CN112039239A - 用于永磁同步电机的转子压板及永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电机装置技术领域,具体而言,涉及一种用于永磁同步电机的转子压板,还涉及包含有该转子压板的永磁同步电机。转子压板包括板体和开设在所述板体中部的轴孔,所述转子压板的材质为磁性材料,所述板体上围绕所述板体的中心均匀分布有多个磁障,所述磁障与所述永磁同步电机的转子磁极一一对应。永磁同步电机包括定子和转子,其中转子包括两个转子压板和夹在两个所述转子压板之间的转子铁芯。转子压板应用于永磁同步电机后,转子压板一方面可以起到原有的固定锁紧的作用,另一方面通过变更转子压板的材质,使其具有更加优化的导磁性能,可以充分利用由于分布式绕组端部过高而存在的较大磁场,使整机的电流利用率更高。

Description

用于永磁同步电机的转子压板及永磁同步电机
技术领域
本申请涉及电机装置技术领域,具体而言,涉及一种用于永磁同步电机的转子压板,还涉及包含有该转子压板的永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生励磁磁场,三相定子绕组产生旋转磁场,带动转子旋转输出转矩。由于结构简单、具有高效、高功率密度等优点,广泛地运用在各类场合。现有的电机采用普通的转子压板结构,在功能上仅仅实现单一的固定作用,而且电机定子绕组上下端部距离转子铁芯还有很大空间没有利用。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题为:转子压板功能单一,且电机定子绕组上下端部距离转子铁芯还有很大空间没有利用。为了解决上述技术问题,本申请提供了一种用于永磁同步电机的转子压板,还涉及包含有该转子压板的永磁同步电机,以期通过改变现有转子压板的结构,来丰富转子压板的功能。
为了实现上述目的,根据本技术方案的一个方面,本发明实施例提供了一种用于永磁同步电机的转子压板。
根据本发明实施例第一方面的转子压板,其包括板体和开设在所述板体中部的轴孔,所述转子压板的材质为磁性材料,所述板体上围绕所述板体的中心均匀分布有多个磁障,所述磁障与所述永磁同步电机的转子磁极一一对应。
进一步地,所述磁障为开设在所述板体上的弧形槽,所述弧形槽沿所述板体的径向向所述板体的中部凸出。
进一步地,每一个所述磁障包括两个所述弧形槽,分别为沿所述板体径向排布的第一弧形槽和第二弧形槽。
进一步地,每个所述弧形槽的两个弧形槽壁所对应的圆心均位于所述板体外缘的外部。
进一步地,所述磁性材料为硅钢片。
进一步地,所述板体上开设有若干固定孔,所述固定孔围绕所述轴孔周向分布。
为了实现上述目的,根据本技术方案的第二个方面,本技术方案还提供了一种永磁同步电机。
根据本发明实施例第二方面的永磁同步电机包括定子和转子,其中转子包括两个转子压板和夹在两个所述转子压板之间的转子铁芯,其中转子压板为本发明实施例第一方面所提供的转子压板。
所述定子包括定子铁芯和设置在所述定子铁芯上的绕组,所述转子压板的外径大于所述转子铁芯的外径且小于所述绕组的内径。
进一步地,所述转子铁芯由若干转子冲片层叠形成,所述转子冲片上设置有周向分布的多个磁钢槽,所述磁障与所述磁钢槽对应设置。
进一步地,所述永磁同步电机为二极电机、四极电机、六极电机或八极电机。
在上述技术方案提供的转子压板应用于永磁同步电机后,转子压板一方面可以起到原有的固定锁紧的作用,另一方面通过变更转子压板的材质,使其具有更加优化的导磁性能,可以充分利用由于分布式绕组端部过高而存在的较大磁场,使整机的电流利用率更高。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解,使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例提供的转子挡板的立体结构示意图;
图2为本发明实施例提供的转子冲片的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的定子和转子的立体结构示意图;
图4为本发明实施例提供的定子和转子在剖视状态下的立体结构图;
图5为本发明实施例提供的转子压板的正投影视图;
图6为本发明实施例提供的定子和转子的剖视图;
图7为本发明实施例提供的永磁同步电机的仿真曲线图。
图中:
1、转子压板;101、板体;102、轴孔;103、第一弧形槽;104、第二弧形槽;105、固定孔;2、转子铁芯;201、转子冲片;202、磁钢槽;3、定子铁芯;4、绕组;5、精密螺帽;6、转轴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列单元的***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其单元。
在本申请中,术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例,并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位,或以特定方位进行构造和操作。
并且,上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外,还可能用于表示其他含义,例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外,术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如,“连接”可以是固定连接,可拆卸连接,或整体式构造;可以是机械连接,或电连接;可以是直接相连,或者是通过中间媒介间接相连,又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种转子压板1,该转子压板1具体应用于永磁同步电机。如图3、4和6所示,永磁同步电机结构包括有定子、转子和转轴,其中定子包括定子铁芯3和绕组4,转子包括转子铁芯2、转子压板1和磁钢。
通常,永磁同步电机的转子的锁紧结构都会采用转子压板1,而转子压板1顾名思义就是用来固定转子铁芯2,并压紧的一种零件,通常转子压板1分为上下两块,分别通过螺钉或铆钉固定在转子冲片201叠片的上下两端,并且同转子冲片201一起组成转子铁芯2,所述转子压板1的主要功能是通过铆钉或螺钉增加转子铁芯2的刚度,另一个作用是固定磁钢。
本发明实施例提供永磁同步电机中定子和转子的装配图如图3、4和6所示,其中定子铁芯3与在定子齿槽内部绕制的绕组4共同组成定子;转子铁芯2安装在转轴6上,转子压板1设置有两个且分别固定在转子铁芯2的上下两端,通过精密螺帽5挤压并锁紧转子铁芯2与转子压板1,将转轴6、转子铁芯2和其内部的磁钢固定锁紧。
如图1和5所示,本发明实施例提供的用于永磁同步电机的转子压板1包括板体101,板体101的结构通常为圆板状或圆片状,所述板体101中部开设用轴孔102,用于供转轴穿过,所述转子压板1的材质为磁性材料,所述板体101上围绕所述板体101的中心均匀分布有多个磁障,所述磁障与所述永磁同步电机转子的磁极一一对应。
上述实施例中的转子压板1在一定程度上可以增加电机的效率,其原理如图6所示,在沿轴向方向两端的L段内,由于永磁同步电机的分布式绕组4的固有特性,绕组4的端部过高,会明显超出转子铁芯2,此部分是存在较大的磁场的,传统电机内部此部分磁通并没有得到完全利用,本发明实施例中通过将处于该部分的转子压板1的材质设置有磁性材质,可以充分利用此部分的磁场,使整机的电流利用率更高。其中磁性材质优选的硅钢片。
通过在转子压板1上设置磁障,并将磁障按照与转子的磁极对应设置,即当转子铁芯2内设置磁钢作为永磁体时,作为一个磁极的永磁体均对应有一个磁障,表现的具体方式为转子压板1与转子铁芯2装配后,每一个磁障均正对某一个永磁体设置,该结构设计可增大电机的交轴与直轴的电感差值,进而增大电机的磁阻转矩,从而提高单位电流下的电机转矩,提高电流利用率,即起到了增效作用。
所述转子铁芯2由若干如图2所示的转子冲片201层叠形成,所述转子冲片201上设置有周向分布的多个磁钢槽202,所述磁障与所述磁钢槽202对应设置,当若干转子冲片201层叠形成转子铁芯2后,磁钢槽202层叠后形成用于固定永磁体的固定槽孔。
所述永磁同步电机包括但不限于二极电机、四极电机、六极电机或八极电机,永磁同步电机的极数与转子压板1上的磁障数量相对应。
作为一种可选的实施方式,如图1和5所示,所述磁障为开设在所述板体101上的弧形槽,所述弧形槽沿所述板体101的径向向所述板体101的中部凸出,即环形槽的弧形槽壁所对应的圆心与板体101的中心分布在弧形槽的两侧,并且每个所述弧形槽的两个弧形槽壁所对应的圆心均位于所述板体101外缘的外部。转子压板1上的弧形槽位置对应于转子的磁极,弧形槽沿所述板体101的径向向所述板体101的中部凸出可以使得转子挡板的交直轴电感差值最大,进而增大电机的磁阻转矩,从而提高单位电流下的电机转矩,提高了电流利用率,即起到了增效作用,获得较优的性能。
在一些实施例中,每一个所述磁障包括有多个弧形槽,例如图1中所示,每一个磁障包括有两个所述弧形槽,分别为沿所述板体101径向排布的第一弧形槽103和第二弧形槽104。每个磁障的弧形槽数量视工艺性而定,一般以2-4层弧形槽的设计可以获得较佳的电磁性能,一般小型电机可以选用3层弧形槽,当使用4层弧形槽时电磁性能会趋于饱和,但考虑到转子挡板实际具有有紧固作用,结构强度不能过低,因此优选为2层弧形槽。
作为一种可选的实施方式,如图6所示,转子压板1所应用的电机为6极电机,转子压板1上对应于六个磁极设计有六个磁障,六个磁障围绕转子压板1的中心均匀分布,每个磁障由第一弧形槽103和第二弧形槽104组成,第一弧形槽103两个弧形壁面和第二弧形槽104两个弧形壁面对应的圆心均位于转子压板1外圆的外部,所述第一弧形槽103的两个弧形壁面所处圆的半径分别为Ra和Rb;所述第二弧形槽104的两个弧形壁面所处圆的半径分别为Rc、Rd,转子挡板的半径为φ,第一弧形槽103的槽宽为h1,第二弧形槽104的槽宽为h2,以所列举的有关转子压板1的设计参数可以按照实际情况,根据不同设计需求更改参数的范围。通过实验发现,当各参数满足有以下关系时,可以获得较优的增效作用:
Rb=1.13Ra~1.14Ra;
Rd=1.1Rc~1.11Rc;
2.5mm<h1≈h2<3mm
Ra=(1.12~1.13)Φ/2
Rc=(1.04~1.05)Φ/2
对采用现有技术中的转子挡板的永磁同步电机和采用本申请实施例提供的转子挡板的永磁同步电机进行仿真模拟,获得图7中所示的两条曲线,两条曲线给出了转矩在10ms周期内的数值变化,其中曲线1为使用本申请转子挡板条件下的仿真数值,其具体设计方式如图所示,其中Rb=1.14Ra;Rd=1.11Rc;Ra=0.56Φ;Rc=0.52Φ;曲线2为使用现有技术中转子挡板条件下的仿真数据,即不具备磁障,其他设计参数与曲线1对应的永磁同步电机结构相同,可以明显对比出,两种转矩脉动近似,但曲线1的转矩明显大于曲线2的转矩,说明本申请实施例提供的转子挡板结构可起到明显的增效作用。
由于转子压板1材料选择为硅钢片等磁性材料,使其具有更加优化的导磁性能,但是磁性材料的转子压板1在用精密螺母锁紧时往往引起刚度不足,为了保证转子铁芯2和转子压板1的结构强度,在一些实施例中,所述板体101上开设有若干固定孔105,所述固定孔105围绕所述轴孔102周向分布。优选的,固定孔105围绕轴孔102均匀分布,使得转子压板1在周向上受力更加均匀。
如图6所示,所述定子包括定子铁芯3和设置在所述定子铁芯3上的绕组4,所述转子压板1的外径大于所述转子铁芯2的外径且小于所述绕组4的内径。该转子挡板外径略大于转子铁芯2外径,小于绕组4内圈内径(与绕组4内圈的距离大于电气绝缘要求),转子压板1大于转子铁芯2的外径设计可以有效减小整机的漏磁,进而提高电机转矩、电机效率,且减小漏磁可以提高***电性能的利用率,可以增加***效率,在安装上工艺简单易于实施。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于永磁同步电机的转子压板,包括板体(101)和开设在所述板体(101)中部的轴孔(102),其特征在于,所述转子压板(1)的材质为磁性材料,所述板体(101)上围绕所述板体(101)的中心均匀分布有多个磁障,所述磁障与所述永磁同步电机的转子磁极一一对应。
2.根据权利要求1所述的转子压板,其特征在于,所述磁障为开设在所述板体(101)上的弧形槽,所述弧形槽沿所述板体(101)的径向向所述板体(101)的中部凸出。
3.根据权利要求2所述的转子压板,其特征在于,每一个所述磁障包括两个所述弧形槽,分别为沿所述板体(101)径向排布的第一弧形槽(103)和第二弧形槽(104)。
4.根据权利要求2所述的转子压板,其特征在于,每个所述弧形槽的两个弧形槽壁所对应的圆心均位于所述板体(101)外缘的外部。
5.根据权利要求1所述的转子压板,其特征在于,所述磁性材料为硅钢片。
6.根据权利要求1所述的转子压板,其特征在于,所述板体(101)上开设有若干固定孔(105),所述固定孔(105)围绕所述轴孔(102)周向分布。
7.一种永磁同步电机,包括定子和转子,其特征在于,所述转子包括两个如权利要求1-6任一项所述的转子压板(1)和夹在两个所述转子压板(1)之间的转子铁芯(2)。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机,其特征在于,所述定子包括定子铁芯(3)和设置在所述定子铁芯(3)上的绕组(4),所述转子压板(1)的外径大于所述转子铁芯(2)的外径且小于所述绕组(4)的内径。
9.根据权利要求7所述的永磁同步电机,其特征在于,所述转子铁芯(2)由若干转子冲片(201)层叠形成,所述转子冲片(201)上设置有周向分布的多个磁钢槽(202),所述磁障与所述磁钢槽(202)对应设置。
10.根据权利要求7所述的永磁同步电机,其特征在于,所述永磁同步电机为二极电机、四极电机、六极电机或八极电机。
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