转子组件和交替极电机的制作方法

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种转子组件和交替极电机。

背景技术：

交替极永磁同步电机使用的永磁体数量仅为传统永磁同步电机永磁体数量的一半，因此，其对永磁体的利用更加充分，可以显著降低永磁体使用量，从而降低电机成本。

但是其特殊的磁路结构也带来了很多问题，包括相邻磁极结构不一致导致气隙磁密分布不对称，进而引起反电势谐波畸变率高，不再是正弦波形，非正弦反电势与输入的正弦电流相互作用产生转矩，转矩脉动会增加，限制了交替极电机的进一步推广应用。

现有技术中的一些交替极电机是通过优化极弧系数改善转矩波动，主要针对的是由齿槽转矩引起的转矩波动，而对于非正弦反电势引起的转矩脉动，没有效果，因此，对于交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，起到的效果不佳。

技术实现要素：

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子组件和交替极电机，能够有效改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。

为了解决上述问题，本申请提供一种转子组件，包括转子铁芯，转子铁芯包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽，安装槽内安装有永磁体，永磁体面向转子铁芯外周缘的极性为同一极性，交替极包括交替极中心线，交替极上设置有第一空气槽，第一空气槽设置在交替极靠近交替极中心线的一侧。

优选地，第一空气槽沿转子铁芯的径向延伸。

优选地，第一空气槽为两个，分别设置在交替极中心线的两侧。

优选地，两个第一空气槽关于交替极中心线对称。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的平面内，两个第一空气槽的径向外侧靠近交替极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a81，两个第一空气槽的径向外侧远离交替极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a82，其中a81/a82＝0.2～0.4。

优选地，第一空气槽的径向厚度t8和周向宽度w8之间的关系满足t8/w8＝0.2～0.4。

优选地，永磁极包括磁极中心线，磁极中心线上设置有第二空气槽。

优选地，第二空气槽沿转子铁芯的周向延伸。

优选地，第二空气槽的径向厚度t6和周向宽度w6之间的关系满足t6/w6＝0.2～0.4。

优选地，磁极中心线的两侧分别设置有第三空气槽。

优选地，第三空气槽为两个，两个第三空气槽关于磁极中心线对称。

优选地，第二空气槽的径向厚度t6与第三空气槽的径向厚度t7之间的关系满足t6/t7＝0.3～0.7。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的平面内，两个第三空气槽的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a72，两个第三空气槽的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a71，其中a72/a71＝0.2～0.4。

优选地，安装槽的两端分别设置有第四空气槽，第四空气槽靠近磁极中心线的一侧向磁极中心线延伸形成第一狭槽，第四空气槽远离磁极中心线的一侧向远离磁极中心线的方向延伸形成第二狭槽。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的平面内，位于同一永磁极的两个第一狭槽的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a51，位于同一永磁极的两个第二狭槽的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a52，其中a51/a52＝0.3～0.5。

优选地，永磁极包括两个第三空气槽时，在垂直于转子铁芯的中心轴线的平面内，两个第三空气槽的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a71，位于同一永磁极的两个第一狭槽的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a51，其中a71/a51＝0.3～0.5。

优选地，永磁极包括两个第一空气槽时，在垂直于转子铁芯的中心轴线的平面内，两个第一空气槽的径向外侧远离交替极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a82，位于交替极两侧的两个第二狭槽的径向外侧靠近交替极中心线的端点与转子铁芯的中心的连线所形成的夹角为a53，其中a82/a53＝0.1～0.25。

根据本申请的另一方面，提供了一种交替极电机，包括转子组件和定子组件，该转子组件为上述的转子组件。

本申请提供的转子组件，包括转子铁芯，转子铁芯包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽，安装槽内安装有永磁体，永磁体面向转子铁芯外周缘的极性为同一极性，交替极包括交替极中心线，交替极上设置有第一空气槽，第一空气槽设置在交替极靠近交替极中心线的一侧。该转子组件通过在交替极的中部增加第一空气槽的方式，能够使得交替极中心处的磁导发生变化，防止磁密在该处过于集中，改善交替极的磁力线分布，使得交替极磁力线分布更加均匀，从而有效降低转矩波动，改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。

附图说明

图1为本申请实施例的转子组件的结构示意图；

图2为本申请实施例的转子组件与现有技术的反电势对比图；

图3为本申请实施例的转子组件与现有技术的反电势谐波对比图；

图4为本申请实施例的转子组件与现有技术的转矩对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、安装槽；3、永磁体；4、第一空气槽；5、第二空气槽；6、第三空气槽；7、第四空气槽；8、第一狭槽；9、第二狭槽。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，转子组件包括转子铁芯1，转子铁芯1包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽2，安装槽2内安装有永磁体3，永磁体3面向转子铁芯1外周缘的极性为同一极性，交替极包括交替极中心线，交替极上设置有第一空气槽4，第一空气槽4设置在交替极靠近交替极中心线的一侧。第一空气槽4设置在交替极靠近交替极中心线的一侧是指，假设将交替极沿着交替极中心线一分为二，则对于位于交替极中心线第一侧的交替极而言，第一空气槽4设置在交替极的靠近交替极中心线的一侧，第一空气槽4可以位于交替极中心线上，也可以位于交替极中心线的一侧。也可以认为，第一空气槽4是设置在交替极的周向方向的中部。

该转子组件通过在交替极的中部增加第一空气槽4的方式，能够使得交替极中心处的磁导发生变化，防止磁密在该处过于集中，改善交替极的磁力线分布，使得交替极磁力线分布更加均匀，从而有效降低转矩波动，改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。

本申请中通过在交替极的靠近交替极中心线的中间部分设置第一空气槽4，能够对反电势中的非正弦反电势进行调节，改变磁力线分布形态，使其磁密分布更加正弦化，从而能够显著降低反电势谐波含量，进一步降低转矩脉动。

转子铁芯1采用盘式开槽结构，由软磁材料薄片叠压而成，在转子铁芯1中心处开有转子轴孔，在转子铁芯1上开设有数组永磁体安装槽2，永磁体安装槽2靠近转子铁芯1的外边缘，且数目与交替极数目相等；在永磁体安装槽2与转子外圆间形成转子极靴。优选地，在本实施例中，永磁体3采用一字型结构。

优选地，第一空气槽4沿转子铁芯1的径向延伸。因为永磁极上的磁力线沿着径向向交替极的径向传递，继而通过转子铁芯1闭合，径向的第一空气槽4可以对磁力线起到导向的作用，若不是径向延伸，而是周向延伸，则会明显增大交替极上的磁阻，降低转矩。

优选地，第一空气槽4为两个，分别设置在交替极中心线的两侧。两个第一空气槽4可以具有相同的结构，且均沿转子铁芯1的径向延伸，从而使反电势增大，转矩波动减小，降低反电势谐波含量，提高电机性能。

优选地，两个第一空气槽4关于交替极中心线对称。

优选地，当第一空气槽4为一个时，该第一空气槽4位于交替极中心线上。

在垂直于转子铁芯1的中心轴线的平面内，两个第一空气槽4的径向外侧靠近交替极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a81，两个第一空气槽4的径向外侧远离交替极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a82，其中a81/a82＝0.2～0.4。

通过合理设定a81/a82的值，能够避免两个第一空气槽4的内侧边缘相邻过近而出现磁饱和，同时可以避免两个第一空气槽的外边缘相距过远而导致交替极上的两侧磁密过于集中，从而能够更加有效地降低交替极中心线上的磁密，改善磁密分布，降低转矩波动。

优选地，第一空气槽4的径向厚度t8和周向宽度w8之间的关系满足t8/w8＝0.2～0.4。因为第一空气槽4的主要优点在于改变交替极中心处的磁导，从而改善磁密分布，若t8/w8比值过小，则说明t8过小或w8过大，而t8过小显然不足以改善该处的磁密分布，而w8过大显然又会过度增大交替极周向上的磁阻，影响转矩；同样的，若t8/w8比值过大，则说明t8过大或w8过小，而t8过大也会增大交替极径向上的磁阻，影响转矩，若w8过小，又不足以改善磁密分布，所以设置t8/w8＝0.2～0.4，可以在有效改善磁密分布的同时，又不会过度增大交替极上的磁阻，影响转矩。

永磁极包括磁极中心线，磁极中心线上设置有第二空气槽5。在本实施例中，第二空气槽5设置在靠近转子铁芯1的外周缘的位置，且关于磁极中心线对称。通过在磁极中心线上设置第二空气槽5，能够降低永磁极上位于磁极中心线处的磁密，进一步避免相邻磁极间的磁密不对称性，从而降低转矩波动，同时也能降低由于磁密不对称引起的偶次谐波，如图3所示。

优选地，第二空气槽5沿转子铁芯1的周向延伸。

磁极中心线的两侧分别设置有第三空气槽6，且第二空气槽5位于第三空气槽6的径向外侧。两个第三空气槽6之间形成间隙，因此磁力线在从永磁体3发出后，会受到两个第三空气槽6的影响，而向两个第三空气槽6中间的转子铁芯1上聚拢集中，之后受到位于交替极中心线上的第二空气槽5的影响，聚拢的磁力线无法从第二空气槽5的位置经过，因此会分散之后从第二空气槽5的两侧经过，从而实现了对磁力线的聚合分散过程，对磁力线的畸变形成有效改善。

优选地，第三空气槽6为两个，两个第三空气槽6关于磁极中心线对称。第三空气槽6能有效避免磁力线在第二空气槽5的两侧过于集中，通过改变磁力线的分布使磁密更加均匀，从而与第二空气槽5共同改善永磁磁极上的磁力线分布，使磁密更加均匀，降低转矩波动。

第一空气槽4、第二空气槽5和第三空气槽6相互配合，能够使得交替极和永磁极形成组合式优化，从而使得对于转矩波动的改善不仅集中在永磁极，也能够体现在交替极，从而保证转矩波动的优化不会随着转子转动位置的变化而变化，不仅能够降低永磁电机在转动过程中的转矩波动，而且能够保证转子组件的整个转动过程中均能够对转矩波动进行优化，进一步提升了电机性能，提升了电机工作稳定性。

安装槽2的两端分别设置有第四空气槽7，第四空气槽7靠近磁极中心线的一侧向磁极中心线延伸形成第一狭槽8，第四空气槽7远离磁极中心线的一侧向远离磁极中心线的方向延伸形成第二狭槽9。优选地，第一狭槽8和第二狭槽9的结构相同，延伸方向相反。第一狭槽8和第二狭槽9改变了永磁极和交替极上的磁导，使永磁极与交替极间上分布的磁密更加均匀、对称，有效降低了转矩波动。

在本实施例中，第二空气槽5的径向厚度t6和周向宽度w6之间的关系满足t6/w6＝0.2～0.4。第二空气槽5不能与转子外周缘过近，以免形成过窄的磁桥，使磁桥磁密过于集中，影响磁密分布，进而影响电机性能；同时，第二空气槽5的厚度和宽度也不能过大，以免增大第二空气槽5与两个第三空气槽6之间的磁密，降低冲片的强度，因此t6和w6比值需满足t6/w6＝0.2～0.4。

优选地，第二空气槽5的径向厚度t6与第三空气槽6的径向厚度t7之间的关系满足t6/t7＝0.3～0.7，从而可以有效保证冲片强度及永磁极间的磁密分布，避免出现磁密过大，引起相邻磁极间的磁密不对称，造成转矩波动。

在垂直于转子铁芯1的中心轴线的平面内，两个第三空气槽6的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a72，两个第三空气槽6的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a71，其中a72/a71＝0.2～0.4。通过设定两个第三空气槽6的周向宽度及其周向间隔，能够进一步保证冲片强度及永磁极间的磁密分布，避免出现磁密过大，引起相邻磁极间的磁密不对称，造成转矩波动。

永磁极包括两个第三空气槽6时，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的平面内，两个第三空气槽6的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a71，位于同一永磁极的两个第一狭槽8的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a51，其中a71/a51＝0.3～0.5。

仿真表明，当满足t6/t7＝0.3～0.7、a72/a71＝0.2～0.4以及a71/a51＝0.3～0.5这三个比值范围时，反电势峰值更大，波形更加正弦，如图2所示，转矩更大，如图4所示。

在垂直于转子铁芯1的中心轴线的平面内，位于同一永磁极的两个第一狭槽8的径向外侧靠近磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a51，位于同一永磁极的两个第二狭槽9的径向外侧远离磁极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a52，其中a51/a52＝0.3～0.5。第一狭槽8和第二狭槽9靠近转子铁芯1的外周缘的位置不能过近，以防止出现磁饱和，此外，第一狭槽8和第二狭槽9不能向两侧延伸过大，以免使永磁极上的磁密太过集中，所以a51和a52的比值需要满足a51/a52＝0.3～0.5，才能够在避免出现磁饱和的同时，避免永磁极上的磁密太过集中，提高电机的工作性能。

永磁极包括两个第一空气槽4时，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的平面内，两个第一空气槽4的径向外侧远离交替极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a82，位于交替极两侧的两个第二狭槽9的径向外侧靠近交替极中心线的端点与转子铁芯1的中心的连线所形成的夹角为a53，其中a82/a53＝0.1～0.25。设置该角度可以保证第一空气槽4和第二狭槽9间的交替极磁轭具有一定的周向宽度，不会过大或过小，无论a82过大或a53过小，均会降低交替极磁轭上的周向宽度，增大磁阻，影响从永磁极上发出的磁力线穿过交替极磁轭通过转子铁芯闭合，而a82过小或a53过大，则不能充分、有效的改善磁密分布，从而达到降低转矩波动的目的。

根据本申请的实施例，交替极电机包括转子组件和定子组件，该转子组件为上述的转子组件。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。