CN102664475A - 无刷电机的低波动内置式永磁转子 - Google Patents

Abstract

一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，涉及电机技术领域，所解决的是降低转矩波动的技术问题。该永磁转子包括转轴，及同轴固定在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯上轴对称设有多个永磁槽，每个永磁槽均位于转子铁芯内外圆之间，每个永磁槽内均设有至少一个永磁体，其特征在于：所述转子铁芯的径向轴线中，经过各永磁槽槽心的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽心线；每个永磁槽的径向截面均相对自身的径向槽心线轴对称，每个永磁槽内的永磁体均相对该永磁槽的径向槽心线轴对称布设；每个永磁槽的磁体中心半角与该永磁槽的磁槽中心半角之间的比值为：φ1/φ2=0.82±0.01。本发明提供的永磁转子，转矩波动小、噪音小、效率高。

Description

无刷电机的低波动内置式永磁转子

技术领域

本发明涉及电机技术，特别是涉及一种无刷电机的低波动内置式永磁转子的技术。

背景技术

无刷电机的永磁转子都包括转轴和转子铁芯，在转子铁芯上轴对称设有多个永磁槽，每个永磁槽内都设有永磁体，转子铁芯上位于各永磁槽外侧的部分构成转子铁芯极靴部，位于转子铁芯极靴部边缘的部分则构成磁路饱和的隔磁磁桥，各永磁槽内的永磁体分别与各永磁槽外侧的转子铁芯极靴部构成永磁磁极。

传统无刷电机的永磁转子中，各永磁槽的磁体中心半角与磁槽中心半角之间的比值通常为0.72，这种结构的永磁转子工作时，在“非圆形跳跃式”旋转磁场的电枢励磁，及齿槽效应的影响下，存在着很大的转矩波动，因此传统无刷电机都存在着转矩波动大、噪音大、效率低的缺陷。

另外，传统无刷电机的永磁转子中，永磁槽的形状都比较简单，位于隔磁磁桥部的一侧边都较窄，使得转子铁芯极靴部边缘的隔磁磁桥也存在着宽度较小的缺陷，这也是传统无刷电机的永磁转子工作时转矩波动大的原因之一。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种转矩波动小、噪音小、效率高的无刷电机的低波动内置式永磁转子。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，包括转轴，及同轴固定在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯上轴对称设有多个永磁槽，每个永磁槽均位于转子铁芯内外圆之间，每个永磁槽内均设有至少一个永磁体，其特征在于：

所述转子铁芯的径向轴线中，经过各永磁槽槽心的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽心线，与各永磁槽边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽切线；

每个永磁槽的径向截面均相对自身的径向槽心线轴对称，每个永磁槽内的永磁体均相对该永磁槽的径向槽心线轴对称布设；

所述转子铁芯的径向轴线中，与各永磁槽内的永磁体边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽的径向磁体切线；

每个永磁槽的径向磁体切线中，与该永磁槽的径向槽切线相邻的径向磁体切线为该永磁槽的磁体外切线；

所述转子铁芯的径向截面中，每个永磁槽的径向槽心线与该永磁槽的径向槽切线之间的夹角为该永磁槽的磁槽中心半角，每个永磁槽的径向槽心线与该永磁槽的磁体外切线之间的夹角为该永磁槽的磁体中心半角；

每个永磁槽的磁体中心半角与该永磁槽的磁槽中心半角之间的比值为：φ1/φ2=0.82±0.01；

其中，φ1为永磁槽的磁体中心半角，φ2为永磁槽的磁槽中心半角。

进一步的，每个永磁槽的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯外圆弯折的牛角形，且每个永磁槽径向截面的中部直段均垂直于其自身径向槽心线；

每个永磁槽内的永磁体均布设成垂直于该永磁槽自身径向槽心线的一字形。

进一步的，每个永磁槽的径向截面均呈开口朝向转子铁芯外圆的V字形，每个永磁槽内的永磁体均布设成大口朝向转子铁芯外圆的八字形。

进一步的，每个永磁槽的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯外圆弯折再朝向另一头方向弯折的弯牛角形，且每个永磁槽径向截面的中部直段均垂直于该永磁槽自身径向槽心线；

每个永磁槽内的永磁体均布设成垂直于该永磁槽自身径向槽心线的一字形。

本发明提供的无刷电机的低波动内置式永磁转子，通过调节和优化永磁槽的磁体中心半角与磁槽中心半角的比例，使永磁转子的齿槽转矩波动相比传统内置式永磁转子有显著降低，电机的合成转矩波动也大幅降低，能抑制静态和动态电枢反应，具有转矩波动小、噪音小、效率高的特点；另外，通过优化转子铁芯极靴部边缘的隔磁磁桥宽度，还能调节隔磁磁桥的磁路压降和磁路饱和程度，能显著改善气隙磁场分布，减少漏磁，进一步降低齿槽转矩波动。

附图说明

图1是本发明第一实施例的无刷电机的低波动内置式永磁转子的径向截面示意图；

图2是本发明第一实施例的内置式永磁转子与传统内置式永磁转子的齿槽转矩波形图；

图3是本发明第二实施例的无刷电机的低波动内置式永磁转子的径向截面示意图；

图4是本发明第三实施例的无刷电机的低波动内置式永磁转子的径向截面示意图；

图5是两种永磁槽径向截面呈牛角形的内置式永磁转子的结构示意图；

图6是本发明第三实施例的无刷电机的低波动内置式永磁转子，及图5所示的两种内置式永磁转子的齿槽转矩波形图；

图7是本发明第三实施例的无刷电机的低波动内置式永磁转子，及图5所示的两种内置式永磁转子的反电势波形图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，包括转轴11，及同轴固定在转轴11上的转子铁芯12，所述转子铁芯12上轴对称设有多个永磁槽13，每个永磁槽13均位于转子铁芯12的内外圆之间，每个永磁槽13内均设有至少一个永磁体14，其特征在于：

所述转子铁芯12的径向轴线中，经过各永磁槽13槽心的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽心线C1，与各永磁槽13边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽13的径向槽切线A1；

每个永磁槽13的径向截面均相对自身的径向槽心线C1轴对称，每个永磁槽13内的永磁体14均相对该永磁槽13的径向槽心线C1轴对称布设；

所述转子铁芯12的径向轴线中，与各永磁槽13内的永磁体14边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽13的径向磁体切线；

每个永磁槽13的径向磁体切线中，与该永磁槽13的径向槽切线A1相邻的径向磁体切线为该永磁槽13的磁体外切线B1；

所述转子铁芯12的径向截面中，每个永磁槽13的径向槽心线C1与该永磁槽13的径向槽切线A1之间的夹角为该永磁槽13的磁槽中心半角，每个永磁槽13的径向槽心线C1与该永磁槽13的磁体外切线B1之间的夹角为该永磁槽13的磁体中心半角；

每个永磁槽13的磁体中心半角与该永磁槽13的磁槽中心半角之间的比值为：φ1/φ2=0.82±0.01；

其中，φ1为永磁槽13的磁体中心半角，φ2为永磁槽13的磁槽中心半角。

本发明第一实施例中，每个永磁槽13的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯12外圆弯折的牛角形，且每个永磁槽13径向截面的中部直段均垂直于其自身径向槽心线C1；

每个永磁槽13内的永磁体14均布设成垂直于该永磁槽13自身径向槽心线C1的一字形。

本发明第一实施例适合安装在无刷电机上使用，安装时应当在转子铁芯12与定子16之间设有径向气隙，转子铁芯上位于各永磁槽13外侧面与的部分构成转子铁芯极靴部17，位于转子铁芯极靴部17边缘的部分则构成磁路饱和的隔磁磁桥15，各永磁槽13内的永磁体14分别与各永磁槽13外侧的转子铁芯极靴部17构成永磁磁极。

图2是通过实际测量得到的本发明第一实施例的内置式永磁转子与传统内置式永磁转子的齿槽转矩波形图，其中的Cog数轴为齿槽转矩，θ数轴为电角度，曲线M是传统内置式永磁转子的齿槽转矩波形，曲线N是本发明第一实施例的内置式永磁转子的齿槽转矩波形；

图2中产生曲线M的传统内置式永磁转子中，永磁槽的磁体中心半角与磁槽中心半角之间的比值为：φ11/φ12=0.72，其中，φ11为永磁槽的磁体中心半角，φ12为永磁槽的磁槽中心半角。

由图2可见，传统内置式永磁转子的齿槽转矩波动很大，本发明第一实施例的内置式永磁转子的齿槽转矩波动相比传统内置式永磁转子有显著降低，使电机合成转矩波动大幅降低（能减少30-40%），能抑制静态和动态电枢反应。

如图3所示，本发明第二实施例所提供的一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，该实施例除永磁槽23的形状及永磁体24的布设方式外，其它特征与本发明第一实施例相同。

本发明第二实施例中，每个永磁槽23的径向截面均呈开口朝向转子铁芯22外圆的V字形，每个永磁槽23内的永磁体24均布设成大口朝向转子铁芯22外圆的八字形。

如图4所示，本发明第三实施例所提供的一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，该实施例除永磁槽33的形状外，其它特征与本发明第一实施例相同。

本发明第三实施例中，每个永磁槽33的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯32外圆弯折再朝向另一头方向弯折的弯牛角形，且每个永磁槽33径向截面的中部直段均垂直于该永磁槽33自身径向槽心线；

每个永磁槽33内的永磁体34均布设成垂直于该永磁槽33自身径向槽心线的一字形。

本发明第三实施例中，永磁槽33的径向截面呈弯牛角形，其两头的弯角形弯折部朝向转子铁芯外圆一侧的宽度H3要大于本发明第一实施例中的永磁槽径向截面两头弯折部朝向转子铁芯外圆一侧的宽度，使得位于转子铁芯极靴部35边缘的隔磁磁桥36的宽度也要大于本发明第一实施例中的隔磁磁桥的宽度，从而调节隔磁磁桥的磁路压降和磁路饱和程度，能显著改善气隙磁场分布，减少漏磁，进一步降低齿槽转矩波动。

图5是两种内置式永磁转子，该两种内置式永磁转子中的永磁槽径向截面均呈牛角形，其它特征与本发明第三实施例相同，其中图5a所示的内置式永磁转子中的永磁槽43的径向截面两头弯折部朝向转子铁芯外圆一侧的宽度为H1，图5b所示的内置式永磁转子中的永磁槽53的径向截面两头弯折部朝向转子铁芯外圆一侧的宽度为H2，本发明第三实施例中的永磁槽33的径向截面两头弯角形弯折部朝向转子铁芯外圆一侧的宽度为H3（参见图4），则有H1＜H2＜H3，其中H2=1.8H1，H3=3.8H1；因此图5b所示的内置式永磁转子中的隔磁磁桥56的宽度要大于图5a所示的内置式永磁转子中的隔磁磁桥46的宽度，且小于本发明第三实施例的内置式永磁转子中的隔磁磁桥36的宽度；

图6是对图5所示的两种内置式永磁转子，及本发明第三实施例的内置式永磁转子实际测量得到的齿槽转矩波形图，其中的Cog数轴为齿槽转矩，θ数轴为电角度，曲线S1是图5a所示的内置式永磁转子的齿槽转矩波形，曲线S2是图5b所示的内置式永磁转子的齿槽转矩波形，曲线S3是本发明第三实施例的内置式永磁转子的齿槽转矩波形；

由图6可见，本发明第三实施例的内置式永磁转子由于其隔磁磁桥的宽度远大于图5所示的两种内置式永磁转子的隔磁磁桥的宽度，其齿槽转矩波动相比图5所示的两种内置式永磁转子有显著降低，使电机合成转矩波动大幅降低，能抑制静态和动态电枢反应，降低机械振动，提高过载能力，有利于电机频繁启动，使电机具有高出力、高可靠性、低波动、快响应、低噪、小型轻量化和平稳运行等特点。

图7是对图5所示的两种内置式永磁转子，及本发明第三实施例的内置式永磁转子实际测量得到的反电势波形图，其中的E数轴为反电势，θ数轴为电角度，曲线E1是图5a所示的内置式永磁转子的反电势波形，曲线E2是图5b所示的内置式永磁转子的反电势波形，曲线E3是本发明第三实施例的内置式永磁转子的反电势波形；

由图7可见，本发明第三实施例的内置式永磁转子由于其隔磁磁桥的宽度远大于图5所示的两种内置式永磁转子的隔磁磁桥的宽度，其反电势幅值相比图5所示的两种内置式永磁转子有显著增加，有效地优化了隔磁磁桥处的磁路饱和程度，能改善气隙磁场分布，减少漏磁，提高电机的功率密度和转矩密度。

Claims (4)

1.一种无刷电机的低波动内置式永磁转子，包括转轴，及同轴固定在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯上轴对称设有多个永磁槽，每个永磁槽均位于转子铁芯内外圆之间，每个永磁槽内均设有至少一个永磁体，其特征在于：

所述转子铁芯的径向轴线中，经过各永磁槽槽心的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽心线，与各永磁槽边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽的径向槽切线；

每个永磁槽的径向截面均相对自身的径向槽心线轴对称，每个永磁槽内的永磁体均相对该永磁槽的径向槽心线轴对称布设；

所述转子铁芯的径向轴线中，与各永磁槽内的永磁体边沿相切的径向轴线分别为各永磁槽的径向磁体切线；

每个永磁槽的径向磁体切线中，与该永磁槽的径向槽切线相邻的径向磁体切线为该永磁槽的磁体外切线；

所述转子铁芯的径向截面中，每个永磁槽的径向槽心线与该永磁槽的径向槽切线之间的夹角为该永磁槽的磁槽中心半角，每个永磁槽的径向槽心线与该永磁槽的磁体外切线之间的夹角为该永磁槽的磁体中心半角；

每个永磁槽的磁体中心半角与该永磁槽的磁槽中心半角之间的比值为：φ1/φ2=0.82±0.01；

其中，φ1为永磁槽的磁体中心半角，φ2为永磁槽的磁槽中心半角。

2.根据权利要求1所述的无刷电机的低波动内置式永磁转子，其特征在于：每个永磁槽的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯外圆弯折的牛角形，且每个永磁槽径向截面的中部直段均垂直于其自身径向槽心线；

每个永磁槽内的永磁体均布设成垂直于该永磁槽自身径向槽心线的一字形。

3.根据权利要求1所述的无刷电机的低波动内置式永磁转子，其特征在于：每个永磁槽的径向截面均呈开口朝向转子铁芯外圆的V字形，每个永磁槽内的永磁体均布设成大口朝向转子铁芯外圆的八字形。

4.根据权利要求1所述的无刷电机的低波动内置式永磁转子，其特征在于：每个永磁槽的径向截面均呈中部直，两头朝向转子铁芯外圆弯折再朝向另一头方向弯折的弯牛角形，且每个永磁槽径向截面的中部直段均垂直于该永磁槽自身径向槽心线；

每个永磁槽内的永磁体均布设成垂直于该永磁槽自身径向槽心线的一字形。

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