电机转子和交替极永磁电机的制作方法

本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种电机转子和一种交替极永磁电机。

背景技术

相关技术中，采用交替极永磁电机能够减小磁铁用量，降低电机成本，但仍存在以下缺陷：

(1)由于永磁极和交替极存在的不平衡将会较大的转矩波动，从而导致电机运行中产生振动。

(2)由于交替极永磁电机的转轴端部具有单极性的漏磁，导致电机的转轴端部发生磁化，以致对整个电机系统的可靠性和安全性产生不良影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种电机转子。

本发明的又一个目的在于提供一种交替极永磁电机。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电机转子，包括：至少两段转子铁芯，能够沿轴向对应组装，每段转子铁芯上开设有轴孔以及多个磁钢槽，多个磁钢槽沿周向间隔开设，相邻的两个磁钢槽之间的间隔区域限定出交替极，在转子铁芯上每个磁钢槽远离轴孔的一侧对应开设第一组轴向通孔；多个永磁体，对应设置于多个磁钢槽中，相邻的两段转子铁芯上的永磁体的磁极方向反向设置；轴向充磁环，设置于相邻的两段转子铁芯之间，轴向充磁环的极面极性与相对的转子铁芯上永磁体的外面的极性相反；转轴，至少两段转子铁芯与轴向充磁环均同轴套设在转轴上，其中，相邻的两段转子铁芯沿周向相对旋转偏移指定角度设置。

在该技术方案中，转子铁芯由至少两个转子铁芯段沿轴向拼接形成，并两个两个相邻的转子铁芯段之间设置有轴向充磁环，一方面，通过在任意两段相邻的转子铁芯之间设置轴向充磁环，能够提升交替凸极永磁电机的输出转矩，并且能够减小转矩脉动，减少转轴端部漏磁的概率，另一方面，通过在转子铁芯上每个磁钢槽远离轴孔的一侧对应开设第一组轴向通孔，由于轴向通孔处的磁阻较大，因而磁力线会选择未设置第一组轴向通孔的区域穿过，即大部分磁力线从第一组轴向通孔的两侧穿过，从而能够减小永磁体区域的磁密度，以提升永磁体与交替极之间的磁密度分布的均匀性，在不影响电机转子旋转性能的情况下，能够有效减小转矩脉动，提升电机运行过程的稳定性。

再一方面，通过将相邻的两段转子铁芯沿轴向相对旋转偏移指定角度，并且相邻的两段转子铁芯上的永磁体的磁极方向反向设置，以使永磁体的磁通路径经过轴向充磁环闭合，进而有利于提升输出转矩。

具体地，作为一种设置方式，转子铁芯包括相邻的第一段转子铁芯与第二段转子铁芯，在第一段转子铁芯上的永磁体沿径向从内向外为s极→n极，在第二段转子铁芯上的永磁体沿径向从内向外为n极→s极。

其中，永磁体可以为钕铁硼永磁体。

另外，与表贴式电机转子相比，开设磁钢槽的嵌入式电机转子可以不采用变频器驱动。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，在每段转子铁芯上，磁钢槽的数量为k，其中，相邻的两段转子铁芯沿周向相对偏移的指定角度为360°/2k。

在该技术方案中，磁钢槽的数量为k，对应的交替凸极的数量为k，对应的永磁电机的极对数也为k，通过向相对偏移的角度确定为360°/2k，对于相邻的两段转子铁芯，第一段转子铁芯上的永磁体与第二段转子铁芯上的交替凸极沿轴向对应设置，一方面，进而能够在轴向形成一对磁极，另一方面，也能够防止不同转子铁芯上的永磁体之间的磁场互相干扰，以保证交替凸极永磁电机的正常运行。

在上述任一技术方案中，优选地，在转子铁芯上多个磁钢槽与轴孔之间还开设有第二组轴向通孔，其中，第二组轴向通孔包括多个同心设置的圆弧形孔，以将第二组轴向通孔构造为具有间隔的环形孔。

在该技术方案中，通过在磁钢槽与轴孔之间沿周向间隔分布的第二轴向通孔，能够使永磁体通过转轴端部的漏磁的磁通路径的磁阻变大，因此能够降低永磁体产生的转轴端部的漏磁。

本领域的技术人员可以理解的是，与现有技术中在第二组轴向通孔内也设置永磁体的方式相比，本申请中的第二组轴向通孔内不设置任何填充物，在能够减小转轴端部的轴向漏磁的同时，还能够降低转子铁芯的重量以及减少永磁体用量，从而有利于进一步降低转矩脉动，提升电机转子旋转过程的稳定性。

另外，通过将多个轴向通孔设置为多个同心的圆形孔，以能够围绕轴孔形成由隔离筋隔离的环形孔，进而能够提高磁通路径的中磁阻的阻值。

在上述任一技术方案中，优选地，第二组轴向通孔的数量大于或等于磁钢槽的数量。

在该技术方案中，通过限定轴向通孔的数量大于或等于磁钢槽的数量，能够进一步增加永磁体通过转轴端部的漏磁的磁通路径中的磁阻，从而能够对应地进一步降低在转轴端部产生的漏磁。

在上述任一技术方案中，优选地，第二组轴向孔中任一两个相邻的圆弧形孔之间的间隔距离为0.5mm至1mm。

在该技术方案中，通过限定任意两个相邻的圆弧形孔之间的间隔距离，该间隔距离即两个相邻的圆弧形孔之间的隔离筋沿周向的厚度，在保证连接强度的基础上，厚度越小，磁通路径的中的磁阻越大，进而对转轴端部防漏磁的效果越好。

在上述任一技术方案中，优选地，第一组轴向通孔包括沿周向依次排布的第一通孔、第二通孔与第三通孔，其中，第二通孔沿径向延伸设置的第一条形孔，并相对磁钢槽垂直设置，第一通孔与第三通孔相对于第二通孔对称设置。

在该技术方案中，可以将第一组轴向通孔的数量设置为三个，其中，中间的第二通孔沿径向延伸设置，并且两侧的两个轴向通孔相对第二通孔对称设置，从而能够降低第一组通孔对主磁路磁阻的影响，进而能够保证电机转子以及采用该电机转子的永磁电机的正常运行。

在上述任一技术方案中，优选地，第一通孔与第三通孔相对第二通孔倾斜设置；第一通孔与第三通孔被构造为第二条形孔。

在该技术方案中，通过将第一通孔与第三通孔也构设为条形孔，能够使第一通孔与第三通孔也能够沿磁力线延伸的方向设置，从而能够降低第一组通孔对磁通上磁阻的影响，以有利于提升他电机的运行性能。

在该技术方案中，通过将第一通孔与第三通孔设置为从内圈向外圈分别向第二通孔倾斜的条形孔结构，能够对磁力线的延伸起到阻碍作用，从而能够降低磁通密度，进而提升永磁体与交替极之间的磁密度分布的平衡性，以降低交替极电机的转矩脉动。

另外，第一通孔与第二通孔在端面上还可以沿磁力线延伸的方向设置，以降低由于磁力线畸变造成的转矩脉动。

在上述任一技术方案中，优选地，磁钢槽的两侧还开设有隔磁槽，隔磁槽用于填充隔磁材料。

在该技术方案中，通过在永磁体的两侧对应设置隔磁槽，一方面，能够防止永磁体产生磁通短路，另一方面，也有利于降低漏磁概率。

在上述任一技术方案中，优选地，还包括：充磁支撑环，设置于相邻的两端转子铁芯之间，充磁支撑环套设在转轴上，轴向充磁环套设在充磁支撑环上，其中充磁支撑环为绝磁环。

在该技术方案中，通过设置充磁支撑环，以通过将轴向充磁环套设在充磁支撑环上之后，将充磁支撑环套接在转轴上，与将轴向充磁环直接套设在转轴上的设置方式相比，通过充磁支撑环的绝磁特性，同样能够降低通过转轴漏磁的概率。

本发明第二方面的实施例提出了一种交替凸极永磁电机，包括：本发明第一方面实施例提出的电机转子，以及与电机转子套设组装的电机定子。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电机转子的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的电机转子侧向平面结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的电机转子的爆炸结构示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的转子铁芯的平面结构示意图。

其中，图1至图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

102第一段转子铁芯，104第二段转子铁芯，106轴孔，108磁钢槽，110第一组轴向通孔，1102第一通孔，1104第二通孔，1106第三通孔，112第二组轴向通孔，202永磁体，302轴向充磁环，402转轴，114隔磁槽，304充磁支撑环。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图4描述根据本发明一些实施例的电机转子。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例的电机转子，包括：至少两段转子铁芯，能够沿轴向对应组装，每段转子铁芯上开设有轴孔106以及多个磁钢槽108，多个磁钢槽108沿周向间隔开设，相邻的两个磁钢槽108之间间隔区域限定出交替极，在转子铁芯上每个磁钢槽108远离轴孔106的一侧对应开设第一组轴向通孔110；多个永磁体202，对应设置于多个磁钢槽108中，相邻的两段转子铁芯上的永磁体202的磁极方向反向设置；轴向充磁环302，设置于相邻的两段转子铁芯之间，轴向充磁环302的极面极性与相对的转子铁芯上永磁体202的外面的极性相反；转轴402，至少两段转子铁芯与轴向充磁环302均同轴套设在转轴402上，其中，相邻的两段转子铁芯沿周向相对旋转偏移指定角度设置。

在该实施例中，转子铁芯由至少两个转子铁芯段沿轴向拼接形成，并两个两个相邻的转子铁芯段之间设置有轴向充磁环302，一方面，通过在任意两段相邻的转子铁芯之间设置轴向充磁环302，能够提升交替凸极永磁电机的输出转矩，并且能够减小转矩脉动，减少转轴402端部漏磁的概率，另一方面，通过在转子铁芯上每个磁钢槽108远离轴孔106的一侧对应开设第一组轴向通孔110，由于轴向通孔处的磁阻较大，因而磁力线会选择未设置第一组轴向通孔110的区域穿过，即大部分磁力线从第一组轴向通孔110的两侧穿过，从而能够减小永磁体202区域的磁密度，以提升永磁体202与交替极之间的磁密度分布的均匀性，在不影响电机转子旋转性能的情况下，能够有效减小转矩脉动，提升电机运行过程的稳定性。

再一方面，通过将相邻的两段转子铁芯沿轴向相对旋转偏移指定角度，并且相邻的两段转子铁芯上的永磁体202的磁极方向反向设置，以使永磁体202的磁通路径经过轴向充磁环302闭合，进而有利于提升输出转矩。

具体地，如图1与图3所示，转子铁芯包括第一段转子铁芯102与第二段转子铁芯104，在第一段转子铁芯102上的永磁体202沿径向从内向外为s极→n极，在第二段转子铁芯104上的永磁体202沿径向从内向外为n极→s极，轴向充磁环302与第一段转子铁芯102相对的一面为s极，与第二段转子铁芯104相对的一面为n极。

其中，永磁体202可以为钕铁硼永磁体202。

另外，与表贴式电机转子相比，开设磁钢槽108的嵌入式电机转子可以不采用变频器驱动。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子还可以具有如下附加技术特征：

如图1与图2所示，在上述实施例中，优选地，在每段转子铁芯上，磁钢槽108的数量为k，其中，相邻的两段转子铁芯沿周向相对偏移的角度为360°/2k。

在该实施例中，磁钢槽108的数量为k，对应的交替凸极的数量为k，对应的永磁电机的极对数也为k，通过向相对偏移的角度确定为360°/2k，对于相邻的两段转子铁芯，第一段转子铁芯102上的永磁体202与第二段转子铁芯104上的交替凸极沿轴向对应设置，一方面，进而能够在轴向形成一对磁极，另一方面，也能够防止不同转子铁芯上的永磁体202之间的磁场互相干扰，以保证交替凸极永磁电机的正常运行。

在上述任一实施例中，优选地，在转子铁芯上多个磁钢槽108与轴孔106之间还开设有第二组轴向通孔112，其中，第二组轴向通孔112包括多个同心设置的圆弧形孔，以将第二组轴向通孔112构造为具有间隔的环形孔。

在该实施例中，通过在磁钢槽108与轴孔106之间沿周向间隔分布的第二轴向通孔，能够使永磁体202通过转轴402端部的漏磁的磁通路径的磁阻变大，因此能够降低永磁体202产生的转轴402端部的漏磁。

本领域的技术人员可以理解的是，与现有技术中在第二组轴向通孔112内也设置永磁体202的方式相比，本申请中的第二组轴向通孔112内不设置任何填充物，在能够减小转轴402端部的轴向漏磁的同时，还能够降低转子铁芯的重量以及减少永磁体202用量，从而有利于进一步降低转矩脉动，提升电机转子旋转过程的稳定性。

另外，通过将多个轴向通孔设置为多个同心的圆形孔，以能够围绕轴孔106形成由隔离筋隔离的环形孔，进而能够提高磁通路径的中磁阻的阻值。

如图4所示，在上述任一实施例中，优选地，第二组轴向通孔112的数量大于或等于磁钢槽108的数量。

在该实施例中，通过限定轴向通孔的数量大于或等于磁钢槽108的数量，能够进一步增加永磁体202通过转轴402端部的漏磁的磁通路径中的磁阻，从而能够对应地进一步降低在转轴402端部产生的漏磁。

在上述任一实施例中，优选地，第二组轴向孔中任一两个相邻的圆弧形孔之间的间隔距离为0.5mm至1mm。

在该实施例中，通过限定任意两个相邻的圆弧形孔之间的间隔距离，该间隔距离即两个相邻的圆弧形孔之间的隔离筋沿周向的厚度，在保证连接强度的基础上，厚度越小，磁通路径的中的磁阻越大，进而对转轴402端部防漏磁的效果越好。

如图4所示，在上述任一实施例中，优选地，第一组轴向通孔110包括沿周向依次排布的第一通孔1102、第二通孔1104与第三通孔1106，其中，第二通孔1104沿径向延伸设置的第一条形孔，并相对磁钢槽108垂直设置，第一通孔1102与第三通孔1106相对于第二通孔1104对称设置。

在该实施例中，可以将第一组轴向通孔110的数量设置为三个，其中，中间的第二通孔1104沿径向延伸设置，并且两侧的两个轴向通孔相对第二通孔1104对称设置，从而能够降低第一组通孔对主磁路磁阻的影响，进而能够保证电机转子以及采用该电机转子的永磁电机的正常运行。

在上述任一实施例中，优选地，第一通孔1102与第三通孔1106相对第二通孔1104倾斜设置；第一通孔1102与第三通孔1106被构造为第二条形孔。

在该实施例中，通过将第一通孔1102与第三通孔1106也构设为条形孔，能够使第一通孔1102与第三通孔1106也能够沿磁力线延伸的方向设置，从而能够降低第一组通孔对磁通上磁阻的影响，以有利于提升他电机的运行性能。

在该实施例中，通过将第一通孔1102与第三通孔1106设置为从内圈向外圈分别向第二通孔1104倾斜的条形孔结构，能够对磁力线的延伸起到阻碍作用，从而能够降低磁通密度，进而提升永磁体202与交替极之间的磁密度分布的平衡性，以降低交替极电机的转矩脉动。

另外，第一通孔1102与第二通孔1104在端面上还可以沿磁力线延伸的方向设置，以降低由于磁力线畸变造成的转矩脉动。

如图3所示，在上述任一实施例中，优选地，磁钢槽108的两侧还开设有隔磁槽114。

在该实施例中，通过在永磁体202的两侧对应设置隔磁槽114，一方面，能够防止永磁体202产生磁通短路，另一方面，也有利于降低漏磁概率。

在上述任一实施例中，优选地，还包括：充磁支撑环304，设置于相邻的两端转子铁芯之间，充磁支撑环304套设在转轴402上，轴向充磁环302套设在充磁支撑环304上，其中充磁支撑环304为绝磁环。

在该实施例中，通过设置充磁支撑环304，以通过将轴向充磁环302套设在充磁支撑环304上之后，将充磁支撑环304套接在转轴402上，与将轴向充磁环302直接套设在转轴402上的设置方式相比，通过充磁支撑环304的绝磁特性，同样能够降低通过转轴402漏磁的概率。

图4示出了第二段转子铁芯104的平面结构示意图，永磁体202的磁极方向从内向外为n极→s极。

转子铁芯上开设有轴孔106以及多个磁钢槽108，多个磁钢槽108沿周向间隔开设，相邻的两个磁钢槽108之间限定出交替极，在转子铁芯上每个磁钢槽108远离轴孔106的一侧对应开设第一组轴向通孔110；多个永磁体202，对应设置于多个磁钢槽108中，多个永磁体202沿径向与轴孔106相背的一侧的极性相同。

其中，第一组轴向通孔110包括沿周向依次排布的第一通孔1102、第二通孔1104与第三通孔1106，其中，第二通孔1104沿径向延伸设置的第一条形孔，并相对磁钢槽108垂直设置，第一通孔1102与第三通孔1106相对于第二通孔1104对称设置。

另外，在转子铁芯上多个磁钢槽108与轴孔106之间还开设有第二组轴向通孔112，第二组轴向通孔112沿周向均匀间隔分布，其中，第二组轴向通孔112包括多个同心设置的圆弧形孔，以将第二组轴向通孔112构造为具有间隔的环形孔。

根据本发明的实施例提出了一种交替极永磁电机，包括：上述实施例所述的电机转子，以及与电机转子套设组装的电机定子。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。