转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构。


背景技术：

2.目前，在集中式绕组永磁电机中，存在电枢反应磁动势含有大量谐波的缺点，导致定转子铁芯损耗增加，永磁体涡流损耗的增加。因为转子散热困难，易造成永磁体退磁风险，限制了电机性能的提升；而电机的电磁振动和噪声是由气隙中一系列定转子磁场谐波产生的电磁力波和电机本身的结构模态合成，因为集中式绕组永磁电机的气隙磁场含有丰富的谐波，故电机的噪声振动是永磁电机亟待解决的问题。
3.因此，本发明的主要目的在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，其包括若干个转子极以及转轴孔
5.若干个转子极是沿圆周方向分布且相互连接的。各转子极的外侧边包括第一弧形边、第二弧形边以及第三弧形边。第二弧形边的两端分别连接第一弧形边和第三弧形边。第一弧形边的圆心和第三弧形边的圆心均偏离于第二弧形边的圆心。转轴孔位于转子冲片的中心处，第二弧形边的圆心与转轴孔的圆心重合。
6.在一实施例中，所述第二弧形边与极弧的比值范围为1：2.24～1：2.32。
7.在一实施例中，所述第一弧形边的曲率半径等于所述第三弧形边的曲率半径，所述第一弧形边的曲率半径与所述第二弧形边的曲率半径的比值范围为1：4～1：4.15。
8.在一实施例中，各所述转子极朝向所述转轴孔的表面设置有磁石槽，各所述转子极还包括隔磁桥，所述隔磁桥位于所述磁石槽的两侧，所述隔磁桥的长度与磁石槽的厚度的比值范围为1：1.08～1：1.12。
9.在一实施例中，各所述转子极还包括应力槽，位于所述磁石槽的边角。
10.在一实施例中，各所述转子极的表面开设有槽孔，将所述槽孔的中心点和所述转轴孔的中心点的连线定义为第一线段，所述第二弧形边的中点和所述转轴孔的中心点的连线定义为第二线段，所述第一线段与所述第二线段之间的夹角范围为12
°
～16
°
。
11.在一实施例中，各所述转子极的表面开设的槽孔数量是两个，分别位于所述转子极的两端，两个槽孔的中心点之间的连线长度与磁石槽的长度的比值范围为1:1.18～1:1.45。
12.本发明还提供一种永磁电机磁路拓扑结构，其包括上述任一实施例所述的转子冲片以及定子冲片。定子冲片套接于所述转子冲片的外缘，并与所述转子冲片之间形成气隙。
13.在一实施例中，所述定子冲片包括若干个沿圆周方向均匀分布的定子齿，各所述定子齿具有弧形部和切削部，所述弧形部沿圆周方向的两端连接所述切削部，所述弧形部
的圆心角角度与所述定子齿的角度的比值范围为1:1.1～1:1.9。
14.在一实施例中，所述切削部的侧边与所述定子齿未切削前的侧边的长度比值范围为1:1.85～1:1.9。
15.本发明的一个优势在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，通过对转子极的外侧边优化设计，使得转子冲片与定子冲片之间形成非均匀气隙，非均匀气隙可以使得气隙磁场的谐波含量大大的下降，实现反电动势及气隙磁密的正弦化，减小永磁电机的齿槽转矩和各次谐波对电机的影响，进而降低转矩脉动，以及电机的噪声和振动。并且，由于第一弧形边和第三弧形边是偏心设置的，可使得磁密变化趋势较为缓和，进而使得电机输出的转矩大小没有被削弱太多，保证了电机输出的转矩。
16.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，通过延长隔磁桥长度的设置，可减小永磁体的漏磁，降低漏磁系数。
17.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，通过在转子极表面设置槽孔，可在优化电机气隙磁密的正弦度的同时降低齿槽转矩。
18.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，通过应力槽的设置，可增加局部磁阻，减少谐波对永磁体的渗透，从而使得永磁体退磁工作点增高。
19.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片及永磁电机磁路拓扑结构，通过定子齿上的弧形部与切削部的搭配设置，使得转子铁芯表面磁密分布趋于均匀，整体的组合磁路结构可以有效的改善气隙处的的磁导和磁动势，优化电机气隙磁密正弦度，降低永磁体退磁风险，和齿槽转矩，从而达到降低转矩波动，削弱电机的噪音振动作用。
20.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书等内容中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
22.图1是本发明一实施例提供的转子冲片的结构示意图；
23.图2是本发明单个转子极的结构示意图；
24.图3是图2的尺寸示意图；
25.图4是本发明一实施例提供的永磁电机磁路拓扑结构的结构示意图；
26.图5是本发明定子齿处的结构示意图。
27.附图标记：
28.1-永磁电机磁路拓扑结构；10-转子冲片；12-转子极；121-第一弧形边；122-第二弧形边；123-第三弧形边；14-转轴孔；16-极弧；18-隔磁桥；20-应力槽；22-槽孔；24-磁石槽；30-定子冲片；32-定子齿；34-弧形部；36-切削部；40-气隙；s1-第一线段；s2-第二线段；a-夹角；b-弧形部的圆心角角度；c-定子齿的角度；l1-隔磁桥的长度；h1-磁石槽的厚度；
l2-连线长度；l3-磁石槽的长度；l4-切削部侧边的长度；l5-定子齿未切削前的侧边的长度。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型的连接；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，可以是两个组件内部的连通。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发明中的具体含义。
32.这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
33.请参阅图1、图2和图3，图1是本发明一实施例提供的转子冲片10的结构示意图，图2是本发明单个转子极12的结构示意图，图3是图2的尺寸示意图。为达优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提供一种转子冲片10。如图中所示，转子冲片10包括若干个转子极12和转轴孔14。在本实施例中转子极12的数量为8个，转轴孔14是位于转子冲片10的中心处。
34.8个转子极12是沿着圆周方向分布且相互连接，形成转子冲片10的外轮廓。每个转子极12外侧边包括第一弧形边121、第二弧形边122以及第三弧形边123(图2中以箭头标示出各弧形边的边界)。第二弧形边122的两端分别连接第一弧形边121和第三弧形边123，换言之，转子冲片10的外廓线条为第一弧形边121、第二弧形边122和第三弧形边123依序连接而成的闭合线条。第一弧形边121、第二弧形边122以及第三弧形边123是截取自圆上的圆弧，第二弧形边122的圆心与转轴孔14的圆心重合。第一弧形边121的圆心和第三弧形边123
的圆心均偏离于第二弧形边122的圆心(各弧形边的圆心是指各弧形边所在的圆的圆心)，即第一弧形边121的圆心和第三弧形边123的圆心与第二弧形边122的圆心呈偏置状态，形成偏心结构。借此，在将定子冲片套装配合于转子冲片10时，通过第一弧形边121、第二弧形边122和第三弧形边123的外轮廓设置，使得定子冲片与转子冲片10之间形成非均匀气隙，降低气隙磁场的谐波含量，实现反电动势及气隙磁密的正弦化，减小永磁电机的齿槽转矩和各次谐波对电机的影响，进而降低转矩脉动，以及电机的噪声和振动。并且，由于第一弧形边121和第三弧形边123是呈偏置状态，可使得磁密变化趋势较为缓和，进而使得电机输出的转矩大小没有被削弱太多，保证了电机输出的转矩。
35.在一实施例中，如图1和图2所示，为降低气隙磁场的谐波含量，第二弧形边122与极弧16(图2中以虚线示出)的比值范围为1：2.24～1：2.32。较佳的，第一弧形边121的曲率半径等于第三弧形边123的曲率半径，第一弧形边121与第二弧形边122可以是截取自同一个圆上的不同圆弧。第一弧形边121的曲率半径与第二弧形边122的曲率半径的比值范围为1：4～1：4.15。各转子极12中的第一弧形边121和第三弧形边123的圆心皆分布于同一个圆上。
36.在一实施例中，如图1和图2所示，各转子极12还可包括隔磁桥18、应力槽20，各转子极12的表面开设有槽孔22，各转子极12朝向转轴孔14的表面设置有磁石槽24。
37.隔磁桥18位于磁石槽24的两侧，并且隔磁桥18的长度l1与磁石槽24的厚度h1的比值范围为1：1.08～1：1.12，以使得永磁体和铁芯能够完整配合，减小永磁体的漏磁，降低漏磁系数。
38.考虑到电机整体谐波含量较大，永磁体的边角较容易有退磁风险，进而将应力槽20设置于磁石槽24的边角，以增加局部磁阻，减少谐波对永磁体的渗透，从而使得永磁体退磁工作点增高。
39.将槽孔22的中心点和转轴孔14的中心点的连线定义为第一线段s1，第二弧形边122的中点和转轴孔14的中心点的连线定义为第二线段s2(图1中以虚线标示第一线段s1与第二线段s2)。第一线段s1与第二线段s2之间的夹角a范围为12
°
～16
°
，以在优化电机气隙磁密的正弦度的同时降低齿槽转矩。较佳的，各转子极12的表面开设的槽孔22数量是两个，即一个磁极内设置有两个槽孔22。两个槽孔22分别位于转子极12的两端，且槽孔22位于两侧的隔磁桥18之间，沿第二线段s2呈对称分布。两个槽孔22的中心点之间的连线长度l2与磁石槽24的长度l3的比值范围为1:1.18～1:1.45，可进一步优化电机气隙磁密的正弦度，并降低齿槽转矩。此外，各转子极12上的两个槽孔22也可是不对称分布，只要满足夹角a范围亦可达到优化电机气隙磁密的正弦度以及降低齿槽转矩的效果。槽孔22的形状为腰型孔，但本专利不限于此，槽孔22亦可呈三角形、圆形、方形或多边形等其它形状。
40.请参阅图4和图5，图4是本发明一实施例提供的永磁电机磁路拓扑结构1的结构示意图，图5是本发明定子齿32处的结构示意图。为达优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提供一种永磁电机磁路拓扑结构1。如图中所示，永磁电机磁路拓扑结构1包括定子冲片30以及前述实施例所述的转子冲片10。关于转子冲片10的具体结构与技术效果不再过多赘述。
41.定子冲片30套接于转子冲片10的外缘，并与转子冲片10之间形成气隙40。此气隙40就是前述的定子冲片30与转子冲片10之间形成的非均匀气隙40。定子冲片30包括若干个
沿圆周方向均匀分布的定子齿32，各定子齿32具有弧形部34和切削部36。弧形部34沿圆周方向的两端连接切削部36，即弧形部34的左右两端连接于切削部36。
42.如图5所示，弧形部34的圆心角角度b与定子齿32的角度c的比值范围为1:1.1～1:1.9。所述定子齿32的角度c是指左右两侧的切削部36的最远端点之间的角度，并且，定子齿32的角度c的左端取值线平行于弧形部34的圆心角角度b的左端取值线，定子齿32的角度c的右端取值线平行于弧形部34的圆心角角度b的右端取值线。较佳的，切削部36的侧边的长度l4与定子齿32未切削前的侧边的长度l5比值范围为1:1.85～1:1.9。所述定子齿32未切削前的侧边的长度l5是指，切削部36的侧边朝向转轴孔14做的延长线与弧形部34的圆弧延长线的相交点到切削部36侧边的起始点之间的距离，所述切削部36侧边上距离上述相交点最远的一点为起始点，即图5中的上端点。借由上述比值范围，使得转子铁芯表面磁密分布趋于均匀，整体的组合磁路结构可以有效的改善气隙40处的的磁导和磁动势，优化电机气隙40磁密正弦度，降低永磁体退磁风险，和齿槽转矩，从而达到降低转矩波动，削弱电机的噪音振动作用。
43.综上所述，本发明的一个优势在于提供一种转子冲片10及永磁电机磁路拓扑结构1，通过对转子极12的外侧边优化设计，使得转子冲片10与定子冲片30之间形成非均匀气隙40，非均匀气隙40可以使得气隙40磁场的谐波含量大大的下降，实现反电动势及气隙40磁密的正弦化，减小永磁电机的齿槽转矩和各次谐波对电机的影响，进而降低转矩脉动，以及电机的噪声和振动。并且，由于第一弧形边121和第三弧形边123是偏心设置的，可使得磁密变化趋势较为缓和，进而使得电机输出的转矩大小没有被削弱太多，保证了电机输出的转矩。
44.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片10及永磁电机磁路拓扑结构1，通过延长隔磁桥18长度的设置，可减小永磁体的漏磁，降低漏磁系数。
45.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片10及永磁电机磁路拓扑结构1，通过在转子极12表面设置槽孔22，可在优化电机气隙40磁密的正弦度的同时降低齿槽转矩。
46.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片10及永磁电机磁路拓扑结构1，通过应力槽20的设置，可增加局部磁阻，减少谐波对永磁体的渗透，从而使得永磁体退磁工作点增高。
47.本发明的另一个优势在于提供一种转子冲片10及永磁电机磁路拓扑结构1，通过定子齿32上的弧形部34与切削部36的搭配设置，使得转子铁芯表面磁密分布趋于均匀，整体的组合磁路结构可以有效的改善气隙40处的的磁导和磁动势，优化电机气隙40磁密正弦度，降低永磁体退磁风险，和齿槽转矩，从而达到降低转矩波动，削弱电机的噪音振动作用。
48.另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。

技术特征：
1.一种转子冲片，其特征在于，所述转子冲片包括：若干个沿圆周方向分布且相互连接的转子极，各所述转子极的外侧边包括第一弧形边、第二弧形边以及第三弧形边，所述第二弧形边的两端分别连接所述第一弧形边和所述第三弧形边，所述第一弧形边的圆心和所述第三弧形边的圆心均偏离于所述第二弧形边的圆心；以及转轴孔，位于所述转子冲片的中心处，所述第二弧形边的圆心与所述转轴孔的圆心重合。2.根据权利要求1所述的转子冲片，其特征在于：所述第二弧形边与极弧的比值范围为1：2.24～1：2.32。3.根据权利要求1所述的转子冲片，其特征在于：所述第一弧形边的曲率半径等于所述第三弧形边的曲率半径，所述第一弧形边的曲率半径与所述第二弧形边的曲率半径的比值范围为1：4～1：4.15。4.根据权利要求1所述的转子冲片，其特征在于：各所述转子极朝向所述转轴孔的表面设置有磁石槽，各所述转子极还包括隔磁桥，所述隔磁桥位于所述磁石槽的两侧，所述隔磁桥的长度与磁石槽的厚度的比值范围为1：1.08～1：1.12。5.根据权利要求4所述的转子冲片，其特征在于：各所述转子极还包括应力槽，位于所述磁石槽的边角。6.根据权利要求1所述的转子冲片，其特征在于：各所述转子极的表面开设有槽孔，将所述槽孔的中心点和所述转轴孔的中心点的连线定义为第一线段，所述第二弧形边的中点和所述转轴孔的中心点的连线定义为第二线段，所述第一线段与所述第二线段之间的夹角范围为12
°
～16
°
。7.根据权利要求6所述的转子冲片，其特征在于：各所述转子极的表面开设的槽孔数量是两个，分别位于所述转子极的两端，两个槽孔的中心点之间的连线长度与磁石槽的长度的比值范围为1:1.18～1:1.45。8.一种永磁电机磁路拓扑结构，其特征在于，所述永磁电机磁路拓扑结构包括：如权利要求1至7中任一项所述的转子冲片；以及定子冲片，套接于所述转子冲片的外缘，并与所述转子冲片之间形成气隙。9.根据权利要求8所述的永磁电机磁路拓扑结构，其特征在于：所述定子冲片包括若干个沿圆周方向均匀分布的定子齿，各所述定子齿具有弧形部和切削部，所述弧形部沿圆周方向的两端连接所述切削部，所述弧形部的圆心角角度与所述定子齿的角度的比值范围为1:1.1～1:1.9。10.根据权利要求8所述的永磁电机磁路拓扑结构，其特征在于：所述切削部的侧边与所述定子齿未切削前的侧边的长度比值范围为1:1.85～1:1.9。

技术总结
本发明提供一种转子冲片以及永磁电机磁路拓扑结构，转子冲片包括若干个沿圆周方向分布且相互连接的转子极以及转轴孔，各转子极的外侧边包括第一弧形边、第二弧形边以及第三弧形边，第二弧形边的两端分别连接第一弧形边和第三弧形边，第一弧形边的圆心和第三弧形边的圆心均偏离于第二弧形边的圆心，转轴孔位于转子冲片的中心处，第二弧形边的圆心与转轴孔的圆心重合。借此设置，可降低气隙磁场的谐波含量，实现反电动势及气隙磁密的正弦化，减小永磁电机的齿槽转矩和各次谐波对电机的影响，进而降低转矩脉动以及减小电机的噪声和振动。而降低转矩脉动以及减小电机的噪声和振动。而降低转矩脉动以及减小电机的噪声和振动。


技术研发人员：谢蔓 蔡锋宾 吴倩楠 陈子豪
受保护的技术使用者：厦门钨业股份有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8