CN102510149B - 电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子，包括永久磁铁，所述电机转子具有主轴线并包括铁芯，该铁芯由端壁以及侧向表面限定，并有用于联接到电动机轴的孔和多个用于装入所述各永久磁铁的纵向槽，所述侧向表面沿主轴线方向开设有齿槽。本发明中，电机转子外表面开有齿槽，这种结构降低了电机齿槽力，减小了转矩脉动，提高转矩控制精度，同时电机有较好的弱磁特性，能实现电机的高速运转。

Description

电机转子

技术领域

本发明涉及一种电机转子，尤其涉及一种埋置有永久磁铁的电机转子。

背景技术

像电动汽车上使用的驱动电机，要求电机在低速时能提供较大的转矩，在高速时不但要满足高速运转要求，同时还能继续提供较大的转矩，这给电机的设计制造带来了诸多问题。

在1973年，美国学者Mallianson在对永久磁铁结构进行拼装实验时发现了一种奇特的永磁铁结构，并把它称为″Magnetic Curiosity″。他当时并没有察觉到这种结构的应用价值。1979年，美国学者Klaus Halbach再利用各种永磁铁结构产生的磁场做电子加速实验时，发现了这种特殊的永磁铁结构，并逐步完善这种结构，最终形成了所谓的“Halbach”磁铁。Halbach磁环是将磁铁径向式与平行式排列结合在一起，如果忽略端部效应，并把周围的导磁材料的导磁率看作无穷大，那么上述永磁体结构最终形成单边磁场(one-sided field)，这就是Halbach一个显着的特点。这一特点表示Halbach磁铁在线性电机中有很好的应用价值。相对于传统电机，Halbach电机有下列几种优越性：功率密度大、定转子不再需要斜槽、转子可采用非铁心材料、永久磁铁利用率高、可使用集中式绕组等。

中国专利第200680024089.9号公开了一种用于设有永久磁铁的电动机的转子，该转子具有主轴线并包括层叠的铁芯，该铁芯由第一和第二端壁以及侧向表面限定，并有用于联接到电动机轴的孔和多个用于装入各磁铁的纵向槽；这种转子还包括能够使磁铁稳固在纵向槽内的定位装置。该技术方案很好地解决了永久磁铁的固定问题，但是仍有以下不足：低速时的转矩脉动高，转矩控制精度低。

有鉴于此，有必要提供一种新型的电机转子。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种电机转子，该电机转子的转矩脉动小，转矩控制精度高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种电机转子，包括永久磁铁，所述电机转子具有主轴线并包括铁芯，该铁芯由端壁以及侧向表面限定，并有用于联接到电动机轴的孔和多个用于装入所述各永久磁铁的纵向槽，其中，所述侧向表面沿主轴线方向开设有齿槽。

优选的，在上述电机转子中，所述侧向表面由多个连接起来的圆弧形成，所述圆弧各自的弧顶到所述主轴线的距离相等，并且每个圆弧定位在对应的纵向槽处，所述齿槽包括第一齿槽，所述第一齿槽间隔分布于所述圆弧的表面上。

优选的，在上述电机转子中，所述第一齿槽设置为矩形。

优选的，在上述电机转子中，所述齿槽还包括第二齿槽，所述第二齿槽设置于相邻的圆弧之间。

优选的，在上述电机转子中，所述第二齿槽的底面为圆弧形，定义该圆弧形底面与所述主轴线最近的点为第一点。

优选的，在上述电机转子中，所述第二齿槽两侧相邻的永久磁铁分别定义为第一磁铁和第二磁铁，并且定义所述第一磁铁上与第一点最近的顶点为第二点，所述第二磁铁上与第一点最近的顶点为第三点，所述第一点位于所述第二点与第三点连线的内侧。

优选的，在上述电机转子中，所述永久磁铁采用Halbach结构排列。

优选的，在上述电机转子中，所述纵向槽包括一个用于容纳对应永久磁铁的中部区域和一对相对于所述中部区域形成一定角度的端部区域，所述一对端部区域分别连接于所述纵向槽的两端。

优选的，在上述电机转子中，所述纵向槽还包括将所述永久磁铁稳固在所述中部区域的定位装置，所述定位装置包括一对定位凸脊，所述一对定位凸脊分别位于所述中部区域的两侧。

优选的，在上述电机转子中，所述定位凸脊具有圆弧形的外廓

与现有技术相比，本发明提供一种梅花内置式Halbach永磁体排列的转子结构形式，电机转子外表面开有齿槽，这种结构降低了电机齿槽力，减小了转矩脉动，提高转矩控制精度，同时电机有较好的弱磁特性，能实现电机的高速运转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1所示为本发明具体实施例中电机转子的结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图。

具体实施方式

本发明目的在于提供一种电机转子，该电机转子的转矩脉动小，转矩控制精度高。

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详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

参图1所示，在本发明具体实施例中，电机转子1适用于电动机，该电动机还包括一个定子(图未示)，定子包容在电机转子1的外侧。

电机转子1有一个转动主轴线D，其正常地重合于电动机的轴线，并且电机转子1包括铁芯10，其形状由端壁101以及侧向表面102限定。

铁芯10具有一个纵向孔103，其轴线基本上重合于主轴线D，用于联接电动机的轴。

纵向孔103的尺寸根据磁路和载荷的大小确定。

图1实施例中表示出一个六级电机转子1，其铁芯10上设有六个纵向槽104，每个纵向槽104里装有一个永久磁铁105。

优选的是，每个永久磁铁105有一个预先确定的重量，以便容易进行电机转子1的平衡。

每个永久磁铁105均采用Halbach结构排列，具体地指，永久磁铁105的排列采用两个平行轴线充磁，一个垂直轴线充磁。

Halbach排列的永久磁铁105插入在对应的铁芯10上开的纵向槽104内，这种排列方式面向气隙侧磁场正弦分布，面向轴心侧几乎没有磁场，转子损耗小。

在其他实施方式中，各永久磁铁105可以比各自对应的纵向槽104长或短一点，以便于使磁场最佳化或最大化。

每个纵向槽104有一个用于容纳对应的永久磁铁105的中部区域1041和一对相对于中部区域1041形成一个适当角度的端部区域1042。

端部区域1042分别对应形成且连通于纵向槽104的两端。

如所周知，这些端部区域1042是空的，具体地说，其用于防止由各个纵向槽104里的永久磁铁105产生的漏磁通闭合。

在两个端部区域1042，每个纵向槽104有两个用于导引在对应的纵向槽104里的每个永久磁铁105的定位突脊1043。

永久磁铁105靠在定位突脊1043上，定位突脊1043可防止永久磁铁105本身在纵向槽104内移动。

各个定位突脊1043分别做成在纵向槽104的径向内壁或径向外壁或同时做在径向内壁和径向外壁上。

应该注意到，在其他实施例中，各定位突脊1043可以具有圆弧形的外廓。

定位突脊1043的高度低于永久磁铁105的，所以可以防止磁铁短路。

铁芯10的侧向表面102由多段互相连接的圆弧1021构成，更具体地说，就这个六级电机转子1而言，侧向表面102是由六段具有相同半径的圆弧1021构成。

各个圆弧1021的弧顶到主轴线D的距离是相等的，并且每个圆弧1021是定位成沿着一个轴线设置，而这个轴线基本上垂直于主轴线D并且穿过对应的纵向槽104的中心线。

根本上，每个圆弧1021是定位成在对应的纵向槽104处。

侧向表面102沿主轴线D方向开设有齿槽1022，齿槽1022包括第一齿槽1023和第二齿槽1024。

第一齿槽1023分布于圆弧1021的表面上，每个圆弧1021的表面上间隔分布有多个第一齿槽1023，第一齿槽1023设置为矩形。

电机转子1的侧向表面开有不同数目的矩形第一齿槽1023，其主要用于降低转矩脉动，提高转矩控制精度。

第一齿槽1023的尺寸以及相邻第一齿槽1023之间间隔的尺寸，需要根据每个圆弧1021上开的齿槽数目和不同的槽极配合进行合理计算。

第二齿槽1024设置于相邻的圆弧1021之间，其底部设置为圆弧形。

参图2所示，定义第二齿槽1024圆弧形底面与主轴线D最近的点为第一点1025，位于所述第二齿槽1024两侧相邻的永久磁铁分别定义为第一磁铁和第二磁铁，并且定义第一磁铁上与第一点1025最近的顶点为第二点1026，第二磁铁上与第一点最近的顶点为第三点1027，第一点1025位于第二点1026与第三点1027连线的内侧。即，第一点1025相对于第二点1026与第三点1027连线上的任意一个点更接近轴心。

第二齿槽1024可以避免极间漏磁。

上述转子结构适合不同的槽极配合，例如：8极12槽，8极24，8极48槽，8极9槽，6极36槽等。

综上所述，本发明提供一种梅花内置式Halbach永磁体排列的电机转子结构，其有如下优点：

(1)Halbach排列的永久磁铁105插入在铁芯10上开设的纵向槽104内，这种排列方式面向气隙侧磁场正弦分布，面向轴心侧几乎没有磁场，电机转子损耗小。

(2)第二齿槽1024设置于相邻的圆弧1021之间，且第一点1025位于第二点1026与第三点1027连线的内侧，第二齿槽1024可以避免极间漏磁。

(3)端部区域1042是空的，其用于防止由各个纵向槽104里的永久磁铁105产生的漏磁通闭合

(4)侧向表面102沿主轴线D方向开设有多个第一齿槽1023，主要降低转矩脉动，提高转矩控制精度。

本发明保证了电机在低速时使用矢量控制的方法能提供较大的转矩，同时在采用弱磁控制时充分利用了磁阻转矩，提高转速的同时，转矩下降梯度较小，此种转子结构适合于各种槽极配合。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种电机转子，包括永久磁铁，所述电机转子具有主轴线并包括铁芯，该铁芯由端壁以及侧向表面限定，并有用于联接到电动机轴的孔和多个用于装入所述各永久磁铁的纵向槽，其特征在于：所述侧向表面沿主轴线方向开设有齿槽,所述侧向表面由多个连接起来的具有相同半径的圆弧形成，所述圆弧各自的弧顶到所述主轴线的距离相等，并且每个圆弧定位在对应的纵向槽处，所述齿槽包括第一齿槽，所述第一齿槽间隔分布于所述圆弧的表面上,每个圆弧的表面上间隔分布有多个第一齿槽，所述第一齿槽设置为矩形;所述齿槽还包括第二齿槽，所述第二齿槽设置于相邻的圆弧之间,所述第二齿槽的底面为圆弧形，定义该圆弧形底面与所述主轴线最近的点为第一点,所述第二齿槽两侧相邻的永久磁铁分别定义为第一磁铁和第二磁铁，并且定义所述第一磁铁上与第一点最近的顶点为第二点，所述第二磁铁上与第一点最近的顶点为第三点，所述第一点位于所述第二点与第三点连线的内侧。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述永久磁铁采用Halbach结构排列，采用两个平行轴线充磁，一个垂直轴线充磁。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述纵向槽包括一个用于容纳对应永久磁铁的中部区域和一对相对于所述中部区域形成一定角度的端部区域，所述一对端部区域分别连接于所述纵向槽的两端。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于：所述纵向槽还包括将所述永久磁铁稳固在所述中部区域的定位装置，所述定位装置包括一对定位凸脊，所述一对定位凸脊分别位于所述中部区域的两侧。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于：所述定位凸脊具有圆弧形的外廓。