切向电机、切向电机转子及其转子铁芯的制作方法

本实用新型涉及电机设备技术领域，特别涉及一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯。

背景技术：

由于切向永磁同步电机具有“聚磁”的效果，与径向永磁同步电机相比，能产生更高的气隙磁密，使得电机具有体积小，重量轻，转矩大，功率密度大，电机效率高及动态性能好等优点，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引等工业领域及家电行业。

目前，切向永磁同步电机的气隙磁密及反电势含有各类空间谐波，由于切向永磁同步电机的定子上开槽，使得磁路磁导不均匀，气隙磁密、反电势含有各类空间谐波，且谐波占比大，各类谐波相互作用产生低阶力波，加大电机的振动噪声。波形正弦度较差，波形畸变率高，使得电机的振动及噪声较大，影响用户的使用健康，限制了电机的应用推广。

因此，如何降低电机的振动噪音，是本技术领域人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种转子铁芯，以降低电机的振动噪音。本实用新型还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种转子铁芯，包括转子本体及设置于所述转子本体上的永磁体槽，相邻两个所述永磁体槽之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔、2N个隔磁孔及2M个辅助孔，2N个所述隔磁孔及2M个所述辅助孔分别对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧，所述隔磁孔位于所述固定孔的外侧，所述辅助孔与所述永磁体槽连通；

所述隔磁孔及所述辅助孔的宽度沿所述转子本体的圆心向其外侧的方向增加；并且，靠近磁极中心线的两个所述隔磁孔之间的磁极实体部分的宽度沿所述转子本体的外侧向其圆心方向增加。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔靠近所述转子本体外侧的外侧孔面到所述转子本体外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为A，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

1.6≥A/D≥1.1。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔的长度为J，所述永磁体槽的磁钢长度为G；

0.35≥J/G≥0.1。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔朝向所述转子本体外侧的外侧孔面的宽度为K，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

5≥K/D≥1.5。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔朝向所述转子本体圆心的一端与所述永磁体槽连通；

所述辅助孔朝向所述永磁体槽的侧壁与所述永磁体槽之间具有第二隔磁桥。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔与所述永磁体槽连通部位的宽度为P，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

2≥P/D≥0.5。

优选地，上述转子铁芯中，所述第二隔磁桥的宽度沿所述转子本体的圆心向其外侧的方向增加。

优选地，上述转子铁芯中，所述第二隔磁桥靠近所述转子本体的外侧的两个端点之间的距离为T，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

4.5≥T/D≥2.5。

优选地，上述转子铁芯中，电机的磁极对数为P，所述辅助孔朝向所述转子本体外侧的外侧孔面的宽度为H，所述辅助孔与与其连通的所述永磁体槽的中心线最大夹角为θ2，所述永磁体槽具有朝向所述转子本体外侧设置的开口，所述开口的宽度为L，所述开口相对于所述永磁体槽的中心线对称设置，所述开口的一侧边缘与所述永磁体槽的中心线之间的夹角为θ1；

本实用新型还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其永磁体槽内的切向磁化永磁体，所述转子铁芯为如上述任一项所述的转子铁芯。

本实用新型还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，所述切向电机转子为如上所述的切向电机转子。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的转子铁芯，隔磁孔的宽度沿转子本体的圆心向其外侧的方向增加，靠近磁极中心线的两个隔磁孔之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体的外侧向其圆心方向增加，使得两个隔磁孔之间的磁极实体部分由转子本体的外侧向固定孔的方向变宽，有效确保了固定孔的位置避让开隔磁孔，确保了转子本体的转子磁极上开设固定孔及隔磁孔后的机械强度；并且，由于隔磁孔及辅助孔内为空气，空气的磁导率小于转子铁芯材料(转子本体的实体部分)的磁导率。通过开设隔磁孔及辅助孔，可以改变转子磁极内的磁通走向，辅助孔与永磁体槽连通，方便了固定孔、隔磁孔及辅助孔的布置，并且，辅助孔开设的位置及形状进一步限制磁通的走向，进而改善气隙磁场的分布，使得气隙磁密的波形正弦度更好，降低气隙磁密、反电势的谐波占比，有效降低了电机的振动噪声。

本实用新型还提供了一种具有上述切向电机转子的电机。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的电机及电机的也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的切向电机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的切向电机转子的第一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的切向电机转子的第二种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的定子的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的切向电机的转矩脉动系数与A/D的关系图；

图6为本实用新型实施例提供的切向电机的反电势谐波占比及空载磁链与J/G的关系图；

图7为本实用新型实施例提供的切向电机与现有技术中的一种切向电机的转矩脉动对比图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种转子铁芯，以降低电机的振动噪音。本实用新型还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型实施例提供了一种转子铁芯，包括转子本体1及设置于转子本体1上的永磁体槽2，相邻两个永磁体槽2之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔11、2N个隔磁孔12及2M个辅助孔13，2N个隔磁孔12及2M个辅助孔13分别对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。即，2N个隔磁孔12对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧，并且，2M个辅助孔13对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。隔磁孔12位于固定孔11的外侧，辅助孔13与永磁体槽2连通；隔磁孔12及辅助孔13的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加。并且，靠近磁极中心线的两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向增加。

本实用新型实施例提供的转子铁芯，隔磁孔12的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加，靠近磁极中心线的两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向增加，使得两个隔磁孔12之间的磁极实体部分由转子本体1的外侧向固定孔11的方向变宽，有效确保了固定孔11的位置避让开隔磁孔12，确保了转子本体1的转子磁极上开设固定孔11及隔磁孔12后的机械强度；并且，由于隔磁孔12及辅助孔13内为空气，空气的磁导率小于转子铁芯材料(转子本体1的实体部分)的磁导率。通过开设隔磁孔12及辅助孔13，可以改变转子磁极内的磁通走向，辅助孔13与永磁体槽2连通，方便了固定孔11、隔磁孔12及辅助孔13的布置，并且，辅助孔13开设的位置及形状进一步限制磁通的走向，进而改善气隙磁场的分布，使得气隙磁密的波形正弦度更好，降低气隙磁密、反电势的谐波占比，有效降低了电机的振动噪声。

可以理解的是，两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两侧之间的距离。隔磁孔12的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两端孔壁之间的距离。其中，固定孔11内设置有固定件。当固定孔11为铆钉孔时，固定件即为铆钉；当固定孔11为螺钉孔时，螺钉孔中插入连接转子冲片的结构加强杆。也可以将固定孔11设置为其他类型的孔，如螺纹孔、棱柱孔或椭圆孔等。

进一步地，辅助孔13靠近转子本体1外侧的外侧孔面到转子本体1外壁之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的宽度为A，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过仿真研究发现，辅助孔13的存在及厚度对反电势谐波影响较大。若没有第一隔磁桥，即辅助孔13贯穿转子本体1的外侧壁，与气隙接触，使得该处的气隙长度加长，气隙磁导减小，气隙磁场分布不均，气隙磁密波形畸变，气隙磁密、反电势谐波占比增加，电机的振动噪声加大。当具有第一隔磁桥时，该第一隔磁桥靠近转子本体1的外侧，靠近气隙，能够有效改善气隙磁场分布。如图5所示，当A/D≥1时，允许一小部分磁通通过第一隔磁桥传递，较好的改善了磁极内磁通走向，改善电机气隙磁场的分布，降低了谐波占比，降低转矩脉动，降低电机振动噪声。但是，当A/D＞1.6时，第一隔磁桥的宽度过大，大部分磁通仍可通过第一隔磁桥向气隙传递，对气隙磁场分布的改善影响较小，谐波占比仍较大，电机的振动噪声没有降低。因此，优选地，1.6≥A/D≥1。

进一步地，辅助孔13的长度为J，永磁体槽2的磁钢长度为G。经过研究发现，辅助孔13朝转子径向方向延伸，由于辅助孔13靠近永磁体槽2，因此，辅助孔13的长度J越长，对永磁体磁通传递路径的影响越大。如图6所示，当J/G≥0.1时，辅助孔13内为空气，磁导小，使得永磁体靠近转子外圆方向的磁通更多的沿磁极中部传递，通过上述设置，能够更好地限制转子内的磁通走向，优化气隙磁场的分布，降低谐波占比及转矩脉动，因而降低了电机振动噪声。但是，当J/G＞0.35时，辅助孔13的长度J过长，辅助孔13对永磁体的磁通过多的阻隔，电机的磁链减小，电机的出力减小，电机效率下降。因此，0.35≥J/G≥0.1。

其中，辅助孔13的长度为J为辅助孔13距离转子本体1外侧的最近点与辅助孔13距离转子本体1圆心的最近点之间的距离。

优选地，辅助孔13朝向转子本体1外侧的外侧孔面的宽度为K，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过仿真研究发现，辅助孔13的宽度K对电机振动影响较大，由于辅助孔13的宽度K可以改变沿转子本体1外表面圆周方向上的气隙磁场分布，当K/D≥1.5时，辅助孔13内为空气，因此，磁导小，磁通沿辅助孔13传递的较少，沿辅助孔13与隔磁孔12之间的铁芯部分传递的增多，此时改善了磁路的磁通走向，改善气隙磁场分布，降低转矩脉动及电机振动噪音。但是，当K/D＞5时，辅助孔13与隔磁孔12之间的铁芯部分过小，磁通高度集中在此处，加大了该处的气隙磁密，转矩脉动增大，电机振动噪声加大。因此，优选地，5≥K/D≥1.5。

优选地，辅助孔13外侧沿转子圆周方向延伸，辅助孔13外侧在转子圆周方向上朝磁极中心线延伸，越靠近磁极中心线，辅助孔13外侧的宽度越宽。

优选地，辅助孔13朝向转子本体1圆心的一端与永磁体槽2连通；辅助孔13朝向永磁体槽2的侧壁与永磁体槽2之间具有第二隔磁桥。通过上述设置，辅助孔13内为空气，磁导小，因此，第二隔磁桥上磁通小，进一步优化了磁路的气隙磁导均匀性，进一步优化气隙磁场分布，降低气隙磁密、反电势谐波占比及谐波损耗，降低了振动噪声，提高了电机效率。

在本实施例中，辅助孔13外厚内薄，即，辅助孔13在转子本体1的圆周方向上，其外侧宽度大于内侧宽度。

本实施例中，辅助孔13与永磁体槽2连通部位的宽度为P，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。经过研究发现，辅助孔13与永磁体槽2连通，使得永磁体通过连通部分传递的磁通减少，当P/D≥0.5时，改变了转子磁极内的磁通路径，进而改善气隙磁场分布，降低了谐波占比及电机振动噪声。但是，当P/D＞2时，辅助孔13与永磁体槽2连通部位的宽度P过大，连通部分磁阻增大，限制了永磁体磁通的利用，永磁体的利用率降低，电机的磁链减小，继而使得电机效率下降。因此，优选地，2≥P/D≥0.5。

第二隔磁桥的宽度沿转子本体1的圆心向其外侧的方向增加。进一步降低了电机的振动噪音。

优选地，第二隔磁桥靠近转子本体1的外侧的两个端点之间的距离为T，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；4.5≥T/D≥2.5。通过上述设置，使得永磁体的一部分磁通通过第二隔磁桥传递，进一步改善气隙磁场分布，降低反电势谐波占比，降低电机振动噪声。

如图7所示，本实施例中，电机的磁极对数为P，辅助孔13朝向转子本体1外侧的外侧孔面的宽度为H，辅助孔13与与其连通的永磁体槽2的中心线最大夹角为θ2，永磁体槽2具有朝向转子本体1外侧设置的开口，开口的宽度为L，开口相对于永磁体槽2的中心线对称设置，开口的一侧边缘与永磁体槽2的中心线之间的夹角为θ1。经过仿真研究发现，辅助孔13的宽度H与永磁体槽2开口的宽度L对反电势谐波占比有较大影响。永磁体槽2面向气隙开口，增大了此处的气隙长度，辅助孔13沿转子圆周方向延伸，当时，使得转子圆周方向气隙磁导均匀过渡，提高了磁路气隙磁导的均匀性，电机的磁通传递均匀过渡，提高了气隙磁密波形正弦度，降低了电机的转矩脉动及电机振动噪声，有效提高了电机效率。因此，优选地，

本实用新型实施例还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其永磁体槽内的切向磁化永磁体，转子铁芯为如上述任一种转子铁芯。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

本实用新型实施例还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，切向电机转子为如上述切向电机转子。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。