CN111064295B - 电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车 - Google Patents

电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)包括沿周向设置的多个磁障组，每个磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障(2)，相邻的磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，转子铁芯(1)还包括多个沿轴向叠置的转子冲片(4)，转子冲片(4)上设置有轴孔(5)，轴孔(5)相对于转子冲片(4)偏心设置，各转子冲片(4)的轴孔(5)同轴设置，沿着从电机转子的一端到另一端的方向，转子冲片(4)的外圆圆心呈绕轴孔(5)的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。根据本申请的电机转子，能够提高反电势正弦度，有效抑制谐波磁场，降低由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。

Description

电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车
技术领域
本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车。
背景技术
永磁同步电机作为高效变频电机主流发展趋势，是支撑中国产业升级的有力支柱，但目前稀土资源的开采限制，严重制约了永磁电机的生产，开发无稀土电机也是势在必行。而永磁辅助同步磁阻电机采用无稀土磁阻电机结构，使用铁氧体磁钢，同时利用磁阻转矩和永磁转矩，能效提高至IE5，具有高能效低成本的特点，同时符合国家限制稀土资源大规模开发的战略国策。
永磁辅助磁阻电机由于内部运行磁场复杂，磁场谐波含量较高，导致电机主要噪音源的谐波电磁力较高，造成电机噪声振动偏高，引发质量问题，是困扰永磁辅助磁阻电机发展的瓶颈之一。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子及其制作方法、磁阻电机和电动汽车，能够提高反电势正弦度，有效抑制谐波磁场，降低由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括沿周向间隔设置的多个磁障组，每个磁障组包括沿径向间隔设置的至少两个磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，转子铁芯还包括多个沿轴向叠置的转子冲片，转子冲片上设置有轴孔，轴孔相对于转子冲片偏心设置，各转子冲片的轴孔同轴设置，沿着从电机转子的一端到另一端的方向，转子冲片的外圆圆心呈绕轴孔的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。
优选地，转子冲片的外圆圆心的偏转角度为θ，转子铁芯的轴向高度为h，其中θ随h的变化而变化。
优选地，
Figure BDA0002309360640000011
其中L为转子铁芯的轴向总高度，n为转子冲片的外圆圆心在轴向上的旋转周期数。
优选地，转子冲片的外圆圆心在轴向上的旋转周期数为n，其中n为偶数。
优选地，轴孔的中心与转子冲片的外圆圆心的偏心距离为Rs，电机转子外周的气隙厚度为δ，其中0.4≤Rs/δ≤0.6。
优选地，电机转子还包括叠装轴，转子冲片叠装在叠装轴上。
优选地，转子冲片的内周壁上设置有键槽，叠装轴的外周壁上设置有螺旋延伸的斜键，键槽安装在斜键上。
优选地，键槽与斜键间隙配合，间隙为0.1～0.15mm，键槽的槽壁和斜键的外周的粗糙度小于或等于1.6。
优选地，斜键的截面呈矩形、梯形、三角形或半圆形。
根据本申请的另一方面，提供了一种上述的电机转子的制作方法，包括：
加工预设数量的转子冲片；
在转子冲片上加工轴孔，并使得轴孔相对于转子冲片的外圆圆心偏心设置，各转子冲片的规格相同；
将转子冲片叠置，使得各转子冲片的轴孔同轴，同时使得转子冲片的外圆圆心沿轴向呈绕轴孔的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。
优选地，将转子冲片叠置，使得各转子冲片的轴孔同轴，同时使得转子冲片的外圆圆心沿轴向呈绕轴孔的中心轴线螺旋延伸的螺旋形的步骤包括：
在转子冲片的轴孔内壁上加工键槽，各转子冲片上的键槽位置相同；
加工叠装轴，并在叠装轴的外周壁上加工沿轴向螺旋延伸的斜键；
将转子冲片沿着斜键逐片叠装，形成偏心圆螺杆旋转结构。
优选地，制作方法还包括：
将叠压好的偏心圆螺杆旋转结构进行二次装夹；
对装夹好的偏心圆螺杆旋转结构进行冲压，将磁通屏障冲压成型。
根据本申请的另一方面，提供了一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。
根据本申请的另一方面，提供了一种电动汽车，包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。
本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括沿周向间隔设置的多个磁障组，每个磁障组包括沿径向间隔设置的至少两个磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，转子铁芯还包括多个沿轴向叠置的转子冲片，转子冲片上设置有轴孔，轴孔相对于转子冲片偏心设置，各转子冲片的轴孔同轴设置，沿着从电机转子的一端到另一端的方向，转子冲片的外圆圆心呈绕轴孔的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。上述的电机转子，能够形成螺旋偏心式的电机转子，从而能够利用螺旋偏心的电机转子结构，改变轴向上每片转子冲片所处的磁场位置，形成动偏心的转子结构，可以提高反电势正弦度，有效抑制谐波磁场，降低由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。
附图说明
图1为本申请实施例的电机转子的立体结构示意图；
图2为本申请实施例的电机转子的结构示意图；
图3为本申请实施例的电机转子的侧视结构示意图；
图4为本申请实施例的电机转子的尺寸结构示意图；
图5为本申请实施例的电机转子的螺旋偏心示意图；
图6为本申请实施例的电机转子的螺旋偏心轴向示意图；
图7为本申请实施例的电机转子的生产工艺示意图；
图8为本申请实施例的电机转子的单边磁拉力分布示意图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；2、磁通屏障；3、导磁通道；4、转子冲片；5、轴孔；6、叠装轴；7、键槽；8、斜键；9、止挡凸缘。
具体实施方式
结合参见图1至图8所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯1，转子铁芯1包括沿周向间隔设置的多个磁障组，每个磁障组包括沿径向间隔设置的至少两个磁通屏障2，相邻的磁通屏障2之间形成导磁通道3，转子铁芯1还包括多个沿轴向叠置的转子冲片4，转子冲片4上设置有轴孔5，轴孔5相对于转子冲片4偏心设置，各转子冲片4的轴孔5同轴设置，沿着从电机转子的一端到另一端的方向，转子冲片4的外圆圆心呈绕轴孔5的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。
上述的电机转子，能够形成螺旋偏心式的电机转子，从而能够利用螺旋偏心的电机转子结构，改变轴向上每片转子冲片所处的磁场位置，形成动偏心的转子结构，可以提高反电势正弦度，有效抑制谐波磁场，降低由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。
在采用本申请的螺旋偏心的电机转子结构之后，能够使谐波磁场幅值下降90％，电机噪音相比无偏心结构转子降低4～6dB；此外，还使得谐波反电势含量低于1％，易于控制器控制，提高了控制精度；本申请的转子结构还能够有效降低装配偏心导致的单边磁拉力，避免电机运行过程中出现轴承损伤、扫膛等情况，增加电机运行可靠性。
在本实施例中，转子冲片4的外圆圆心的偏转角度为θ，转子铁芯1的轴向高度为h，其中θ随h的变化而变化。θ为偏心旋转角度，指铁芯中不同偏心圆的转子冲片4的外径距圆心最大距离处，相比初始位置偏移的角度。随螺旋偏心角度变化，转子最大偏心位置发生改变，外观上形成螺旋结构，轴向上每片转子冲片4所处的磁场位置不同。
Figure BDA0002309360640000041
其中L为转子铁芯1的轴向总高度，n为转子冲片4的外圆圆心在轴向上的旋转周期数。
优选地，转子冲片4的外圆圆心在轴向上的旋转周期数为n，其中n为偶数。
轴孔5的中心与转子冲片4的外圆圆心的偏心距离为Rs，电机转子外周的气隙厚度为δ，其中0.4≤Rs/δ≤0.6。
本申请的螺旋偏心结构转子，转子铁芯1中的每片转子冲片4都是偏心圆结构，且定子内圆圆心与电机转子的旋转中心同心，每片转子冲片4形成动偏心，而动偏心状态下的主要的谐波磁场，如齿谐波的峰值会有一定的削弱，削弱的幅值会补偿到附近的频率的峰值上，谐波电磁力频谱会呈现平滑。削弱幅度f变化如下：
Figure BDA0002309360640000042
式中，p2为无偏心状态下的谐波电磁激振力幅值，p1为动偏心状态下的谐波电磁激振力幅值，δ为气隙厚度。随着偏心距离Rs与气隙长度δ比值增大，削弱幅度f逐渐增大，但考虑到偏心量较大时容易产生扫膛，比值又不能太大，故综合可靠性以及齿谐波削弱强度，Rs与δ的比值选取0.4～0.6，此时谐波磁场相比无偏心状态下，能够削弱90％以上，同时由于谐波磁场的减少，电机的反电势谐波同步下降，下降至1％以内。
偏心又会对转轴造成持续地相同方向上的单边磁拉力，影响电机长期运转可靠性，故需要在对称的方向上再进行偏心，形成对称偏心结构，以平衡单边磁拉力。而采用本申请的螺旋偏心转子，铁芯中相邻的转子冲片4在磁场中的位置偏转了一定角度，从而形成螺旋结构，不仅均匀的平衡了偏心所带来的单边磁拉力，如图8，并且因为螺旋偏心作用，提高了反电势正弦度，从而降低了由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。
在本实施例中，电机转子还包括叠装轴6，转子冲片4叠装在叠装轴6上。该叠装轴6的结构与转子冲片4的结构匹配，方便转子冲片4安装在叠装轴6上，并形成偏心转子结构。
具体而言，转子冲片4的内周壁上设置有键槽7，叠装轴6的外周壁上设置有螺旋延伸的斜键8，键槽7安装在斜键8上。在转子冲片4叠装过程中，沿着斜键8的导向螺旋安装，当各转子冲片4安装到位后，会形成外观为螺旋型的转子结构，降低了转子冲片4形成螺旋偏心转子的难度，同时可以通过对斜键8的结构加工，保证所形成的螺旋偏心转子结构的尺寸更加精确，进一步提高电机的反电势正弦度。
优选地，在叠装轴6的末端设置有止挡凸缘9，该止挡凸缘9可以在转子冲片4的安装过程中，对转子冲片4的安装形成轴向止挡，从而保证转子冲片4能够快速准确安装到位。该止挡凸缘9的直径大于转子冲片4的轴孔5的直径。该止挡凸缘9可以与叠装轴6一体成型，也可以分开加工之后固定安装在叠装轴6上。
为了降低转子冲片4在叠装轴6上的安装难度，提高安装效率，优选地，键槽7与斜键8间隙配合，间隙为0.1～0.15mm，键槽7的槽壁和斜键8的外周的粗糙度小于或等于1.6。
斜键8的截面呈矩形、梯形、三角形或半圆形。
根据本申请的实施例，一种上述的电机转子的制作方法包括：加工预设数量的转子冲片4；在转子冲片4上加工轴孔5，并使得轴孔5相对于转子冲片4的外圆圆心偏心设置，各转子冲片4的规格相同；将转子冲片4叠置，使得各转子冲片4的轴孔5同轴，同时使得转子冲片4的外圆圆心沿轴向呈绕轴孔5的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。
通过上述的方法，能够快速准确地加工制作出螺旋偏心式电机转子，从而满足电机转子的设计需求。
通过该方式形成的电机转子，能够形成螺旋偏心式的电机转子，从而能够利用螺旋偏心的电机转子结构，改变轴向上每片转子冲片所处的磁场位置，形成动偏心的转子结构，可以提高反电势正弦度，有效抑制谐波磁场，降低由谐波电磁激振力引起的电磁噪音、振动。
将转子冲片4叠置，使得各转子冲片4的轴孔5同轴，同时使得转子冲片4的外圆圆心沿轴向呈绕轴孔5的中心轴线螺旋延伸的螺旋形的步骤包括：在转子冲片4的轴孔5内壁上加工键槽7，各转子冲片4上的键槽7位置相同；加工叠装轴6，并在叠装轴6的外周壁上加工沿轴向螺旋延伸的斜键8；将转子冲片4沿着斜键8逐片叠装，形成偏心圆螺杆旋转结构。采用上述方法，能够更加快速准确地对转子冲片4进行组装，并使得转子冲片4按照预设方式安装在叠装轴6上，形成螺旋偏心式转子结构。
制作方法还包括：将叠压好的偏心圆螺杆旋转结构进行二次装夹；对装夹好的偏心圆螺杆旋转结构进行冲压，将磁通屏障2冲压成型。
通过上述方式，能够加工出磁阻电机的磁通屏障，从而完成转子铁芯的加工过程。
根据本申请的实施例，磁阻电机包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。
根据本申请的实施例，电动汽车包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)包括沿周向间隔设置的多个磁障组，每个磁障组包括沿径向间隔设置的至少两个磁通屏障(2)，相邻的所述磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，所述转子铁芯(1)还包括多个沿轴向叠置的转子冲片(4)，所述转子冲片(4)上设置有轴孔(5)，所述轴孔(5)相对于所述转子冲片(4)偏心设置，各所述转子冲片(4)的轴孔(5)同轴设置，沿着从电机转子的一端到另一端的方向，所述转子冲片(4)的外圆圆心呈绕所述轴孔(5)的中心轴线螺旋延伸的螺旋形；各转子冲片(4)的规格相同。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子冲片(4)的外圆圆心的偏转角度为θ，所述转子铁芯(1)的轴向高度为h，其中θ随h的变化而变化。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，
Figure FDA0002965852990000011
其中L为转子铁芯(1)的轴向总高度，n为所述转子冲片(4)的外圆圆心在轴向上的旋转周期数。
4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子冲片(4)的外圆圆心在轴向上的旋转周期数为n，其中n为偶数。
5.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述轴孔(5)的中心与所述转子冲片(4)的外圆圆心的偏心距离为Rs，所述电机转子外周的气隙厚度为δ，其中0.4≤Rs/δ≤0.6。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子还包括叠装轴(6)，所述转子冲片(4)叠装在所述叠装轴(6)上。
7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述转子冲片(4)的内周壁上设置有键槽(7)，所述叠装轴(6)的外周壁上设置有螺旋延伸的斜键(8)，所述键槽(7)安装在所述斜键(8)上。
8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述键槽(7)与所述斜键(8)间隙配合，间隙为0.1～0.15mm，所述键槽(7)的槽壁和所述斜键(8)的外周的粗糙度小于或等于1.6。
9.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述斜键(8)的截面呈矩形、梯形、三角形或半圆形。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的电机转子的制作方法，其特征在于，包括：
加工预设数量的转子冲片(4)；
在转子冲片(4)上加工轴孔(5)，并使得轴孔(5)相对于转子冲片(4)的外圆圆心偏心设置，各转子冲片(4)的规格相同；
将转子冲片(4)叠置，使得各转子冲片(4)的轴孔(5)同轴，同时使得转子冲片(4)的外圆圆心沿轴向呈绕所述轴孔(5)的中心轴线螺旋延伸的螺旋形。
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，将转子冲片(4)叠置，使得各转子冲片(4)的轴孔(5)同轴，同时使得转子冲片(4)的外圆圆心沿轴向呈绕所述轴孔(5)的中心轴线螺旋延伸的螺旋形的步骤包括：
在转子冲片(4)的轴孔(5)内壁上加工键槽(7)，各转子冲片(4)上的键槽(7)位置相同；
加工叠装轴(6)，并在叠装轴(6)的外周壁上加工沿轴向螺旋延伸的斜键(8)；
将转子冲片(4)沿着斜键(8)逐片叠装，形成偏心圆螺杆旋转结构。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
将叠压好的偏心圆螺杆旋转结构进行二次装夹；
对装夹好的偏心圆螺杆旋转结构进行冲压，将磁通屏障(2)冲压成型。
13.一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至9中任一项所述的电机转子。
14.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电机转子。
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