一种基于18槽定子的低速电机的转子结构及低速电机的制作方法

1.本实用新型涉及低速电机技术领域，尤其涉及一种基于18槽定子的低速电机转子结构及低速电机。


背景技术：

2.直驱电梯门电机转速低，通常只有100～200rpm，因此直驱电梯门电机的功率密度较小，为提高直驱式电梯门电机的功率密度，市场上主流的直驱式电梯门电机为表贴式稀土永磁同步电机。因为稀土是稀有资源，近年来国家对稀土资源的管控力度越来越大，稀土的价格也越来越高，其带来的结果是稀土永磁同步电机的价格也随之升高。同时，考虑到稀土永磁同步电机的制造工艺复杂，因此开发效率高、震动噪音小、价格低的铁氧体永磁同步电机是解决目前困境的有效方法之一，但对于电梯门电机等转速低的工作环境，采用铁氧体永磁同步电机面临着功率密度小的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的一个目的是提出一种基于18槽定子的低速电机转子结构及低速电机，解决铁氧体永磁同步电机面临着功率密度小的问题。
4.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.本实用新型的第一方面，提供一种基于18槽定子的低速电机的转子结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯呈圆柱形，包括转子轭部和围绕转子轭部的圆周呈径向阵列式布置的20个转子磁极，并且每个转子磁极外边缘的两端分别设有极靴，从而由相邻两个转子磁极、转子轭部及极靴围绕形成矩形的磁钢槽，每个磁钢槽内安装一矩形的磁钢。
6.可选择地，所述转子磁极为圆心位于转子轭部、且半径小于铁芯半径的扇形结构。
7.可选择地，所述转子铁芯的直径d1，所述转子磁极的半径r1，所述转子磁极的圆心位于直径为d2的圆周上，其中：
8.所述直径d2大于转子铁芯的轴孔的直径，小于转子轭部的直径；
9.d1、r1、d2之间满足：d1＝d2+2r1；
10.r1的范围满足：30mm≤2r1≤d1；
11.d2的范围满足：0mm＜2d1≤(d
1-15mm)。
12.可选择地，所述磁钢槽的长度l，磁钢槽的宽度w，其中：
13.l和w的范围满足：l≥r1/2；2w≤l≤4w。
14.可选择地，所述磁钢槽开口的宽度w1，满足：
15.4mm＜w≤12mm，1.5mm≤w1≤(w-1mm)。
16.可选择地，所述极靴的端部的两侧形成用于阻挡所述磁钢甩出的耳部，所述耳部经过削角工艺形成削角结构，所述耳部之间的空缺形成隔磁桥。
17.可选择地，所述削角结构的外侧面为与所述转子磁极连续的弧面，即所述削角结构的外侧面的圆心与所述转子磁极的圆心位置相同；所述削角结构的内侧面也为弧面，且
所述削角结构的内侧面的圆心与所述转子磁极的圆心位置相同。
18.可选择地，所述削角结构的内侧面的半径为r2，对应地，所述削角结构的厚度r
1-r2，该厚度r
1-r2满足以下关系式：0.25mm＜r
1-r2≤1.2mm。
19.可选择地，所述转子轭部与所述转子磁极为一体式结构，并且所述转子磁极通过平滑的连接部与所述转子轭部连接。
20.可选择地，所述磁钢槽的宽度w、所述连接部的宽度w2，满足以下关系式：1mm≤w2≤w/4。
21.可选择地，所述磁钢采用铁氧体永磁材料。
22.本实用新型的第二方面，还提供一种低速电机，包括以上所述的转子结构和定子结构，其中所述定子结构具有18个定子槽。
23.本实用新型的有益效果为：
24.本实用新型提供的转子结构及低速电机，能够提高电机的磁负荷，增大铁氧体永磁同步电机的功率密度，使电机性能达到或超过同规格的稀土永磁同步电机的性能。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
26.图1是本实用新型所述的转子结构的结构示意图；
27.图2是图1中a处的局部放大示意图；
28.图3是图1中b处的局部放大示意图；
29.图4是本实用新型所述的低速电机的定子转子配比结构示意图；
30.图5是对比实施例的空载反电势波形图；
31.图6是本实用新型所述的低速电机的空载线反电势波形图；
32.图7是对比实施例的齿槽转矩波形图；
33.图8是本实用新型所述的低速电机的齿槽转矩波形图；
34.图9是对比实施例的负载输出转矩波形图；
35.图10是本实用新型所述的低速电机的负载输出转矩波形图；
36.图11是对比实施例的输出电磁功率波形图；
37.图12是本实用新型所述的低速电机的输出电磁功率波形图；
38.图13是对比实施例的磁力线分布图；
39.图14是本实用新型所述的低速电机的磁力线分布图。
40.图中标记如下：
41.10、转子铁芯；11、转子轭部；12、转子磁极；121、极靴；122、隔磁桥；123、磁钢槽；124、连接部；13-轴孔；
42.20、定子结构；21、定子槽。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的结构分而非全部结构。
44.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内结构的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
47.本实施例提供了一种基于18槽定子的低速电机的转子结构和低速电机，其中：图1是本实用新型所述的转子结构的结构示意图；图2是图1中的局部放大示意图；图3是本实用新型所述的低速电机的定子转子配比结构示意图；图5是本实用新型所述的低速电机的空载线反电势波形图；图7是本实用新型所述的低速电机的齿槽转矩波形图；图9是本实用新型所述的低速电机的负载输出转矩波形图；图11是本实用新型所述的低速电机的输出电磁功率波形图；图13是本实用新型所述的低速电机的磁力线分布图。
48.本实用新型同时还提供了对比实施例，以18槽定子、16极转子的低速电机为例，其中：图4是对比实施例的空载反电势波形图；图6是对比实施例的齿槽转矩波形图；图8是对比实施例的负载输出转矩波形图；图10是对比实施例的输出电磁功率波形图；图12是对比实施例的磁力线分布图。
49.如图1-3所示，本实施例提供一种基于18槽定子的低速电机的转子结构，包括转子铁芯10，转子铁芯10呈圆柱形，包括转子轭部11和围绕转子轭部11的圆周呈径向阵列式布置的20个转子磁极12，并且每个转子磁极12外边缘的两端分别设有极靴121，从而由相邻两个转子磁极12、转子轭部11及极靴121围绕形成矩形的磁钢槽123，每个磁钢槽123内安装一矩形的磁钢。
50.本实用新型提供的基于18槽定子的低速电机的转子结构，能够提高电机的磁负荷，增大铁氧体永磁同步电机的功率密度，使电机性能达到或超过同规格的稀土永磁同步电机的性能。
51.可选择地，转子磁极12为圆心位于转子轭部11、且半径小于铁芯半径的扇形结构。采用偏心布置、扇形结构设计的转子磁极12，由于扇型结构两端距离整个转子结构的中心
距离更小，并且采用的材料也更少，从而具有更小的转动惯量，提高电机的控制精度。
52.可选择地，转子铁芯的直径为d1，转子磁极12的半径为r1，转子磁极12的圆心位于直径为d2的圆周上，直径d2大于转子铁芯的轴孔13的直径，小于转子轭部11的直径；
53.d1、r1、d2之间满足：d1＝d2+2r1；
54.r1的范围满足：30mm≤2r1≤d1；
55.d2的范围满足：0mm＜2d1≤(d
1-15mm)。
56.本实施例中的转子磁极12的圆心刚好位于转子轭部11的实体结构上，由于转子磁极12的径向长度直接影响磁钢槽123的长度，由上述设计可以使磁钢槽123具有足够的长度以能够满足磁钢的长度要求，并且避免转子磁极12的长度过长，以在降低整个转子结构的转动惯量的同时，进一步保证电机转子结构的功率密度。
57.可选择地，磁钢槽123的长度l，磁钢槽123的宽度w，其中：
58.l和w的范围满足：l≥r1/2；2w≤l≤4w。
59.本实施例中的磁钢槽123的形状和尺寸决定了磁钢的形状和尺寸，从而使磁钢获得最优的尺寸，在降低整个转子结构的转动惯量的同时，进一步保证电机转子结构的功率密度。
60.可选择地，磁钢槽123开口的宽度w1，满足：
61.4mm＜w≤12mm，1.5mm≤w1≤(w-1mm)。
62.可选择地，极靴121的端部的两侧形成用于阻挡磁钢甩出的耳部，耳部经过削角工艺形成削角结构，耳部之间的空缺形成隔磁桥122，从而能更好的起到隔磁效果，减少漏磁，增大铁氧体永磁同步电机的功率密度。
63.可选择地，削角结构的外侧面为与转子磁极12连续的弧面，即削角结构的外侧面的圆心与转子磁极12的圆心位置相同；削角结构的内侧面也为弧面，且削角结构的内侧面也即弧面的圆心与转子磁极12的圆心位置相同。削角结构的设计，减少了极靴121与磁钢的外端面之间的接触面积，从而减小电机的齿槽转矩和扭矩波动。
64.可选择地，削角结构的内侧面的半径为r2，对应地，削角结构的厚度r
1-r2，该厚度r
1-r2满足以下关系式：0.25mm＜r
1-r2≤1.2mm。
65.可选择地，转子轭部11与转子磁极12为一体式结构，并且转子磁极12通过平滑的连接部124与转子轭部11连接。连接部124的平滑结构设计，可以一方面提高了结构强度，减少应力集中，另一方面节省了耗材，降低了整个转子结构的转动惯量，使转子结构的整体性更好，不容易损坏。
66.可选择地，磁钢槽123的宽度w、连接部124的宽度w2，满足以下关系式：1mm≤w2≤w/4。通过上述结构设计的磁钢槽123和连接部124，整体上形成圆周阵列式布局，并且在通过连接部124保证转子结构的强度的前提下，最大可能地确保磁钢的安装。
67.可选择地，磁钢采用铁氧体永磁材料，铁氧体材料比稀土永磁材料价格更低，更易于加工，并且具有良好的耐热性能。
68.如图4所示，本实施例还提供一种低速电机，包括以上实施例提供的转子结构和定子结构20，其中定子结构20具有18个定子槽21和20个磁钢槽123，也即18槽20极。通过18槽20极的配置，相比于现有技术18槽16极的电机结构，能够大幅度提高电机的磁负荷，增大铁氧体永磁同步电机的功率密度；比对比实施例采用永磁同步电机的功率密度更大。
69.结合图5-6，其中：图5是对比实施例的空载反电势波形图；图6是本实用新型所述的低速电机的空载线反电势波形图；可以看出，本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，本实施例提供的电机的反电动势波形趋于正弦，减小谐波振动和谐波损耗，使电机的噪音减小，效率提高。
70.结合图7-8，其中：图7是对比实施例的齿槽转矩波形图；图8是本实用新型所述的低速电机的齿槽转矩波形图；可以看出，本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，能够大幅度降低齿槽转矩的波动，波幅从原来的0.06个单位降低到0.001个单位。
71.结合图9-10，其中：图9是对比实施例的负载输出转矩波形图；图10是本实用新型所述的低速电机的负载输出转矩波形图；可以看出，本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，本实施例提供的电机的输出转矩波动更小，也更为平滑，比对比实施例的电机更稳定。
72.结合图11-12，其中：图11是对比实施例的输出电磁功率波形图；图12是本实用新型所述的低速电机的输出电磁功率波形图；可以看出，本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，减小电机的谐波损耗、脉振损耗，提高电机的效率。
73.结合图13-14，其中：图13是现有技术中的转子结构在仿真软件中的磁力线分布图；图14是本实用新型提供的低速电机转子的结构在仿真软件中的磁力线分布图；可以看出，本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，磁力线比较好，漏磁较少；本实施例提供的电机与对比实施例提供的电机相比，磁力线的分布更均匀且密度更大。
74.注意，以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。