案，各所述第一磁性件和各所述第二磁性件周向错位的角度错位角度为θ，θ大于0且小于360deg/M。

作为一种可选的技术方案，所述转子芯板为转子盘；所述转子盘相互背离的两个端面分别位于所述第一水平面和所述第二水平面；各所述第一磁性件和各所述第二磁性件分别粘附于所述转子盘的两个端面。

作为一种可选的技术方案，所述转子芯板包括彼此周向错位固接的第一转芯板和第二转芯板；所述轴孔位于所述第一转芯板和所述第二转芯板的中心位置；所述第一转芯板设有M个绕所述轴孔周向间隔布设的第一内嵌槽，M个所述第一磁性件一一对应装设于M个所述第一内嵌槽，所述第二转芯板设有M个绕所述轴孔周向间隔布设的第二内嵌槽，M个所述第二磁性件一一对应装设于M个所述第二内嵌槽。

作为一种可选的技术方案，相邻两个所述第一内嵌槽之间设有第一隔磁腔，相邻两个所述第二内嵌槽之间设有第二隔磁腔。

作为一种可选的技术方案，所述第一隔磁腔和所述第二隔磁腔内均填充有非导磁材料。

第二方面，提供双定子单转子盘式电机，包括第一定子、第二定子和如上所述的电机转子结构；所述第一定子和所述第二定子分别装设于所述电机转子结构轴向上的两侧。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供电机转子结构及双定子单转子盘式电机，电机转子结构包括转子芯板、第一磁组以及第二磁组，转子芯板的中心位置设有轴孔，第一磁组的M个第一磁性件围绕转子芯板的轴孔等间距分布，且M个第一磁性件均设置于转子芯板的第一水平面，第二磁组的M个第二磁性件围绕转子芯板的轴孔等间距分布，M个第二磁性件均设置于转子芯板的第二水平面，第一水平面和第一水平面平行且均垂直于轴孔的中心轴线，M个第一磁性件与M个第二磁性件一一对应，彼此对应的第二磁性件和第一磁性件在转子芯板上的轴向投影部分重叠，各第一磁性件和各第二磁性件的磁极方向在第一水平面和第二水平面之间形成串联磁场，即第一磁性件与第二磁性件异性相对，相邻两个第一磁性件的磁极方向以及相邻两个第二磁性件的磁极方向均相反设置，形成串联磁场路径，在此情况下，使得电机转子结构的磁极对双定子单转子盘式电机的两个定子产生相位差，从而削弱齿槽转矩以及反电动势的THD，提高双定子单转子盘式电机的工作效率。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明；

图1为实施例所述的双定子单转子盘式电机的部分结构的布局图；

图2为实施例所述的电机转子结构的第一视角的爆炸图；

图3为实施例所述的电机转子结构的第二视角的爆炸图；

图4为实施例所述的电机转子结构的剖视图；

图5为实施例所述的电机转子结构的另一结构的剖视图；

图6为实施例所述的第一磁性件和第二磁性件(二者均为对称结构且为扇形)的布局图；

图7为实施例所述的第一磁性件和第二磁性件(二者均为两侧边平行且为扇形)的布局图；

图8实施例所述的梯形结构的第一磁性件和第二磁性件的布局图；

图9实施例所述的分段斜极结构的第一磁性件和第二磁性件的布局图。

图中：

100、电机转子结构；200、第一定子；300、第二定子；

1、转子芯板；11、第一转芯板；111、第一内嵌槽；112、第一隔磁腔；12、第二转芯板；121、第二内嵌槽；122、第二隔磁腔；

2、第一磁性件；

3、第二磁性件；

4、紧固件。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本实用新型中的实施例，本领域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。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1至图9所示，本实施例的电机转子结构100用于双定子单转子盘式电机，电机转子结构100包括转子芯板1、第一磁组及第二磁组，转子芯板1的中心位置设有轴孔；第一磁组包括M个第一磁性件2；各第一磁性件2围绕轴孔等间距地布设在转子芯板1轴向上的第一水平面；第二磁组包括M个第二磁性件3；各第二磁性件3一一对应各第一磁性件2等间距地布设在转子芯板1轴向上的第二水平面；彼此对应的第二磁性件3和第一磁性件2在转子芯板1上的投影部分重叠，且各第一磁性件2和第二磁性件3的磁极方向被配置为适于在第一水平面和第二水平面之间形成串联磁场。

具体的，双定子单转子盘式电机包括电机转子结构100、第一定子200和第二定子300，电机转子结构100设置于第一定子200与第二定子300之间，将第一磁组的M个第一磁性件2围绕转子芯板1的轴孔等间距分布，且M个第一磁性件2均设置于转子芯板1的第一水平面，第二磁组的M个第二磁性件3围绕转子芯板1的轴孔等间距分布，M个第二磁性件3均设置于转子芯板1的第二水平面，第一水平面和第一水平面平行且均垂直于轴孔的中心轴线，M个第一磁性件2与M个第二磁性件3一一对应，彼此对应的第二磁性件3和第一磁性件2在转子芯板1上的轴向投影部分重叠，各第一磁性件2和各第二磁性件3的磁极方向在第一水平面和第二水平面之间形成串联磁场，即第一磁性件2与第二磁性件3异性相对，相邻两个第一磁性件2的磁极方向以及相邻两个第二磁性件3的磁极方向均相反设置，形成串联磁场路径，在此情况下，使得电机转子结构100的磁极对双定子单转子盘式电机的两个定子产生相位差，从而削弱齿槽转矩以及反电动势的THD，提高双定子单转子盘式电机的工作效率。

如图1所示，位于转子芯板1左上方的第一磁性件2的S极朝上及N极朝下，位于转子芯板1右上方的第一磁性件2的N极朝上及S极朝下，位于转子芯板1左下方的第二磁性件3的S极朝上及N极朝下，位于转子芯板1右下方的第二磁性件3的N极朝上及S极朝下，由此形成串联磁场路径。

在本实施例中，第一磁性件2与第二磁性件3形状大小相同，第一磁性件2到转子芯板1中心轴线的距离等于第二磁性件3到转子芯板1中心轴线的距离。第一磁性件2与第二磁性件3平行设置。

可选的，第一水平面位于第二水平面上方，位于第一水平面的各第一磁性件2与位于第二水平面的各第二磁性件3周向错位。

在本实施例中，各第一磁性件2和各第二磁性件3周向错位的角度错位角度为θ，θ大于0且小于360deg/M。

如图1所示，在一些实施例中，转子芯板1为转子盘；转子盘相互背离的两个端面分别位于第一水平面和第二水平面；各第一磁性件2和各第二磁性件3分别粘附于转子盘的两个端面。采用胶水将第一磁组中的M个第一磁性件2贴附于转子芯板1的一个端面，采用胶水将第二磁组中的M个第二磁性件3贴附于转子芯板1的另一个端面，这种形式的电机转子结构100为表贴式电机转子结构，安装步骤简易，生产成本低。

表贴式电机转子结构在高转速场合下磁钢有脱离风险，电机的使用寿命受限于胶水寿命，若采用不锈钢保护套锁止于电机转子结构100的表面，则需要增加电机的气隙，且在高转速下，不锈钢保护套会产生涡流损耗，使得电机效率降低，不利于提高电机的功率密度。

为解决前述问题，在一些实施例中，在转子芯板1设置内嵌槽，磁性件嵌装于内嵌槽。

如图5所示，在一些实施例中，转子盘相互背离的两个端面分别设有内嵌槽，将M个第一磁性件2嵌装于转子盘其中一侧的内嵌槽，将M个第二磁性件3嵌装于转子盘另一侧的内嵌槽，以降低第一磁性件2和第二磁性件3脱离转子盘的风险。但这种形式的内嵌式电机转子结构在转子芯板1两个相互背离的表面开设内嵌槽，使得转子芯板1的隔磁桥位置受到较大的作用力，转子芯板1的结构强度有可能不满足高速场合的要求。

如图4所示，在一些实施例中，转子芯板1包括彼此周向错位固接的第一转芯板11和第二转芯板12；轴孔位于第一转芯板11和第二转芯板12的中心位置；第一转芯板11设有M个绕轴孔周向间隔布设的第一内嵌槽111，M个第一磁性件2一一对应装设于M个第一内嵌槽111，第二转芯板12设有M个绕轴孔周向间隔布设的第二内嵌槽121，M个第二磁性件3一一对应装设于M个第二内嵌槽121。这种形式的电机转子结构100为内嵌式电机转子结构，能够降低磁钢的脱离风险。

第一内嵌槽111的开口与第二内嵌槽121的开口相向设置，第一内嵌槽111和第二内嵌槽121均位于转子芯板1的内部，为了提高加工效率，转子芯板1采用双体结构，即转子芯板1包括第一转芯板11和第二转芯板12，第一内嵌槽111位于第一转芯板11面向第二转芯板12的一侧，第二内嵌槽121位于第二转芯板12面向第一转芯板11的一侧，第一磁性件2和第二磁性件3装设完毕之后，采用紧固件4将第一转芯板11和第二转芯板12固定连接。这种形式的内嵌式电机转子结构采用两个转芯板，每个转芯板只在自身的一侧开设内嵌槽，能够保证结构强度；第一磁性件2的厚度与第一内嵌槽111的深度相等，第二磁性件3的厚度与第二内嵌槽121的深度相等，第一转芯板11和第二转芯板12采用紧固件4固定连接之后，第一磁性件2和第二磁性件3相抵接，不需要采用胶水粘结固定，不存在胶水失效问题，不需要采用不锈钢保护套，涡轮损耗减少；不需要定位工装，安装便捷，工序简单，气隙可以更小，电机功率密度得到有效提高。

当电机转子结构100与两个定子之间的气隙大小一致时，电机转子结构100受力平衡，此时电机转子结构100处于最佳状态；当电机转子结构100与两个定子之间的气隙大小不一致时，若电机转子结构100受到的应力小于其材料的屈服强度时，电机转子结构100的结构强度仍然满足运行要求。

可选的，相邻两个第一内嵌槽111之间设有第一隔磁腔112。在内嵌式电机转子结构100的相邻两个第一内嵌槽111之间设置第一隔磁腔112，能够减少第一磁性件2的漏磁。

可选的，第一隔磁腔112填充有非导磁材料如环氧树脂，以增加结构强度。

可选的，相邻两个第二内嵌槽121之间设有第二隔磁腔122。在内嵌式电机转子结构100的相邻两个第二内嵌槽121之间设置第二隔磁腔122，能够减少第二磁性件3的漏磁。

可选的，第二隔磁腔122填充有非导磁材料如环氧树脂，以增加结构强度。

可选的，第一磁性件2与第二磁性件3均为对称结构件，例如长方形、正方形、三角形、内弧边对应角度和外弧边对应角度相等的扇形，彼此对应的第二磁性件3和第一磁性件2绕轴孔产生错位，错位角度为θ，θ大于0且小于360deg/M。

采用结构对称且为扇形的磁性件装入转子芯板1，对双定子单转子盘式电机进行有限元仿真试验，以确定错位角度θ的最佳角度值，错位角度θ可选为0deg、0.4deg、0.8deg、1.2deg、1.6deg、2.0deg、2.4deg、2.8deg、3.2deg、3.6deg、4.0deg，得到如下表所示的反馈数据。

错位角度θ	反电动势的THD	齿槽转矩(N·m)
			0	4.58％	0.76
0.4	4.52％	0.69
			0.8	4.45％	0.71
1.2	4.30％	0.73
			1.6	4.04％	0.62
2.0	3.68％	0.69
			2.4	3.45％	0.74
2.8	2.98％	0.58
			3.2	2.77％	0.59
3.6	2.44％	0.46
			4.0	2.62％	0.50

可选的，第一磁性件2与第二磁性件3均为非对称结构件，例如梯形、平行四边形、分段斜极、两侧边平行的扇形，彼此对应的第二磁性件3和第一磁性件2绕轴孔产生错位，错位角度为θ，θ大于0且小于360deg/M。

采用两侧边平行且为扇形的磁性件装入转子芯板1，对双定子单转子盘式电机进行有限元仿真试验，以确定错位角度θ的最佳角度值，错位角度θ可选为0deg、0.4deg、0.8deg、1.2deg、1.6deg、2.0deg、2.4deg、2.8deg、3.2deg、3.6deg、4.0deg，得到如下表所示的反馈数据。

在本实施例中，转子芯板1采用导磁材料制成，例如硅钢片、碳钢、SMC软磁复合铁芯。

在本实施例中，第一磁性件2和第二磁性件3均为磁钢。

本实施例还提供双定子单转子盘式电机，该双定子单转子盘式电机包括第一定子200、第二定子300和电机转子结构100；第一定子200和第二定子300分别装设于电机转子结构100轴向上的两侧。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.电机转子结构，用于双定子单转子盘式电机，其特征在于，所述电机转子结构(100)包括：

转子芯板(1)，其中心位置设有轴孔；

第一磁组，其包括M个第一磁性件(2)，各所述第一磁性件(2)围绕所述轴孔等间距地布设在所述转子芯板(1)轴向上的第一水平面；

第二磁组，其包括M个第二磁性件(3)，各所述第二磁性件(3)一一对应各所述第一磁性件(2)等间距地布设在所述转子芯板(1)轴向上的第二水平面；彼此对应的所述第二磁性件(3)和所述第一磁性件(2)在所述转子芯板(1)上的轴向投影部分重叠，且各所述第一磁性件(2)和各所述第二磁性件(3)的磁极方向被配置为适于在所述第一水平面和所述第二水平面之间形成串联磁场。

2.根据权利要求1所述的电机转子结构，其特征在于，所述第一磁性件(2)与所述第二磁性件(3)形状大小相同；所述第一磁性件(2)到所述转子芯板(1)中心轴线的距离等于所述第二磁性件(3)到所述转子芯板(1)中心轴线的距离。

3.根据权利要求2所述的电机转子结构，其特征在于，所述第一水平面位于所述第二水平面上方，位于所述第一水平面的各所述第一磁性件(2)与位于所述第二水平面的各所述第二磁性件(3)周向错位。

4.根据权利要求3所述的电机转子结构，其特征在于，各所述第一磁性件(2)和各所述第二磁性件(3)周向错位的角度错位角度为θ，θ大于0且小于360deg/M。

5.根据权利要求4所述的电机转子结构，其特征在于，所述转子芯板(1)为转子盘；所述转子盘相互背离的两个端面分别位于所述第一水平面和所述第二水平面；各所述第一磁性件(2)和各所述第二磁性件(3)分别粘附于所述转子盘的两个端面。

6.根据权利要求4所述的电机转子结构，其特征在于，所述转子芯板(1)包括彼此周向错位固接的第一转芯板(11)和第二转芯板(12)；所述轴孔位于所述第一转芯板(11)和所述第二转芯板(12)的中心位置；所述第一转芯板(11)设有M个绕所述轴孔周向间隔布设的第一内嵌槽(111)，M个所述第一磁性件(2)一一对应装设于M个所述第一内嵌槽(111)，所述第二转芯板(12)设有M个绕所述轴孔周向间隔布设的第二内嵌槽(121)，M个所述第二磁性件(3)一一对应装设于M个所述第二内嵌槽(121)。

7.根据权利要求6所述的电机转子结构，其特征在于，相邻两个所述第一内嵌槽(111)之间设有第一隔磁腔(112)，相邻两个所述第二内嵌槽(121)之间设有第二隔磁腔(122)。

8.根据权利要求7所述的电机转子结构，其特征在于，所述第一隔磁腔(112)和所述第二隔磁腔(122)内均填充有非导磁材料。

9.双定子单转子盘式电机，其特征在于，包括第一定子(200)、第二定子(300)和权利要求1至8任一项所述的电机转子结构(100)；所述第一定子(200)和所述第二定子(300)分别装设于所述电机转子结构(100)轴向上的两侧。