转子及永磁同步电动机的制作方法

本实用新型属于永磁同步电机领域，尤其涉及一种转子及永磁同步电动机。

背景技术：

永磁电机(即永磁电动机)具有高转矩密度、高功率密度、较宽的经济运行范围等优势，被广泛应用于空调压缩机、电动汽车、风力发电、航空航天等领域。就整体而言，最常用的为表贴式转子结构和内置式转子结构两大类永磁电动机。由于内置式永磁电机的永磁体镶嵌于转子铁芯的内部，当电机转子运行在较高转速时，仍然能够保证电机转子的安全性。而且，内置式永磁电机的转子铁芯中插入永磁体，永磁体的形状和布置方式可以根据不同的性能要求设计成不同的形状，转子铁芯的空间被充分的利用。

根据永磁同步电机的坐标变换理论，内置式永磁电机的磁路分为直轴磁路和交轴磁路。

其中，直轴磁路为：永磁体→气隙→定子铁芯→气隙→相邻的永磁体→转子铁芯→回到开始的永磁体，形成闭合的回路。

其中，交轴磁路为：转子铁芯→导磁桥→气隙→定子铁芯气隙→相邻的导磁桥→转子铁芯→回到开始的导磁桥，形成闭合的回路。

可见，其直轴磁路不经过永磁体，而永磁体的磁阻比转子铁芯的磁阻大的多，所以直轴磁路的磁阻大于交轴磁路的磁阻，因此直轴电感小于交轴电感。

内置式永磁同步电动机的电磁转矩表达式：

其中，Te—表示电机的电磁转矩，p—表示电机的极对数，ψpm—表示永磁体磁链；id、iq—分别表示d轴、q轴等效电流，Ld、Lq—分别表示d轴、q轴电感。

由上式可知，电磁转矩由两部分组成，前一部分是由永磁体产生的转矩；后一部分是由凸极效应产生的磁阻转矩，此部分磁阻转矩只存在于内置式永磁电机中。由于磁阻转矩的存在，不但有效提高了电机的过载能力和功率密度，还使电机更易于弱磁调速，从而扩大电机恒功率运行范围。

内置式转子结构的永磁电机在弱磁控制时，气隙磁场波形严重畸变，造成转矩脉动大，电机铁耗增加，效率下降，同时导致永磁体涡流损耗增加，转子发热、永磁体产生不可逆退磁。其径向分量可能导致定子铁芯和内置式转子产生较大的振动和变形。

目前，有一些方法对内置式转子结构进行优化，虽有一定的效果但优化后对电机的其他性能影响较大，并且加工工艺复杂，不适合批量生产和推广。

因此，为了解决上述存在的问题，需要提供一种性能优良，以适合批量生产和推广的内置式永磁电动机转子及其永磁同步电动机。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的实施例提供一种转子，其能够显著改善气隙磁密波形，以减小永磁电动机运行中的转矩脉动，从而减小电机低速运行时的抖动。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例采用的技术方案是：

一种转子，其包括转轴和套设在所述转轴外的转子铁芯，所述转子铁芯内设有多个磁钢槽，每个所述磁钢槽内分别设置永磁体，其特征在于，

所述永磁体成对设置，每对所述永磁体均布置成开口朝外的V型，且每对所述永磁体分别关于所述转轴的经过其轴心的纵截面对称设置；

所述转子铁芯的外圆周上开设有多个辅助槽，所述辅助槽的延伸方向与所述转轴的轴向方向一致并贯通所述转子铁芯的两端。

优选的，所述辅助槽的横截面形状为半圆形。

优选的，所述半圆形的半径为r，其中，2.5mm≤r≤5mm。

优选的，每对所述永磁体所对应的所述转子铁芯的外圆周上分别设置一对所述辅助槽，每对所述辅助槽关于与其对应的该对所述磁钢槽的对称中心线对称。

优选的，每对所述辅助槽的经过所述转轴的轴心的半径之间的夹角为α，其中30°≤α≤150°；每对所述永磁体的夹角为β，其中，30°≤β≤150°。

优选的，每个所述永磁体的两端均设置空气隔磁槽。

优选的，所述转子铁芯内还设置有多个磁路优化孔，所述磁路优化孔沿所述转轴的轴向贯通所述转子铁芯的两端。

优选的，所述转轴外套设由钢管加工而成的内套筒。

优选的，所述转子铁芯的两端分别设置压紧板，所述压紧板上设置平衡导轨孔。

本实用新型实施例同时公开了一种永磁同步电动机，其包括上述的转子。

与现有技术相比，本实用新型的实施例所提供的转子及永磁同步电动机的有益效果是：本实用新型中V型永磁体的设计，能充分利用转子铁芯内部空间，同时可以减小气隙磁密波形畸变率，降低电机转矩脉动，减小电机铁耗及永磁体涡流损耗、提高电机效率，达到减小电机振动、降低噪声，提高电机的工作性能。而且转子表面开设辅助槽，可以显著改善气隙磁密波形，减小电机运行中的转矩脉动，从而减小电机低速运行时的抖动。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的转子的一个视角的局部剖视图。

图2为本实用新型的实施例提供的转子的另一个视角的剖视图(其中未示出转轴)。

图3为本实用新型的实施例提供的转子冲片的结构示意图。

图中：

1-转子铁芯；2-磁钢槽；3-永磁体；4-辅助槽；5-空气隔磁槽；6-磁路优化孔；7-转子冲片；8-压紧板；9-平衡导轨孔；10-内套筒。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。

本实用新型的实施例公开了一种转子及具有该转子的永磁同步电动机，其中的转子为内置式转子，即永磁体3镶嵌于转子铁芯1的内部的形式；该永磁同步电动机为内置式永磁同步电动机。

如图1和图2所示，本实施例的转子包括转轴(图中未示出)和套设在转轴外的转子铁芯1，转子铁芯1是由转子冲片7(参见图3)叠压而成的圆柱体；转子冲片7的中间设有安装转轴的通孔。转子铁芯1内设有多个磁钢槽2(参见图3)，每个磁钢槽2内分别设置永磁体3，磁钢槽2成对设置，每对磁钢槽2均布置成开口朝外的V型，由于永磁体3镶嵌在磁钢槽2内，因此，永磁体3也是成对设置，每对永磁体3均布置成开口朝外的V型。所有永磁体3的形状、厚度和长度完全相同，而且构成同一对的永磁体3的极性相同，也就是每对永磁体3或者作为S极或者作为N极。转子铁芯1的S极永磁体3和N极永磁体3交替排列，参见图1。属于同一对的永磁体3分别关于经过所述转轴的轴心的所述转轴的纵截面对称设置，纵截面是指平行于所述转轴的轴向的平面。每对永磁体3的夹角为β，其中，30°≤β≤150°。通过改变β的数值，来优化极弧系数，使其达到最佳。β可以选用例如30°、60°、100°、118°、150°等。

成对呈V型排布的永磁体3，能充分利用转子铁芯1内部空间，使永磁同步电动机获得较大的直轴电感，可获得较宽的调速范围，通过方便的调整夹角β，进而控制极弧系数，同时还可以减小气隙磁密波形畸变率，降低电机转矩脉动，减小电机铁耗及永磁体3涡流损耗、提高电机效率，达到减小电机振动、降低噪声，提供电机的工作性能。

本实施例的永磁体3为横截面呈矩形的平板形状。另外，永磁体3可以为一整根，也可以沿轴向长度等分成多段，装配时便于安装，可以减小安装的难度，降低永磁体3加工成本，同时也能降低永磁体3的涡流损耗。

继续结合图1和图3，本实施例的转子铁芯1的外圆周上开设有多个辅助槽4，辅助槽4的延伸方向与转轴的轴向方向一致并贯通转子铁芯1的两端。在转子铁芯1的表面开设辅助槽4，可以显著改善气隙磁密波形，减小电机运行中的转矩脉动，从而减小电机低速运行时的抖动。

辅助槽4的设置数量以及横截面形状不限，其可以为任何合适形状的开槽，在本实用新型的具体实施例中，辅助槽4的横截面形状为半圆形。另外，辅助槽4的深浅不限，可以根据需要选择，本实施例中横截面为半圆形的辅助槽4的半径为r，其中，2.5mm≤r≤5mm。但应保证使气隙磁密波形接近正弦。辅助槽4的设置还可以显著的减小永磁体3的涡流损耗，降低永磁体3的退磁的风险；减小电机损耗，提高电机的效率。另外，通过开设辅助槽4还可以适当减轻转子铁芯1的重量，并增大了转子铁芯1的散热面积，降低转子铁芯1的温升。同时提高了电机快速响应能力。

如图1和图3所示，每对永磁体3所对应的转子铁芯1的外圆周上分别设置一对辅助槽4，每对辅助槽4关于与其对应的该对磁钢槽2的对称中心线对称。也就是，每对永磁体3都对应一对辅助槽4，且其所对应的辅助槽4开设在其所对应的转子铁芯1的外表面上，具体对应方式如图1和图3所示。每对辅助槽4的经过转轴的轴心的半径之间的夹角为α，其中30°≤α≤150°，例如可以为30°、50°、90°、130°、150°等。

如图1所示，为了减少漏磁，在本实用新型的具体实施中，每个永磁体3的两端均设置空气隔磁槽5。空气隔磁槽5的尺寸要使漏磁达到最小，但同时要考虑饱和及机械强度的要求。

如图1和图3所示，转子铁芯1内还设置有多个磁路优化孔6，磁路优化孔6沿转轴的轴向贯通转子铁芯1的两端。由于转子铁芯1是由多片转子冲片7叠压而成，因此，在装配转子铁芯1时，需要将多片转子冲片7压紧，磁路优化孔6还可以作为穿设拉紧螺杆的通孔，通过拉紧螺杆压紧转子铁芯1，拉紧螺杆在转子铁芯1装配结束后拆去，此时，磁路优化孔6在电机运转中起优化磁路提高效率的作用孔。本实施例中的磁路优化孔6的数量与永磁体3的对数相同，且磁路优化孔6设置于相邻两对永磁体3之间，即图1和图3中示出的位置。

如图2所示，转轴外套设有内套筒10，即轴套，内套筒10由钢管加工而成。用钢管加工而成使其可与不同类型的轴连接，通用性高，可批量生产和存储。

继续结合图2，转子铁芯1的两端分别设置压紧板8，压紧板8上设置平衡导轨孔9。平衡导轨孔9用于校转子的动平衡，使转子结构更为紧凑。

本实用新型实施例同时公开了一种永磁同步电动机，其包括上述的转子。

本实用新型实施例的永磁同步电动机结构设计简洁，生产工艺简单，便于操作，在不影响电机其他特性的条件下，能有效改善气隙磁密波形，降低损耗，提供电机的效率，降低电动机振动和噪声，适于大规模推广应用。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。