一种内置式永磁电机的转子结构的制作方法

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种内置式永磁电机的转子结构。

背景技术：

内置式永磁电机也简称ipm电机，由于其交直轴磁路不对称，因此存在磁阻扭矩，使其具有在相同体积下出力更大，功率密度高的突出特点，另外永磁体内置于铁芯内部，因此转速可以做高，气隙可以适当做小，但是ipm电机不如表贴式永磁电机那样，更容易通过优化永磁体外型等手段使气隙磁密正弦化。

传统内置式永磁电机中永磁体及其对应嵌插的永磁体槽中均为矩形，随空间排布位置的不同一般常见的有一字型和v字型等拓扑结构。例如有公开号为cn105099026a的中国发明专利申请公开了一种内嵌式永磁电机的虚槽转子，其提出了一种转子表面开凹槽削弱齿槽转矩的方法，其转子冲片上均匀分布有偶数个轴向贯通的磁钢槽，各磁钢槽内分别嵌装有磁钢，各磁钢按n极s极间隔设置，转子铁芯每个转子极在冲片外圆部位分别设有至少两个凹槽，其起到了改变齿槽转矩及转矩脉动的作用，但是，其不能有效削弱气隙磁通密度中的低次谐波，且定子谐波损耗依旧较大。

其它现有技术中的几种方案：如定子内圆、转子外圆偏心等优化内外圆形状，开辅助槽（凹口），优化隔磁桥，减小漏磁等诸多正弦化手段，虽然各有千秋，但还是存在一定局限性和不足，例如材料利用率低，效果不显著，机械应力集中等缺点。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种内置式永磁电机的转子结构，其能够优化气隙磁密波形，使其更加正弦化，进而减小转矩波动，降低振动噪声，减小损耗，最终使电机性能得到提升。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内置式永磁电机的转子结构，包括转子铁芯，所述的转子铁芯的中心开设有中心孔，所述的转子铁芯的外边缘绕所述的中心孔圆周均匀开设有多个磁钢槽，所述的磁钢槽的中心与所述的中心孔的中心构成一中轴线，所述的磁钢槽的外边缘或内边缘具有一向所述的中心孔方向弯曲的弧形部，所述的弧形部关于所述的中轴线对称分布。

所述的磁钢槽由用于容纳永磁体的放置区域和设置在所述的放置区域两端的隔磁区域组成，两个所述的隔磁区域关于所述的中轴线对称分布，且分别与所述的放置区域相连通。该结构中，放置区域用于放置永磁体，隔磁区域一方面利于灌胶固定，另一方面能打断了永磁体内侧的漏磁回路，大幅降低漏磁，大幅提高了永磁体的利用率。

所述的放置区域具有所述的弧形部、第一直线部和两个隔挡部，所述的弧形部位于所述的放置区域的外边缘，所述的第一直线部位于所述的放置区域的内边缘，且所述的第一直线部关于所述的中轴线对称分布，两个所述的隔挡部的一端分别垂直连接在所述的第一直线部的两端，两个所述的隔挡部的另一端分别与所述的隔磁区域相连接，所述的弧形部的两端也分别与对应所述的隔磁区域相连接，每个所述的隔挡部与对应所述的弧形部的端部之间构成隔挡轴线，所述的弧形部、两条所述的隔挡轴线和所述的第一直线部之间围设成所述的放置区域。该结构中，两个隔挡部与第一直线部之间为垂直设置，两者之间形成永磁体挡台，用于永磁体定位，同时在安装完成后也能防止永磁体移位，隔挡部与对应弧形部的端部之间构成一隔挡轴线，该隔挡轴线为直线设置，且与永磁体的外轮廓相适配，便于永磁体安装。

所述的第一直线部与所述的隔挡部之间通过偏心弧部相连接，所述的偏心弧部朝远离所述的中心孔方向弯曲。由于转子铁芯由多片冲片叠加而成，在组装的过程中，冲片与冲片之前可能会发生稍许错位的现象，偏心弧部的设置则为永磁体的装配留有余量，便于永磁体安装到放置区域中。

每个所述的隔磁区域具有依次连接的连接部、第二直线部和过渡部，所述的连接部的一端与所述的弧形部相连接，所述的过渡部的一端与所述的隔挡部相连接，所述的连接部、所述的第二直线部、所述的过渡部和所述的隔挡轴线之间围设成所述的隔磁区域。该结构中，隔磁区域由连接部、第二直线部、过渡部和隔挡轴线围设而成，且与放置区域相连通，这样提高永磁转子的机械强度，还不与永磁体产生干涉，此外还能大幅降低漏磁，提高了永磁体的利用率。

所述的连接部为直线段或弧线段，且所述的连接部与所述的第二直线部之间为圆弧过渡，所述的过渡部为直线段或弧线段，且所述的过渡部与所述的隔挡部之间为圆弧过渡。其好处在于便于加工制作。

所述的弧形部开设在所述的磁钢槽的外边缘，所述的磁钢槽的内边缘具有一向所述的中心孔弯曲的圆弧部，所述的圆弧部与所述的中心孔同心设置，所述的圆弧部与所述的弧形部之间通过两个第三直线部相连接，两个所述的第三直线部的走向与所述的转子铁芯的径向方向相同。该结构中，磁钢槽的内边缘也呈弧形状结构，能进一步优化气隙磁通密度的波形，使得气隙磁通密度的波形逼近正弦波，从而提高整体性能，第三直线部的走向与转子铁芯的径向方向相同，这样能控制相邻磁钢槽之间的距离，以增强整体强度。

所述的转子铁芯在相邻两个所述的磁钢槽之间构成隔磁桥。该结构中，由于隔磁桥处的磁阻小于永磁体部分的磁阻，退磁磁通将有大部分通过隔磁桥，改变了退磁磁场的磁势流通方向，作用在永磁体上的退磁磁势明显减小，有效提高了电机的抗退磁能力。

所述的弧形部的圆心位于所述的转子铁芯上，且与所述的中心孔的圆心不同，所述的弧形部所对应的圆心角的度数为25°-60°。

所述的转子铁芯的外边缘由多个相同的曲面沿所述的转子铁芯的圆周方向连接而成，每个所述的曲面包括弧线段和对称分布在所述的弧线段两端的直线段，所述的弧线段关于所述的中轴线对称分布，且所述的弧线段所对应的圆心角的度数为17°-40°。该结构中，通过将转子铁芯的外边缘设置为多个依次首尾相连的曲面，替代现有的单段圆弧形状，有利于减小具有本转子结构的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩，而且，通过优化曲面，将曲面分为弧线段和两段直线段，并且改变弧线段所对应的圆心角的角度，能够使电机的气隙磁通分布形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

与现有技术相比，本发明的优点在于：磁钢槽的外边缘具有一向所述的中心孔方向弯曲的弧形部，这种转子结构可利用更多的调节变量以精确优化气隙磁通密度的波形，使得气隙磁通密度的波形逼近正弦波，进而能够大幅度地削弱齿槽转矩和纹波转矩，降低永磁电机的电磁振动噪声，同时可以降低永磁电机的杂散损耗，提高永磁电机的转矩密度和运行效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一的平面结构示意图；

图3为本发明图2中a处的局部放大示意图；

图4为本发明实施例二的立体结构示意图；

图5为本发明实施例二的平面结构示意图；

图6为应用实施例二中的内置式永磁电机的转子结构的电机的气隙磁密波形图；

图7为现有内置式永磁电机的气隙磁密波形图；

图8为应用实施例二中的内置式永磁电机的转子结构的电机与现有内置式永磁电机的齿槽转矩波形比较图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例一：如图所示，一种内置式永磁电机的转子结构，包括转子铁芯1，转子铁芯1的中心开设有中心孔2，转子铁芯1的外边缘绕中心孔2圆周均匀开设有多个磁钢槽3，磁钢槽3的中心与中心孔2的中心构成一中轴线21，磁钢槽3的外边缘或内边缘具有一向中心孔2方向弯曲的弧形部41，弧形部41关于中轴线21对称分布。

磁钢槽3由用于容纳永磁体的放置区域4和设置在放置区域4两端的隔磁区域5组成，两个隔磁区域5关于中轴线21对称分布，且分别与放置区域4相连通。该结构中，放置区域4用于放置永磁体，隔磁区域5一方面利于灌胶固定，另一方面能打断了永磁体内侧的漏磁回路，大幅降低漏磁，大幅提高了永磁体的利用率。

放置区域4具有弧形部41、第一直线部42和两个隔挡部43，弧形部41位于放置区域4的外边缘，第一直线部42位于放置区域4的内边缘，且第一直线部42关于中轴线21对称分布，两个隔挡部43的一端分别垂直连接在第一直线部42的两端，两个隔挡部43的另一端分别与隔磁区域5相连接，弧形部41的两端也分别与对应隔磁区域5相连接，每个隔挡部43与对应弧形部41的端部之间构成隔挡轴线44，弧形部41、两条隔挡轴线44和第一直线部42之间围设成放置区域4。该结构中，两个隔挡部43与第一直线部42之间为垂直设置，两者之间形成永磁体挡台，用于永磁体定位，同时在安装完成后也能防止永磁体移位，隔挡部43与对应弧形部41的端部之间构成一隔挡轴线44，该隔挡轴线44为直线设置，且与永磁体的外轮廓相适配，便于永磁体安装。

第一直线部42与隔挡部43之间通过偏心弧部45相连接，偏心弧部45朝远离中心孔2方向弯曲。由于转子铁芯1由多片冲片叠加而成，在组装的过程中，冲片与冲片之前可能会发生稍许错位的现象，偏心弧部45的设置则为永磁体的装配留有余量，便于永磁体安装到放置区域4中。

每个隔磁区域5具有依次连接的连接部51、第二直线部52和过渡部53，连接部51的一端与弧形部41相连接，过渡部53的一端与隔挡部43相连接，连接部51、第二直线部52、过渡部53和隔挡轴线44之间围设成隔磁区域5。该结构中，隔磁区域5由连接部51、第二直线部52、过渡部53和隔挡轴线44围设而成，且与放置区域4相连通，这样提高永磁转子的机械强度，还不与永磁体产生干涉，此外还能大幅降低漏磁，提高了永磁体的利用率。

连接部51为直线段62或弧线段61，且连接部51与第二直线部52之间为圆弧过渡，过渡部53为直线段62或弧线段61，且过渡部53与隔挡部43之间为圆弧过渡。其好处在于便于加工制作。

转子铁芯1在相邻两个磁钢槽3之间构成隔磁桥11。该结构中，由于隔磁桥11处的磁阻小于永磁体部分的磁阻，退磁磁通将有大部分通过隔磁桥11，改变了退磁磁场的磁势流通方向，作用在永磁体上的退磁磁势明显减小，有效提高了电机的抗退磁能力。

弧形部41的圆心位于转子铁芯1上，且与中心孔2的圆心不同，弧形部41所对应的圆心角的度数为25°-60°。

转子铁芯1的外边缘由多个相同的曲面6沿转子铁芯1的圆周方向连接而成，每个曲面6包括弧线段61和对称分布在弧线段61两端的直线段62，弧线段61关于中轴线21对称分布，且弧线段61所对应的圆心角的度数为17°-40°。该结构中，通过将转子铁芯1的外边缘设置为多个依次首尾相连的曲面6，替代现有的单段圆弧形状，有利于减小具有本转子结构的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩，而且，通过优化曲面6，将曲面6分为弧线段61和两段直线段62，并且改变弧线段61所对应的圆心角的角度，能够使电机的气隙磁通分布形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

实施例二：如图所示，一种内置式永磁电机的转子结构，包括转子铁芯1，转子铁芯1的中心开设有中心孔2，转子铁芯1的外边缘绕中心孔2圆周均匀开设有多个磁钢槽3，磁钢槽3的中心与中心孔2的中心构成一中轴线21，磁钢槽3的外边缘或内边缘具有一向中心孔2方向弯曲的弧形部41，弧形部41关于中轴线21对称分布。

弧形部41开设在磁钢槽3的外边缘，磁钢槽3的内边缘具有一向中心孔2弯曲的圆弧部31，圆弧部31与中心孔2同心设置，圆弧部31与弧形部41之间通过两个第三直线部32相连接，两个第三直线部32的走向与转子铁芯1的径向方向相同。该结构中，磁钢槽3的内边缘也呈弧形状结构，能进一步优化气隙磁通密度的波形，使得气隙磁通密度的波形逼近正弦波，从而提高整体性能，第三直线部32的走向与转子铁芯1的径向方向相同，这样能控制相邻磁钢槽3之间的距离，以增强整体强度。

转子铁芯1在相邻两个磁钢槽3之间构成隔磁桥11。该结构中，由于隔磁桥11处的磁阻小于永磁体部分的磁阻，退磁磁通将有大部分通过隔磁桥11，改变了退磁磁场的磁势流通方向，作用在永磁体上的退磁磁势明显减小，有效提高了电机的抗退磁能力。

弧形部41的圆心位于转子铁芯1上，且与中心孔2的圆心不同，弧形部41所对应的圆心角的度数为25°-60°。

转子铁芯1的外边缘由多个相同的曲面6沿转子铁芯1的圆周方向连接而成，每个曲面6包括弧线段61和对称分布在弧线段61两端的直线段62，弧线段61关于中轴线21对称分布，且弧线段61所对应的圆心角的度数为17°-40°。该结构中，通过将转子铁芯1的外边缘设置为多个依次首尾相连的曲面6，替代现有的单段圆弧形状，有利于减小具有本转子结构的电机的平均气隙，提高电机输出扭矩，而且，通过优化曲面6，将曲面6分为弧线段61和两段直线段62，并且改变弧线段61所对应的圆心角的角度，能够使电机的气隙磁通分布形成近似正弦波的形状，从而有利于进一步增大电机的输出扭矩，降低电机的反电动势畸变率和齿槽扭矩。

图6给出了采用本实施例的内置式永磁电机的转子结构的电机的气隙磁通密度的波形图，对比图6和图7，可以看出，现有的内置式永磁电机的气隙磁通密度的正弦度较差，而采用本实施例的内置式永磁电机的转子结构的电机的气隙磁通密度的波形已接近标准的正弦波。图8给出了现有的内置式永磁电机的齿槽转矩与采用本实施例的内置式永磁电机的转子结构的电机的齿槽转矩的波形对比图，从图8中可以看出，采用本实施例的内置式永磁电机的转子结构可使齿槽转矩大幅降低。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。