转子、马达以及包含该马达的电气设备的制作方法

本发明涉及马达领域，尤其涉及一种转子、马达以及包含该马达的电气设备。

背景技术：

现有的马达中，为了降低转矩涟波，会使转子向径向进行偏斜来达到目的，而同步磁阻马达则会利用不同的转子结构进行堆叠来降低转矩涟波并使得输出转矩维持不变。

图1是不同磁通屏障结构堆叠的转子的截面图和分解图，如图1所示，整个转子由两个不同磁通屏障结构的转子堆叠而成，即转子a和转子b。转子a和转子b的主要差异在于，q轴方向的磁铁屏障结构是相同的，但是d轴方向的磁通屏障结构相对于定子槽的角度有所不同。这里的q轴是指从转子中心向磁阻最大的方向延伸的线，d轴是指从转子中心向磁阻最小的方向延伸的线。由于磁通屏障结构的不同，造成这两个转子各自所产生的转矩涟波会有所不同，且一般在设计时，会针对这两个转子所产生的转矩涟波进行探讨，使各自转矩波形的波峰波谷能刚好相差180度，即转子a的波峰刚好对到转子b的波谷，而转子b的波峰则刚好对到转子a的波谷。通过这样的设计方式，并将两个转子进行堆叠，使两种转矩涟波合成一个新的转矩波形，而合成的转矩波形的波峰波谷的大小就能减小，来达到降低转矩涟波并维持平均输出转矩的目的。

图2是24槽定子搭配对称和非对称转子的局部横截面示意图，图3是36槽定子搭配对称和非对称转子的局部横截面示意图。如图2和图3所示，左侧(a)为磁通屏障对称的转子，称为对称转子，右侧(b)为磁通屏障不对称的转子，称为不对称转子。一般，同步磁阻马达的转子结构都是对称结构，即，不论以d轴或q轴为中心线，转子内部的磁通屏障结构都可以互相镜射。且对称的转子结构不论转动方向是顺时针还是逆时针，其马达特性都是相同的。而非对称的转子结构无法以任何的轴向(q轴或d轴)为中心线来做镜射。以图2右侧为例，假设以q轴为中心线，其两侧的磁通屏障结构无法互相镜射，其磁通屏障相对于定子槽的角度有所不同。然而，非对称的转子结构通过设计后，也可以使得输出转矩维持不变的情况下降低转矩涟波。

非对称的转子结构的降低转矩涟波的方式，相当于不同磁通屏障结构堆叠的转子，是一种以类似将两种波形合成为新的转矩波形的方法。仍以图2右侧所示的非对称的转子结构为例，假设以q轴为中心线，将两侧的磁通屏障结构分别称为c转子和d转子，并使其镜射后成为一个非对称的转子，将可以各自得到其转矩波形。转子c的磁通屏障相对于定子槽的角度是远离中心线q轴的，转子d的磁通屏障相对于定子槽的角度则是相反，是接近中心线q轴的。因此，在设计c转子和d转子的磁通屏障时，会使得c转子和d转子的转矩波形的波峰波谷刚好相差180度。当这两个转子结构在一起时，转矩波形的波峰波谷的大小就能减小，来使得转矩涟波减小。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

发明人发现，磁通屏障的形状及位置使气隙中的磁阻有不连续或剧烈的变化，由此，会在空间上产生多次谐波的成分。谐波成分越大则越会增加转矩涟波导致马达以噪音与热能的方式呈现，进而影响转矩输出的稳定性与控制算法设计的困难度。因此，常见的技术通常会通过改变定子槽的结构或者是倾斜的转子结构变化来降低转矩涟波，不过，降低转矩涟波的方法大部分也会降低输出转矩，且定子槽的结构的形状调整幅度与转子倾斜角度非常有限，因此，整体降低转矩涟波的比例也会受到限制，不能大幅度地降低转矩涟波。

为了解决上述问题的至少一个，本发明实施例提供了一种转子、马达及包含该马达的电气设备，以在维持输出转矩不变的前提下降低转矩涟波。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种马达，具有：

定子，其具有缠绕的多相线圈以及收纳所述多相线圈的定子槽，以及

转子，其配置在所述定子的内侧，沿旋转方向形成多个磁极，在所述转子上设置多组磁通屏障，每个磁极对应一组磁通屏障；

其特征在于，

所述定子槽的数量与所述转子的磁极数和所述多相线圈的相数的乘积的比为非整数。

在一个实施例中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘的两点分别与所述转子的中心之间的连线与所述中心线之间的夹角不等。

在一个实施例中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘在周向上的宽度不等。

在一个实施例中，定子槽的数量为18、27、30、42、或45。

在一个实施例中，磁极数为2极、4极或6极。

在一个实施例中，相邻的两个磁极对应的定子槽的数量不等，每间隔一个磁极的不相邻的两个磁极对应的定子槽的数量相同。

在一个实施例中，每一相的线圈在相邻的两个磁极所占用的定子槽的数量不同，但在间隔一个磁极的不相邻的两个磁极所占用的定子槽的数量相同。

在一个实施例中，多组磁通屏障沿周向等间距配置。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种转子，沿所述转子的旋转方向形成多个磁极，在所述转子上设置多组磁通屏障，每个磁极对应一组磁通屏障，其特征在于，

在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘的两点分别与所述转子的中心之间的连线与所述中心线之间的夹角不等；和/或

在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘在周向上的宽度不等。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电气设备，其特征在于，该电气设备包含前述第一方面所述的马达。

本发明实施例的有益效果在于：通过本发明实施例的马达的结构，可以大幅度降低转矩涟波且维持相同的输出转矩，提高了马达的整体性能。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在本发明实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是不同磁通屏障结构堆叠的转子的截面图和分解图；

图2是24槽定子搭配对称和非对称转子的局部横截面示意图；

图3是36槽定子搭配对称和非对称转子的局部横截面示意图；

图4是实施例1的马达的轴向俯视示意图；

图5是实施例1的马达的立体示意图；

图6是转子的一个实施方式的局部示意图；

图7是转子的另一个实施方式的示意图；

图8-14是实施例1的马达的不同实施方式的示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明实施例的前述以及其它特征将变得明显。在下面的说明和附图中，具体公开了本发明实施例的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明实施例的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明实施例不限于所描述的实施方式，相反，本发明实施例包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本发明实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

在本发明实施例中，为了说明的方便，将与沿轴延伸的方向平行的方向称为“轴向”，将以轴为中心的半径方向称为“径向”，将以轴为中心的圆周方向称为“周向”，但这只是为了说明的方便，并不限定马达使用和制造时的朝向。

下面结合附图对本发明实施例的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本发明实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种马达。图4是该马达的轴向俯视示意图，图5是该马达的立体示意图。

如图4和图5所示，该马达具有：

定子100，其具有缠绕的多相线圈101和收纳该多相线圈的定子槽102；

转子200，其配置在定子100的内侧，沿旋转方向形成多个磁极，在该转子200上设置多组磁通屏障201，每个磁极对应一组磁通屏障。

在图4和图5的示例中，以沿转子200的旋转方向形成四个磁极(如图4中的i、ii、iii、iv所示)，相应的，在该转子200上设置四组磁通屏障201为例。但实施例并不以此作为限制，磁极数和磁通屏障的组数也可以为其他，例如磁极数可以为2或6，相应的磁通屏障的组数也可以为2或6。此外，在该示例中，如图4和图5所示，每组磁通屏障201具有三个磁通屏障，在其他示例中，每组磁通屏障201也可以具有其他数量的磁通屏障。并且，本实施例对磁极的形成方式和磁通屏障的形成方式不做限制。

在本实施例中，该马达除了具有定子100和转子200以外，还具有马达的其他常规组件，例如轴、电路板等，其结构和功能可以参照现有技术，在本实施例中省略说明。

在本实施例中，上述定子槽102的数量与上述转子200的磁极数和上述多相线圈101的相数的乘积的比值(简称为槽极配)为非整数。也就是说，s/(p×n)为非整数，其中，s为定子槽102的数量，p为转子200的磁极数，n为多相线圈101的相数。由此结构，非整数槽极配的磁场作用破坏了气隙(磁通屏障)的谐波成分，降低了整体转矩涟波。

在本实施例中，除了通过非整数槽极配降低转矩涟波以外，还可以采用非对称转子的设计。这里的非对称转子是指以q轴为中心的磁通屏障呈非对称的结构。

在本实施例的一个实施方式中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘的两点分别与转子的中心之间的连线与上述中心线之间的夹角不等，也即边缘角度不等。

以磁极数为4，每个磁通屏障组具有三个磁通屏障为例，图6示出了转子的一个磁极对应的一组磁通屏障，如图6所述，以从转子的中心o向磁阻最大的方向延伸的连线oa为中心线，磁通屏障601的周向边缘的两点b、c分别与转子中心o的连线ob、oc与中心线oa之间的夹角a1和a2不同，也即，a1≠a2。同理，磁通屏障602的周向边缘的两点b’、c’分别与转子中心o的连线ob’、oc’与中心线oa之间的夹角b1和b2也可以不同，也即，b1≠b2。此外，磁通屏障603的周向边缘的两点b”、c”分别与转子中心o的连线ob”、oc”与中心线oa之间的夹角c1和c2也可以不同，也即，c1≠c2。在其他的示例中，对于每组磁通屏障，也可以是仅有部分磁通屏障的边缘角度不等。

本实施方式通过磁通屏障边缘角度不等的设计，使得每个磁极所对应的至少一个磁通屏障不再以q轴(中心线oa)为中心呈对称结构，破坏了原本磁通屏障对应的定子槽的磁场的交互作用，进一步地降低了气隙(磁通屏障)中的高次谐波，改善了转矩涟波。

在本实施例的一个实施方式中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘在周向上的宽度不等，也即边缘宽度不等。

仍以磁极数为4，每个磁通屏障组具有三个磁通屏障为例，图7示出了转子的四个磁极所对应的四组磁铁屏障，如图7所示，对于每组磁通屏障，虚线的部分和实线的部分是不同的，也即宽度不等。在图7的示例中，磁通屏障701的两个周向边缘在周向上的宽度d1和d2不等，磁通屏障702的两个周向边缘在周向上的宽度d1’和d2’不等，磁通屏障703的两个周向边缘在周向上的宽度d1”和d2”不等。在其他的示例中，对于每组磁通屏障，也可以是仅有部分磁通屏障的边缘宽度不等。此外，在图7的示例中，对于每组磁通屏障，三个磁通屏障的边缘角度也不等，也即a1≠a2，b1≠b2，c1≠c2，但如前所述，本实施例不限于此。

本实施方式通过磁通屏障边缘宽度不等的设计，使得每个磁极所对应的至少一个磁通屏障不再以q轴(中心线oa)为中心呈对称结构，破坏了原本磁通屏障对应的定子槽的磁场的交互作用，进一步地降低了气隙(磁通屏障)中的高次谐波，改善了转矩涟波。

在本实施例中，通过非整数槽极配以及非对称转子的设计，可以将原本单独设计将会造成输出转矩的降低的特性相互抵消，改善保持相同的转矩输出，并能答复降低转矩涟波。

在本实施例中，如前所述，槽极配为非整数，磁极数可以为2、4或6极，多相线圈的相数一般为3相，则定子槽的数量可以是18、27、30、42或45。

图8示出了30槽4极3相的转子的非对称结构，图9示出了30槽2极3相的转子的非对称结构，图10示出了36槽2极3相的转子的非对称结构，图11示出了18槽4极3相的转子的非对称结构，图12示出了27槽6极3相的转子的非对称结构，图13示出了42槽4极3相的转子的非对称结构，图14示出了45槽6极3相的转子的非对称结构。这类非对称的定子槽数与极数配对上的同步磁阻架构，除了可以降低转矩涟波以外，还能降低马达损失与额定电流进而提高马达的输出效率。

在本实施例的一个实施方式中，相邻的两个磁极对应的定子槽的数量不等，每间隔一个磁极的不相邻的两个磁极对应的定子槽的数量相同。以图8所示的30槽4极3相的转子为例，如图8所示，i区域和iii区域分别对应7个定子槽，ii区域和iv区域分别对应8个定子槽，也即，相邻的磁极，例如i区域和ii区域，或者ii区域和iii区域，或者iii区域和iv区域，或者iv区域和i区域，对应的定子槽的数量是不同的，然而，每隔一个磁极的不相邻的两个磁极，例如，i区域和iii区域，或者ii区域和iv区域，对应的定子槽的数量是相同的。

也就是说，在本实施方式中，每一相的线圈在相邻的两个磁极所占用的定子槽的数量不同，但在间隔一个磁极的不相邻的两个磁极所占用的定子槽的数量相同。由此，可以维持磁动势的平衡。

在本实施方式中，如果定子平分为四等份，每一等份为7.5个定子槽孔，且每个磁极每相线圈有2.5个定子槽，但因定子结构无法呈现0.5个定子槽，因此无法呈现对称的4极绕组绕线方式，因此本实施例在绕组分布方式上进行了调整。以u相绕组方式来说明，将定子分成不相等的四等份，每等份的定子槽孔数分别是7槽、8槽、7槽和8槽，如图4所示，i区域有4个半槽的绕组，ii区域有6个半槽的绕组，iii区域有4个半槽的绕组，iv区域有6个半槽的绕组。此极数对应搭配相对应的绕组设计，可以维持磁动势的平衡。

在本实施例中，如前所述，上述多组磁通屏障沿周向等间距配置，由此，可以进一步降低转矩涟波。

本实施例的马达的结构，通过非整数槽极配的设计，或者通过非整数槽极配的设计搭配非对称转子的设计，可以大幅度降低转矩涟波且维持相同的输出转矩，提高了马达的整体性能。

实施例2

本实施例提供了一种转子，沿该转子的旋转方向形成多个磁极，在该转子上设置多组磁通屏障，每个磁极对应一组磁通屏障。

在本实施例的一个实施方式中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘的两点分别与所述转子的中心之间的连线与所述中心线之间的夹角不等。

在本实施例的另一个实施方式中，在每个磁极对应的一组磁通屏障中，以从所述转子的中心向磁阻最大的方向延伸的连线为中心线，至少一个磁通屏障的周向边缘在周向上的宽度不等。

以上两个实施方式可以结合使用，作为磁阻马达的转子使用。由于在实施例1中，在对实施例1的马达进行说明时，对该转子做了详细说明，其内容被合并于此，此处不再赘述。

通过本实施例的非对称转子的设计，可以大幅度降低转矩涟波且维持相同的输出转矩，提高了马达的整体性能。

实施例3

本实施例提供了一种电气设备，该电气设备具有实施例1所述的马达，还具有其他常规部件。本实施例对该常规部件结构、设置方式和功能不作限制，可以参考现有技术。

在本实施例中，基于实施例1的马达的结构，通过非整数槽极配的设计，或者通过非整数槽极配的设计搭配非对称转子的设计，可以大幅度降低转矩涟波且维持相同的输出转矩，提高了马达的整体性能。

在本实施例中，该电气设备可以是任何使用马达的电气设备，例如可以是使用马达的汽车变速箱。但本实施例并不以此作为限制，实施例1的马达也可以作为其他电气设备的马达使用，例如，作为电动座椅、空调机的室内机、空调机的室外机、饮水机、洗衣机、扫除机、压缩机、送风机、搅拌机等家电设备中的马达使用，或者，作为各种信息设备、产业设备等中的马达使用。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。