一種電機轉子及采用其的永磁同步電的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及永磁磁阻電機【技術領域】，尤其涉及一種電機轉子及采用其的永磁同步電機。電機轉子包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯上均勻的分布有多個永磁體槽組，且每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽，所述永磁體槽組中靠近轉子外圓的永磁體槽為外層永磁體槽，所述外層永磁體槽的外側具有向內凸起的外層導磁通道，所述外層導磁通道的兩端連接有磁橋，所述外層導磁通道的外側壁與磁橋的兩個交點分別與轉子中心的連線形成的夾角為a，其中，夾角a的取值為3°～(120/2p)°，其中，P為轉子的極對數(shù)。通過對外層導磁通道與磁橋的兩個交點的設置，實現(xiàn)了削弱感應電動勢諧波的作用，進而實現(xiàn)了減小電機的轉矩脈動。
【專利說明】—種電機轉子及采用其的永磁同步電機

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及永磁磁阻電機【技術領域】，尤其涉及一種電機轉子及采用其的永磁同步電機。

【背景技術】
[0002]永磁磁阻電機為了更加充分的利用磁阻轉矩，通常設計成多層磁鋼結構，但同時也加劇了氣隙磁密分布的不均勻程度，導致電機的轉矩脈動增大。因此，相比于其他類型電機，多層磁鋼的磁阻電機的振動噪聲往往更突出。
[0003]專利申請?zhí)枮?00410053929.7的專利公開了一種低諧波的永磁同步電機轉子結構，該轉子結構并非針對多層磁鋼結構的磁阻電機，該專利中的永磁體為方形永磁體，但其采用的永磁體槽為和本專利較為類似的結構。具體的，其永磁體槽設計成凹槽結構，但是該永磁體槽設計成凹槽結構是為了使永磁體與永磁體槽件的氣隙沿永磁體表面呈不均勻變化，兩邊氣隙大，中間氣隙小，使得氣隙中的磁場為正弦波，達到削弱磁場諧波的目的。因此，該專利公開的轉子結構并不能解決多層磁鋼的磁阻電機振動噪聲大的問題。
[0004]同時對于我們的磁阻電機，永磁體為弧形，上述專利中的方法不再適用。并且上述專利也沒有針對改善電機的轉矩脈動提出具體的可實施方案。對于正弦波控制的永磁同步電動機，為了減小電機轉矩中的紋波，要求感應電動勢為正弦波。對于單層弧形磁鋼的電機，通過合理的設計磁鋼的弧度，每相繞組中的磁通可以呈正弦規(guī)律變化，因此感應出的電動勢波形較為正弦。而對于雙層或多層磁鋼的電機，在轉子旋轉一對極的過程中，由于增加的永磁體的作用，每相繞組中的磁通變化不再正弦化,在定子繞組中會感應出幅值較高的高次諧波電勢，進而增加了電機的轉矩脈動。因此相比于單層磁鋼結構的電機，多層磁鋼電機的振動噪聲問題更為突出。目前針對降低多層磁鋼磁阻電機轉矩脈動的相關技術較少。
[0005]針對上述問題,我們需要一種能夠有效的改善感應電動勢波形，減小電機的轉矩脈動，降低噪聲的電機轉子及采用其的永磁同步電機。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提出一種電機轉子，其能夠有效的改善感應電動勢波形，減小電機的轉矩脈動。
[0007]本實用新型的另一個目的在于提出一種永磁同步電機，其能夠有效的改善感應電動勢波形，減小電機的轉矩脈動。
[0008]為達此目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0009]一種電機轉子，包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯上均勻的分布有多個永磁體槽組，且每個永磁體槽組包括至少兩層永磁體槽,所述永磁體槽組中靠近轉子外圓的永磁體槽為外層永磁體槽，所述外層永磁體槽的外側具有向內凸起的外層導磁通道，所述外層導磁通道的兩端連接有磁橋，所述外層導磁通道的外側壁與磁橋的兩個交點分別與轉子中心的連線形成的夾角為a，其中，夾角a的取值為3°?(120/2p)°，其中，P為轉子的極對數(shù)。
[0010]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述外層永磁體槽為凹形結構、U形結構或V形。
[0011]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案,外層永磁體槽的導磁通道在D軸方向上最小寬度大于等于磁橋的寬度。
[0012]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，外層永磁體槽的兩端為切邊結構，用于防止永磁體的端部與外層永磁體槽對應的磁橋接觸。
[0013]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述永磁體槽內設置有與其相匹配的永磁體，所述永磁體嵌入永磁體槽內，所述永磁體槽兩端的寬度大于等于永磁體兩端的寬度，永磁體槽中間的間距大于等于永磁體中間的厚度，且當所述永磁體偏向永磁體槽一側最大極限時，永磁體的端部與永磁體槽對應磁橋的位置存在間隙。
[0014]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述永磁體槽由弧形槽和/或矩形槽構成，所述弧形槽內設置的與其相匹配的永磁體為弧形結構，所述矩形槽內設置的與其相匹配的永磁體為長方體結構。
[0015]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述永磁體槽為U形結構，該U形結構的永磁體槽包括中間槽、左側槽和右側槽，U形結構的永磁體槽至少在左側槽和右側槽內設置有永磁體。
[0016]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述左側槽和右側槽呈設定的夾角分布，且只有左側槽和右側槽內設置有永磁體，設置在左側槽和右側槽內的永磁體延伸至中間槽內。
[0017]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述中間槽為弧形槽或矩形槽，且設置在中間槽、左側槽和右側槽內的永磁體為相互獨立的永磁體。
[0018]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述外層導磁通道為梯形、方形或弧形結構。
[0019]作為上述電機轉子的一種優(yōu)選方案，所述永磁體槽各側壁的連接處為倒角或圓角結構。
[0020]一種永磁同步電機，該電機轉子采用如以上所述的電機轉子，電機的定子為集中卷繞組，所述定子的齒靴部采用切邊結構。
[0021]本實用新型的有益效果為:本實用新型提供了一種電機轉子及采用其的永磁同步電機，通過對外層導磁通道與磁橋的兩個交點的設置，實現(xiàn)了削弱感應電動勢諧波的作用，進而實現(xiàn)了減小電機的轉矩脈動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型【具體實施方式】一提供的電機轉子的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型【具體實施方式】一提供的電機轉子的結構尺寸示意圖；
[0024]圖3-7是本實用新型【具體實施方式】一提供的凹字形結構的外層永磁體槽的中間凹陷部的結構示意圖；
[0025]圖8是本實用新型【具體實施方式】一提供的無切邊結構的永磁體槽中當永磁體發(fā)生位置偏移時的結構不意圖；
[0026]圖9是本實用新型【具體實施方式】一提供的有切邊結構的永磁體槽中當永磁體發(fā)生位置偏移時的結構不意圖；
[0027]圖10是現(xiàn)有技術中磁力線走向示意圖；
[0028]圖11是本實用新型【具體實施方式】一提供的本實用新型的磁力線走向示意圖；
[0029]圖12是本實用新型【具體實施方式】一提供的采用現(xiàn)有技術中轉子和本實用新型提供的轉子的電機的轉矩脈動波形圖；
[0030]圖13是本實用新型【具體實施方式】二提供的轉子結構示意圖；
[0031]圖14是本實用新型【具體實施方式】三提供的永磁同步電機的結構示意圖。
[0032]其中，
[0033]110:轉子鐵芯；120:永磁體槽組；130:磁橋；140:永磁體；
[0034]121:外層永磁體槽；
[0035]1211:切邊結構；1212:中間凹陷;
[0036]221:外層永磁體槽；230:磁橋；240:永磁體。
[0037]350:電機轉子；360:定子。

【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0039]實施方式一
[0040]如圖1所示，本實用新型提供了一種電機轉子，包括轉子鐵芯110，轉子鐵芯110通過娃鋼片疊壓而成，轉子鐵芯110上均勻的分布有多個永磁體槽組120,且每個永磁體槽組120包括至少兩層永磁體槽，相鄰永磁體槽之間在轉子的徑向方向上間斷設置，永磁體槽的兩端與轉子外圓間的連接部為磁橋130，用于連接相鄰鐵芯層，鐵芯層為轉子磁路的導磁通道。
[0041]永磁體槽組120中靠近轉子外圓的永磁體槽為外層永磁體槽121，外層永磁體槽121的外側具有向內凸起的外層導磁通道，外層導磁通道的兩端連接有磁橋130，外層導磁通道的外側壁與磁橋130的兩個交點分別與轉子中心的連線形成的夾角為a，其中，夾角a的取值為3°?(120/2p)°，其中，P為轉子的極對數(shù)。其中P為2、4、6或8等。
[0042]需要說明的是:上述外層、外側指的是靠近轉子外圓的一側。
[0043]上述結構可以有效的削弱感應電勢諧波，進而減小電機的轉矩脈動。磁橋部分由于磁路飽和，磁阻較大，導磁通道部分作為導磁通路，磁阻較小。由于磁力線回路是沿磁阻最小的路徑，因此，通過上述結構可以使部分磁力線的走向發(fā)生改變，進而改變了繞組中的磁通變化情況，可以達到削弱感應電動勢諧波的作用。通過圖10和圖11的對比可以更加直觀的得出磁力線的改變情況。同時如圖12所示，本實施方式還提供了采用現(xiàn)有技術中轉子和本實用新型提供的轉子的電機的轉矩脈動波形圖，通過兩者波形圖的對比可以直觀的得出采用本實施方式提供的轉子的電機的具有更小的轉矩脈動。
[0044]具體的，參照圖1、圖2，本實施方式提供的外層永磁體槽121為凹字形結構，凹字形結構的中間凹陷1212(即外層導磁通道)位于靠近轉子外圓的兩個端點A和B與轉子中心的連線形成的夾角為a，夾角a的取值為3°?(120/2p)°，其中，P為轉子的極對數(shù)。凹字形結構具體指的是:外層永磁體槽121的主體為弧形槽，在弧形槽的兩端設置有相互平行或近似平行的矩形槽或類矩形槽，中間凹陷1212指的是相互平行或近似平行的矩形槽或類矩形槽之間的結構。
[0045]外層永磁體槽121的導磁通道在D軸方向上最小寬度b大于等于該層磁橋的寬度C。該寬度的設置只是從尺寸上進一步說明凹字結構。
[0046]需要說明的是:對于不同槽極數(shù)的電機，感應電動勢中的主要的諧波次數(shù)是不同的，而對于削弱不同次數(shù)的感應電動勢諧波，需要選取的a的角度也不同，上述范圍已經(jīng)基本考慮了常用的電機結構，在這個范圍之外，對于削弱諧波沒什么作用。
[0047]如圖9所示，外層永磁體槽121的兩端為切邊結構1211，用于防止永磁體140的端部與外層永磁體槽121的側壁接觸，即用于防止永磁體140的端部與外層永磁體槽121對應的磁橋130接觸。
[0048]在轉子旋轉時，永磁體140會受到離心力的作用而偏向永磁體槽的一側，如圖8所示，沒有切邊結構1211的外層永磁體槽121，當永磁體發(fā)生偏移時，永磁體140會直接與磁橋130接觸，接觸點為E點，鐵芯的磁橋130會受到永磁體140的作用力，而由于磁橋130的機械強度較弱，很容易發(fā)生變形。而本實用新型外層永磁體槽121的兩端為切邊結構1211，當永磁體140偏向永磁體槽一側的極限時，永磁體140與外層永磁體槽121的接觸位置為圖中的F點，永磁體140與外層永磁體槽對應磁橋130的位置仍保留間隙H，鐵芯的受力部位在導磁通道處，此處的機械強度較好，可避免轉子鐵芯的變形。也就是說切邊結構1211可以對永磁體140起到限位的作用，防止永磁體140在發(fā)生偏移時與外層永磁體槽121靠近轉子外圓的側壁接觸而導致的轉子鐵芯110變形。
[0049]永磁體槽內設置有與其相匹配的永磁體140，永磁體140嵌入永磁體槽內，且永磁體槽能夠便于永磁體140嵌入，并能對永磁體140進行限位。便于永磁體140嵌入，并能對永磁體140進行限位，指的是永磁體140可以容易的嵌入永磁體內，且永磁體140在永磁體槽內不會有大范圍滑動，即當永磁體140偏向永磁體槽一側最大極限時，永磁體140的端部與永磁體槽對應的磁橋130之間存在間隙。
[0050]與永磁體槽相匹配的永磁體140指的是永磁體140和永磁體槽的形狀大體相同，且本實用新型中的永磁體槽和永磁體140均采用弧形結構。永磁體140設計成永磁體槽的形狀，當永磁體140嵌入到永磁體槽時，永磁體140填滿永磁體槽，可以提高電機的轉矩輸出能力，彌補了由于凹形槽對磁場的削弱作用而導致的轉矩略微下降。
[0051]永磁體140的設置方式為:每組永磁體140為同一極性，相鄰的永磁體組極性相反，沿圓周方向N、S極交替分布。永磁體槽兩端的寬度大于等于永磁體140兩端的寬度，永磁體槽中間的間距大于等于永磁體140中間的厚度，作為優(yōu)選的，永磁體140略小于相應的永磁體槽，使得永磁體140可插入到相應的永磁體槽中，并且不易發(fā)生相對滑動。
[0052]具體的，參照圖2，以外層永磁體槽221和設置在外層永磁體槽221內為例進行說明，外層永磁體槽221兩端的寬度W2應略大于永磁體140兩端的寬度Wl，外層永磁體槽221中間的間距D2應略大于永磁體140中間的厚度Dl，由此，可以防止永磁體140嵌入到外層永磁體槽221中后發(fā)生上下、左右的滑動，略大于是考慮到永磁體140可以容易的嵌入到永磁體槽中，而又不至于永磁體140在外層永磁體槽221中有較大的滑動。
[0053]參照圖3-圖7，中間凹陷1212為梯形、方形或弧形結構。梯形還包括上邊靠近轉子外緣的梯形和上邊靠近轉子中心的梯形，需要說明的是:本實用新型的效果主要決定于中間凹陷與磁橋連接點A、B的位置，凹陷形狀影響較小，但比較而言，從降低電機轉矩脈動的效果來講，上邊靠近轉子外緣的梯形 > 方形 > 上邊靠近轉子中心的梯形 > 弧形。
[0054]永磁體槽各側壁的連接處為倒角或圓角結構。此種結構的永磁體槽，在生產(chǎn)過程中，可以增加加工模具的壽命。
[0055]實施方式二
[0056]在此實施方式中，如圖13所示，電機轉子的外層永磁體槽221為U形結構，且至少位于U型結構兩側的凹槽內設置有永磁體240。
[0057]該U形結構的永磁體槽包括中間槽、左側槽和右側槽，左側槽和右側槽呈設定的夾角分布或平行分布。
[0058]當左側槽和右側槽呈設定夾角分布時，U形結構的永磁體槽至少在左側槽和右側槽內設置有永磁體240。當只有左側槽和右側槽內設置有永磁體240時，設置在左側槽和右側槽內的永磁體240延伸至中間槽內。
[0059]具體的，該實施例中U形永磁體槽的中間槽可以為弧形槽，也可以為矩形槽，永磁體槽內的永磁體240相應的可以為弧形結構，也可以為長方體結構。
[0060]在此實施方式中，外層永磁體槽221內永磁體的設置形式為:中間槽、左側槽和右側槽內均設置有相互獨立的永磁體240。
[0061]且外層永磁體槽221兩端的磁橋230與其中間連接的鐵芯層(即外層導磁通道)的最下層交點A、B(即外層導磁通道的外側壁與磁橋的兩個交點)與鐵芯中心O連線的夾角a為3°?(120/2p)°其中，P為轉子的極對數(shù)。該實施例可以在增大輸出轉矩的同時減小電機的轉矩脈動。
[0062]更進一步的，U形永磁體槽的中間槽內可以不設置永磁體240，而將位于左側槽和右側槽內的永磁體加長(此種情況需要兩側的永磁體之間呈設定的夾角設置)，形成類似V形的結構，相比于上述設置情況，可以在保證總永磁體240用量不變，甚至永磁體240用量更少的情況下，有效的增加電機的氣隙磁密，提高電機的輸出轉矩，降低電機的工作電流，進而提升電機效率，實現(xiàn)永磁磁阻電機的高效低噪設計。
[0063]在此實施方式中，除了外層永磁體槽221的具體結構形式和實施方式一不同外，其它結構均勻實施方式一相同，也就是說永磁體槽的結構形式可以根據(jù)實際需要進行適當?shù)淖冃巍?br> [0064]實施方式三
[0065]在此實施方式中，本實用新型提供了一種永磁同步電機，其電機轉子采用如實施方式一或二中提供的電機轉子350，電機的定子360為集中卷繞組。并且定子360的齒靴部采用切邊結構。具體的如圖14所示，本實施方式中的電機轉子350為實施方式一中提供的電機轉子350。
[0066]以上結合具體實施例描述了本實用新型的技術原理。這些描述只是為了解釋本實用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本實用新型的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電機轉子，包括轉子鐵芯(110)，所述轉子鐵芯(110)上均勻的分布有多個永磁體槽組(120)，且每個永磁體槽組(120)包括至少兩層永磁體槽，其特征在于，所述永磁體槽組(120)中靠近轉子外圓的永磁體槽為外層永磁體槽(121、221)，所述外層永磁體槽(121、221)的外側具有向內凸起的外層導磁通道，所述外層導磁通道的兩端連接有磁橋(130、230)，所述外層導磁通道的外側壁與磁橋(130、230)的兩個交點分別與轉子中心的連線形成的夾角為a，其中，夾角a的取值為3°?(120/2p)°，其中，P為轉子的極對數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述外層永磁體槽(121、221)為凹形結構、U形結構或V形。
3.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述外層永磁體槽(121、221)的導磁通道在D軸方向上最小寬度大于等于磁橋(130、230)的寬度。
4.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述外層永磁體槽(121、221)的兩端為切邊結構(1211)，用于防止永磁體(140、240)的端部與外層永磁體槽(121、221)對應的磁橋(I30、230)接觸。
5.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述永磁體槽內設置有與其相匹配的永磁體(140、240)，所述永磁體(140、240)嵌入永磁體槽內，所述永磁體槽兩端的寬度大于等于永磁體(140、240)兩端的寬度，永磁體槽中間的間距大于等于永磁體(140、240)中間的厚度，且當所述永磁體(140、240)偏向永磁體槽一側最大極限時，永磁體(140、240)的端部與永磁體槽對應的磁橋(130、230)之間存在間隙。
6.根據(jù)權利要求5所述的電機轉子，其特征在于，所述永磁體槽由弧形槽和/或矩形槽構成，所述弧形槽內設置的與其相匹配的永磁體(140、240)為弧形結構，所述矩形槽內設置的與其相匹配的永磁體(140、240)為長方體結構。
7.根據(jù)權利要求5所述的電機轉子，其特征在于，所述永磁體槽為U形結構，該U形結構的永磁體槽包括中間槽、左側槽和右側槽，U形結構的永磁體槽至少在左側槽和右側槽內設置有永磁體(140、240)。
8.根據(jù)權利要求7所述的電機轉子，其特征在于，所述左側槽和右側槽呈設定的夾角分布，且只有左側槽和右側槽內設置有永磁體(140、240)，設置在左側槽和右側槽內的永磁體(140、240)延伸至中間槽內。
9.根據(jù)權利要求7所述的電機轉子，其特征在于，所述中間槽為弧形槽或矩形槽，且設置在中間槽、左側槽和右側槽內的永磁體(140、240)為相互獨立的永磁體(140、240)。
10.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述外層導磁通道為梯形、方形或弧形結構。
11.根據(jù)權利要求1所述的電機轉子，其特征在于，所述永磁體槽各側壁的連接處為倒角或圓角結構。
12.—種永磁同步電機,其特征在于,所述電機轉子(350)米用如權利要求1-11任意一項所述的電機轉子(350)，電機的定子(360)為集中卷繞組，所述定子(360)的齒靴部采用切邊結構。
【文檔編號】H02K1/27GK204089392SQ201420603871
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權日:2014年10月17日
【發(fā)明者】孫文嬌, 胡余生, 陳彬, 曾學英 申請人:珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術研究中心有限公司