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磁钢槽，相邻两个所述磁钢槽之间的转子磁极上设置有2N个隔磁孔，2N个所述隔磁孔对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧，N为正整数；

所述隔磁孔为与所述转子本体同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与所述转子本体同心设置的弧形面。

优选地，上述转子铁芯中，多个所述隔磁孔的同一部位距离所述转子本体圆心的距离相同。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的外侧孔壁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；

2.5≥A/D≥1.3。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔靠近所述磁钢槽的孔端壁与所述磁钢槽的磁钢中心线之间的角度为B，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为C；

0.35≥B/C≥0.25。

优选地，上述转子铁芯中，0.32≥B/C≥0.3。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的孔端壁沿所述转子本体的径向设置。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔圆周方向的弧度为E，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为C；

0.2≥E/C≥0.1。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为F，所述隔磁孔的外侧孔壁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；

1.3≥F/A≥0.6。

优选地，上述转子铁芯中，还包括设置于所述隔磁孔与所述转子本体外壁之间的铁芯实体部分的辅助孔；

所述辅助孔的数量与所述隔磁孔的数量相同且对称设置于所述转子磁极的磁极中心线两侧；

所述辅助孔与与其对应的所述隔磁孔成层叠布置，所述辅助孔与所述隔磁孔之间形成第二隔磁桥。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔为与所述转子本体同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与所述转子本体同心设置的弧形面。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔的外侧孔壁到所述转子本体外壁之间形成第三隔磁桥，所述第三隔磁桥的宽度为H，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

1.1≥H/D≥0.7。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为K，所述隔磁孔的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为F；

0.5≥K/F≥0.3。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔在所述转子本体径向上的厚度小于所述隔磁孔在所述转子本体径向上的厚度。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔靠近所述磁钢槽的孔端壁与所述磁钢槽的磁钢中心线之间的角度为I，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为C；

0.4≥I/C≥0.35。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔的孔端壁沿所述转子本体的径向设置。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔圆周方向的弧度为J，所述隔磁孔圆周方向的弧度为E；

0.6≥J/E≥0.3。

优选地，上述转子铁芯中，所述辅助孔靠近所述磁钢槽的孔端壁与所述磁钢槽的磁钢中心线之间的角度为I，所述隔磁孔靠近所述磁钢槽的侧孔壁与所述磁钢槽的磁钢中心线之间的角度为B；所述隔磁孔末端与永磁体中心线夹角为B；I大于B。

优选地，上述转子铁芯中，所述转子磁极中两个相互对称设置的所述辅助孔之间的最小距离小于两个对称设置的所述隔磁孔之间的最小距离。

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磁钢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，通过在相邻两个磁钢槽之间的转子磁极上设置2N个隔磁孔，使得2N个隔磁孔对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；并且，隔磁孔为与转子本体同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与转子本体同心设置的弧形面。使得隔磁孔在转子本体径向方向上的宽度一致。通过在转子磁极上开设上述隔磁孔，可以有效气隙磁场，提高了气隙磁密及反电势波形正弦度，降低了谐波占比，进而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转子铁芯的切向电机转子及切向电机。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及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转子铁芯的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的转子铁芯的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电机的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的反电势谐波占比与B/C的关系示意图；

图5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E/C的关系图；

图6为本实用新型实施例提供的切向电机的气息磁场谐波总含量与J/E的关系图。

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、图2及图3，本实用新型实施例提供了一种转子铁芯，包括转子本体1、隔磁孔2及磁钢槽3。其中，磁钢槽3设置于转子本体1上，隔磁孔2设置于相邻两个磁钢槽3之间的转子磁极上，并且，隔磁孔2的数量为2N个，其中，N为正整数；2N个隔磁孔2对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。其中，隔磁孔2为与转子本体1同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与转子本体1同心设置的弧形面。

本实用新型实施例提供的转子铁芯，通过在相邻两个磁钢槽3之间的转子磁极上设置2N个隔磁孔2，使得2N个隔磁孔2对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；并且，隔磁孔2为与转子本体1同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与转子本体1同心设置的弧形面。使得隔磁孔2在转子本体1径向方向上的宽度一致。通过在转子磁极上开设上述隔磁孔2，可以有效气隙磁场，提高了气隙磁密及反电势波形正弦度，降低了谐波占比，进而降低了电机的振动噪声。

可以理解的是，在本实施例中，磁钢槽3的数量大于或等于4的偶数，永磁体位于磁钢槽3内，相邻的两个永磁体具有相同的极性相对设置。隔磁孔2的外侧孔壁为条形孔靠近转子本体1外侧的孔壁；隔磁孔2的内侧孔壁为条形孔靠近转子本体1圆心的孔壁。

在本实施例中，N为1，即，每个转子磁极上均具有两个隔磁孔2，两个隔磁孔2对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。

进一步地，多个隔磁孔2的同一部位距离转子本体1圆心的距离相同。即，多个隔磁孔2的外侧孔壁位于同一个同心圆上，该同心圆的圆心与转子本体1的圆心重合；多个隔磁孔2的内侧孔壁位于同一个同心圆上，该同心圆的圆心与转子本体1的圆心重合。也可以设置为其他结构，如一部分隔磁孔2的同一部位距离转子本体1圆心的距离相同，距离为L1；另一部分隔磁孔2的同一部位距离转子本体1圆心的距离相同，距离为L2，但L1不等于L2。

优选地，隔磁孔2的外侧孔壁到转子本体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5配合的气隙长度为D。通过仿真研究发现，隔磁孔2到转子本体1外壁的距离与气隙长度的比值对反电势谐波占比影响较大。当A/D≥1.3时，使得隔磁孔2与转子本体1外壁之间留有一段距离，即转子本体1外壁处留有第一隔磁桥，该第一隔磁桥的存在，使得一小部分磁通经此隔磁桥传递给定子5，改善气隙磁场，提高气隙磁密波形正弦度，降低气隙磁密、反电势谐波占比，进而降低电机振动噪声；但是，当A/D＞2.5后，第一隔磁桥的宽度过大，使得过多的磁通经此第一隔磁桥传递给定子5，定子5齿位置的气隙磁密过度集中，气隙磁密波形畸变，谐波占比增大，谐波损耗增加，电机效率下降。因此，优选地，2.5≥A/D≥1.3。

如图1、图2及图4所示，隔磁孔2靠近磁钢槽3的孔端壁与磁钢槽3的磁钢中心线之间的角度为B，转子铁芯的单个磁极所占角度为C；经过仿真研究发现，隔磁孔2靠近磁钢槽3的孔端壁与磁钢槽3的磁钢中心线之间的角度B与单个磁极所占角度为C的比值对反电势谐波占比影响较大。即，隔磁孔2距离磁钢槽3的位置对谐波占比影响大。当B/C≥0.25时，隔磁孔2与磁钢槽3留有一定的间隙，使得一部分磁通沿此间隙传递，由于隔磁孔2内为空气，隔磁孔2的磁导小，从隔磁孔2位置传递的磁通少，改变磁极内磁通走向，从而改变沿定子表面气隙磁密的波形形状，使其更接近正弦波，降低气隙磁密、反电势谐波占比，降低电机振动噪声。但当B/C＞0.35时，隔磁孔2与磁钢槽3之间留有的间隙过大，沿此间隙传递的磁通过多，导致该位置处磁极表面磁密过大，气隙磁密波形畸变严重，谐波占比增大，谐波损耗增大，电机效率下降，电机振动噪声加大。因此，优选地，0.35≥B/C≥0.25。

其中，隔磁孔2的孔端壁为连接隔磁孔2的外侧孔壁及隔磁孔2的内侧孔壁的孔壁。为了进一步降低谐波占比，0.32≥B/C≥0.3。经仿真研究发现，当B/C的比值设置在0.3与0.32之间时，从隔磁孔与磁钢槽之间的间隙传递的磁通量最优，隔磁孔阻隔的磁通量最优，磁路气隙磁导的均匀性最优，气隙磁密的波形畸变率最小，谐波占比最小，电机振动噪声最小。如图4所示，在此条件下，本实施例提供的电机的谐波占比小于10％。

为了便于加工及进一步确保隔磁孔2各个位置在转子本体1径向方向上的宽度一致，隔磁孔2的孔端壁沿转子本体1的径向设置。

优选地，隔磁孔2圆周方向的弧度为E，转子铁芯的单个磁极所占角度为C；经过研究发现，隔磁孔2在圆周方向的弧度与单个磁极所占角度的比值对谐波占比有较大影响。如图5所示，当E/C≥0.1时，隔磁孔2的弧度较大，隔磁孔2内为空气，使得隔磁孔2的磁阻较大，改变了磁极内磁通走向；并且，隔磁孔靠近气隙(转子与定子之间的间隙)，改善了气隙磁场分布，进而改善了气隙磁密的波形，降低了谐波占比，降低了反电势谐波占比，降低谐波损耗，进而有效提高了电机效率，降低了电机振动噪声。但是，当E/C＞0.2时，隔磁孔2长度过长，使得两个隔磁孔2之间导磁的实体部分较少，容易导致内部永磁体产生的磁力线进入定子的难度变大，电机的空载磁链下降，使得电机效率降低。因此，优选地，0.2≥E/C≥0.1。

如图1所示，隔磁孔2的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为F，隔磁孔2的外侧孔壁到转子本体1外壁之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的宽度为A。经过研究发现，隔磁孔2的宽度为F与第一隔磁桥的宽度A(隔磁孔2到转子本体1外壁的距离)的比值对谐波占比有较大影响，隔磁孔2的宽度F越大，隔磁孔2的磁阻越大，当F/A≥0.6时，隔磁孔2位置的磁阻较大，减少了通过该隔磁孔2处的磁通，改善了气隙磁场的分布，气隙磁密波形正弦度提高，谐波占比降低，反电势谐波占比降低，电机振动噪声降低。但是，当F/A＞1.3后，该隔磁孔2位置的磁阻过大，通过该隔磁孔2处的磁通过少，气隙磁密波形畸变率提高，气隙磁密、反电势谐波占比增大，振动噪声增加，同时，隔磁孔2的宽度F过大，磁极的导磁面积变小，电机输出转矩变小，并且，该处的机械强度不高。因此，优选地，1.3≥F/A≥0.6。

本实用新型实施例提供的转子铁芯，还包括设置于隔磁孔2与转子本体1外壁之间的铁芯实体部分的辅助孔4；辅助孔4的数量与隔磁孔2的数量相同且对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧；辅助孔4与与其对应的隔磁孔2成层叠布置，辅助孔4与隔磁孔2之间形成第二隔磁桥。通过上述设置，进一步引导磁极内的磁通走向，优化了气隙磁密波形，降低气隙磁密、反电势谐波占比，降低电机振动噪声，降低谐波损耗，提高电机效率。

优选地，辅助孔4为与转子本体1同心布置的条形孔，其外侧孔壁与其内侧孔壁均为与转子本体1同心设置的弧形面。

在本实施例中，辅助孔4的外侧孔壁到转子本体1外壁之间形成第三隔磁桥，第三隔磁桥的宽度为H，转子铁芯用于与定子5配合的气隙长度为D。通过仿真研究发现，第三隔磁桥的宽度为H与转子铁芯用于与定子5配合的气隙长度为D的比值对谐波占比有较大的影响，当H/D≥0.7时，辅助孔4与转子本体1外壁之间保留有第三隔磁桥，允许一小部分磁通从第三隔磁桥传递，辅助孔4进一步限制了磁通从磁极中部传递，从而改善转子表面气隙磁密波形，降低谐波占比；但是，当H/D＞1.1时，通过第三隔磁桥的磁通变多，磁极中部表面对应的气隙磁密过密，气隙磁密波形畸变率提高，谐波占比加大，电机振动噪声加大。因此，优选地，1.1≥H/D≥0.7。

优选地，辅助孔4的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为K，隔磁孔2的外侧孔壁与其内侧孔壁之间的宽度为F；仿真研究发现，辅助孔4宽度与隔磁孔2宽度的比值对谐波占比影响较大。当K/F≥0.3时，隔磁孔2的外侧再开孔(辅助孔4)，辅助孔4的宽度增加，进一步限制磁通沿磁极中部传递，进一步改善转子表面气隙磁密的波形，降低谐波占比，降低振动噪声；但是，当K/F＞0.5时，辅助孔4的宽度过宽，辅助孔4对应的转子磁极表面气隙磁密过低，波形畸变严重，谐波占比增大，谐波损耗增加，铁损增大，电机效率下降，电机振动噪声加大。因此，本实施例中的转子铁芯中，0.5≥K/F≥0.3。

由于辅助孔4及隔磁孔2均为条形孔，且条形孔的外侧孔壁与其内侧孔壁均为与转子本体1同心设置的弧形面，因此，辅助孔4在转子本体1径向上的厚度及隔磁孔2在转子本体1径向上的厚度均为定值。优选地，辅助孔4在转子本体1径向上的厚度小于隔磁孔2在转子本体1径向上的厚度。

优选地，辅助孔4靠近磁钢槽3的孔端壁与磁钢槽3的磁钢中心线之间的角度为I，转子铁芯的单个磁极所占角度为C；经过仿真研究发现，辅助孔4的孔端壁与磁钢中心线之间的角度与单个磁极所占角度为C的比值对谐波占比有较大影响。当I/C≥0.35时，辅助孔4与磁钢槽3之间留有间隙，进一步限制磁通的走向，使磁通沿磁极两侧传递的多，沿磁极中部传递的少，改善了气隙磁密波形，降低谐波占比。但是，当I/C＞0.4时，辅助孔4与磁钢槽3之间的间隙过大，磁极两侧对应的气隙磁密高，磁极中部对应的气隙磁密低，造成气隙磁密突变，气隙磁密波形畸变严重，谐波占比增大，转矩脉动增大，电机振动噪声增大。因此，在本实施例中，0.4≥I/C≥0.35。

优选地，辅助孔4的孔端壁沿转子本体1的径向设置。通过上述设置，便于辅助孔4的加工；并且，进一步确保隔磁孔2各个位置在转子本体1径向方向上的宽度一致。

辅助孔4圆周方向的弧度为J，隔磁孔2圆周方向的弧度为E；经由仿真研究发现，辅助孔4的弧度与隔磁孔2的弧度的比值对谐波占比有较大影响。辅助孔4的弧度影响磁极内磁极两侧及磁极中部的磁通走向，进而影响转子表面各处的气隙磁密大小。如图6所示，当0.6≥J/E≥0.3时，气隙磁场分布最优，气隙磁密波形正弦度最好，气隙磁密、反电势谐波占比最低，振动噪声最低，电机铁损最低，电机效率最高。

为了得到更优地改善气隙磁场分布效果，辅助孔4靠近磁钢槽3的孔端壁与磁钢槽3的磁钢中心线之间的角度为I，隔磁孔2靠近磁钢槽3的侧孔壁与磁钢槽3的磁钢中心线之间的角度为B；隔磁孔2末端与永磁体中心线夹角为B；I大于B。

并且，转子磁极中两个相互对称设置的辅助孔4之间的最小距离小于两个对称设置的隔磁孔2之间的最小距离。在本实施例中，每个转子磁极上辅助孔4与隔磁孔2的数量均为两个，且对称设置于转子磁极的磁极中心线两侧。

由于I大于B，转子磁极中两个相互对称设置的辅助孔4之间的最小距离小于两个对称设置的隔磁孔2之间的最小距离，并且，辅助孔4在转子本体1径向上的厚度小于隔磁孔2在转子本体1径向上的厚度，使得每个转子磁极上的隔磁孔2和辅助孔4组成形成一个大的上窄下宽的梯形隔磁孔组合结构，并且，永磁体内部的磁力线可以较为容易的通过隔磁孔2和辅助孔4，产生更大的永磁体磁链。

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磁钢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6及定子5，切向电机转子6为如上所述的切向电机转子。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。