CN212323828U - 一种旋转电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种旋转电机。该旋转电机包括定子和转子；所述转子包括转轴和固定于所述转轴的磁极，所述磁极中的至少一个的径向外表面设置有倒角；所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯位于所述磁极远离所述转轴的一侧，沿所述转子的轴向方向，所述倒角与所述定子铁芯存在重叠。本实用新型实施例所提供的旋转电机，通过在转子的磁极的径向外表面设置倒角，并将倒角设置为与定子铁芯在转子的转轴方向至少部分重叠，来改变电机的谐波磁阻，降低了电机的气隙合成磁场，进而降低了电机的电磁力，从而实现了减少电磁噪音的目的，提高了用户体验。

Description

一种旋转电机

技术领域

本实用新型实施例涉及电机技术，尤其涉及一种旋转电机。

背景技术

随着汽车技术的发展和应用，客户对汽车NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)和输出性能要求越来越高，发动机的声音越来越轻，整车厂对于汽车电机的噪音和输出性能也越来越严苛。

电机运行过程中，受电磁力作用而引起的振动，经过电机本体传播到周围空间，造成空气中质点振动而引起声波。当声波频率在20H～20kHz之间时，可以被人耳听到，这就是电磁噪音。

相关技术中，因为电机的结构影响，电机在运转过程中产生的电磁噪音较大，影响了用户体验。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种旋转电机，以降低电机的电磁噪音。

本实用新型实施例提供了一种旋转电机，包括定子和转子；

所述转子包括转轴和固定于所述转轴的磁极，所述磁极中的至少一个的径向外表面设置有倒角；

所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯位于所述磁极远离所述转轴的一侧，沿所述转子的轴向方向，所述倒角与所述定子铁芯存在重叠。

可选的，所述磁极包括至少一个极爪，至少一个所述极爪的外表面设置有斜切部，所述斜切部形成至少一个所述倒角。

可选的，所述斜切部为弧形面或者为具有预设角度的平滑面。

可选的，所述磁极的数量为两个；

两个所述磁极的全部所述极爪均设置有所述倒角；或者，一个所述磁极的全部所述极爪均设置有所述倒角；或者，两个所述磁极各自的部分所述极爪设置有所述倒角；或者，一个所述磁极的部分所述极爪设置有所述倒角。

可选的，至少一所述极爪具有一个所述倒角，一个所述倒角为第一倒角，且所述第一倒角位于所述极爪的爪根处。

可选的，至少一所述极爪具有两个倒角，分别为第一倒角和第二倒角；其中，

所述第二倒角位于所述极爪的爪根处；

所述第一倒角位于所述极爪的爪中或爪尖处，且沿所述转子的轴向方向，所述第一倒角与所述定子铁芯存在重叠。

可选的，所述第一倒角相接于所述第二倒角；或者，

所述第一倒角与所述第二倒角具有弧形过渡部。

可选的，沿所述轴向方向，所述第一倒角与所述定子铁芯的重叠长度满足如下关系：

0.01≤L2/L1≤0.3 (1)

式中：L1为所述定子铁芯的长度；L2为所述第一倒角与所述定子铁芯的重叠长度。

可选的，所述第一倒角与所述定子铁芯之间具有预设夹角，且所述预设夹角满足如下关系：

1°≤α1≤30° (2)

式中：α1为所述第一倒角与所述定子铁芯间的预设夹角。

可选的，所述转子还包括绕制于所述转轴的励磁线圈，所述励磁线圈的长度满足如下关系：

1.0≤L1/L4≤1.1 (3)

式中：L1为所述定子铁芯的长度；L4为所述励磁线圈的长度。

本实用新型实施例所提供的旋转电机，通过在转子的磁极的径向外表面设置倒角，并将倒角设置为与定子铁芯在转子的转轴方向至少部分重叠，来改变电机的谐波磁阻，降低了电机的气隙合成磁场，进而降低了电机的电磁力，实现了在不影响电机的整体结构的情况下，有效减少电磁噪音的目的，提高了用户体验。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种旋转电机的剖视图；

图2为图1所示旋转电机的另一角度的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种旋转电机的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种旋转电机的剖视图；

图5为本实用新型实施例提供的输出电流随励磁线圈与定子铁芯的长度比变化曲线图；

图6为本实用新型实施例提供的电机的电磁噪音随倒角与定子铁芯的重叠长度以及倒角与定子铁芯的预设夹角的变化曲线图。

具体实施方式

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部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种旋转电机的剖视图，本实施例所提供的旋转电机可应用于电动汽车，作为电动汽车的驱动电机。参考图1，该旋转电机包括定子和转子；

转子包括转轴11和固定于转轴11的磁极12，磁极12中的至少一个的径向外表面设置有倒角13；

定子包括定子铁芯21，定子铁芯21位于磁极12远离转轴11的一侧，沿转子的轴向方向，倒角13与定子铁芯21存在重叠。

具体地，转子的轴向方向即为转轴11的延伸方向，对应图1中的X方向，转子的径向方向垂直于转子的轴向方向，对应图1中的Y方向。

定子铁芯21设置有多个等间距的齿槽，各齿槽形状相同。定子还包括定子绕组，定子绕组绕制在齿槽中。在三相或多相电机中，通过配置三个或多个不同的定子绕组，实现输出。

通过在磁极12的径向外表面设置倒角13，且将倒角13设置为与定子铁芯21沿转子的轴向方向至少部分重叠，改变了电机的磁导分布，进而改变了磁密分布，并最终减小了电磁力，这样，在电机正常运转时，电机所产生的高次谐波减少，从而使得电机在运转时的振动减少，从而使得电机的电磁噪音减小，达到降噪效果。

下面对本实施例的转子结构能够实现降噪的原理作进一步介绍。

电机产生的电磁噪音主要原因是气隙磁场作用于定子铁芯21的径向分量，其通过磁轭向外传播，使定子铁芯21产生振动变形。其次是气隙磁场的切向分量，它与电磁转矩相反，使铁芯磁轭变形振动。

因而要降低电磁噪音，就要降低电磁力，以减少定子铁芯21以及铁芯磁轭所产生的振动变形。

根据电磁力原理公式：

式中，F_r为电磁力，B_r为气隙合成磁场。

可见，当气隙合成磁场减小时，电磁力相应减小，因而可以通过改变合成磁场来减小电磁力。

而当倒角13与定子铁芯21沿转子的轴向方向存在重叠时，改变了电机的磁导分布，并使得电机的气隙合成磁场得以减小。具体为：

根据气隙合成磁场原理公式：

B_r(θ,t,z)＝[F_s(θ,t)+F_f(θ,t,z)]·Λ(θ,t,z) (5)

式中，F_s(θ,t)为定子磁动势，F_f(θ,t,z)为转子磁动势，Λ(θ,t,z)为磁导。

由公式(5)可知，在定子磁动势和转子磁动势对磁密的影响一定的情况下，改变磁导分布即可影响到磁密，因而可以通过改变磁导Λ(θ,t,z)来改变磁密Br。

本实施例通过在磁极12的径向外表面设置倒角13来改变转子的径向外表面，并将倒角13设置为与定子铁芯21沿转子的轴向方向至少部分重叠，增大了电机两端气隙的距离，从而减小了相应部位的磁导，最终改变了电机气隙部位磁导的空间分布。根据电磁场仿真结果，本实施例所提供的旋转电机，能够抑制电机磁导的高次谐波，在相同定子磁动势的作用下，可以降低电机的径向磁密，从而可以有效降低电机的径向电磁力高阶次的幅值，最终达到降噪效果。

本实用新型实施例所提供的旋转电机，在不改变定转子模态的情况下，通过在转子的磁极的径向外表面设置倒角，并将倒角设置为与定子铁芯在转子的转轴方向至少部分重叠，来改变电机的谐波磁阻，降低了电机的气隙合成磁场，进而降低了电机的电磁力，从而实现了减少电磁噪音的目的，提高了用户体验。同时，通过设置倒角，改变了磁极的径向外表面，从而降低了转子的转动惯量，进而减少了转子重量，有助于提高电机的启动和制动性能。

可选的，图2为图1所示旋转电机的另一角度的剖视图。在上述实施例的基础上，参考图2。磁极12包括至少一个极爪，至少一个极爪的外表面设置有斜切部，斜切部形成至少一个倒角13。

具体地，极爪与磁极12采用一体式设置，极爪包括爪根和爪尖，爪根由磁极12的边缘沿轴向凸起而形成，且爪根沿轴向渐缩式延伸形成爪尖。

本实施例通过在极爪的外表面设置斜切部，由斜切部形成倒角13。具体而言，斜切部呈一定的角度由爪根处向爪尖方向进行延伸形成倒角13，使得所形成的倒角13与定子铁芯21在轴向部分重叠。

可选的，斜切部在对应极爪的布设数量为一个或两个，以使得对应极爪具有一个或两个倒角13。

在一个实施例中，至少一极爪具有一个倒角13，一个倒角13为第一倒角15，且第一倒角15位于极爪的爪根处。

图3为本实用新型实施例提供的另一种旋转电机的剖视图。参考图3，斜切部在对应极爪的布设数量为一个，一个斜切部形成于极爪的爪根处，并向极爪的爪尖方向延伸形成第一倒角15。

需要注意的是，斜切部的延伸端可以位于极爪的爪尖位置，也可以位于极爪的爪中位置，具体需要根据电机的性能要求从斜切部与定子铁芯的夹角以及斜切部与定子铁芯21在轴向的重叠长度L2这两个维度来确定斜切部延伸端的位置。

在另一实施例中，至少一极爪具有两个倒角，分别为第一倒角15和第二倒角16；其中，

第二倒角16位于极爪的爪根处；

第一倒角15位于极爪的爪中或爪尖处，且沿转子的轴向方向，第一倒角15与定子铁芯21存在重叠。

继续参考图2，斜切部在对应极爪的布设数量为两个，其中位于爪根处的斜切部形成为第二倒角16；另一斜切部与该斜切部相邻设置，形成第一倒角15。

此工况下，需要至少保证第一倒角15与定子铁芯21在轴向存在重叠。例如，可以将形成第二倒角16的斜切部的一个端部延伸至极爪的爪中位置，形成第一倒角15的斜切部由爪中位置向爪尖延伸，以实现第一倒角15与定子铁芯21在轴向存在重叠。

当然，也可以将第二倒角16设置为与定子铁芯21在轴向存在重叠，此工况即为第一倒角15和第二倒角16与定子铁芯21在轴向均存在重叠，在考虑电机稳定性的情况下，可结合仿真试验对形成这两个倒角的斜切部各自的角度以及与定子铁芯21在轴向的重叠长度L2分别进行调节，以使得电机具有最佳的降噪效果。

可选的，图4为本实用新型实施例提供的另一种旋转电机的剖视图。在上述实施例的基础上，参考图4和图3。斜切部为弧形面或者为具有预设角度的平滑面。

在此基础上，当一个极爪具有两个倒角时，可将其中的一个斜切部设置为弧形面，另一斜切部设置为平滑面；或者，将两个斜切部均设置为弧形面或平滑面。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图2。第一倒角15相接于第二倒角16；或者，

第一倒角15与第二倒角16具有弧形过渡部。

具体地，第一倒角15相接于第二倒角16，具体为第一倒角15与第二倒角16具有共同的端部，该情况例如可以为：在加工完成第二倒角16后，直接在第二倒角16的端部按照另一角度加工出另一斜切部形成第一倒角15。

或者，当第一倒角15与第二倒角16之间具有过渡部时，将过渡部加工成弧形，以使得第一倒角15逐渐向第二倒角16过渡。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图1。该旋转电机的磁极12的数量为两个；

两个磁极的全部极爪均设置有倒角13；或者，一个磁极12的全部极爪均设置有倒角13；或者，两个磁极各自的部分极爪设置有倒角13；或者，一个磁极12的部分极爪设置有倒角13。

具体地，两个磁极分别为前极和后极，前极和后极相对设置于磁轭的两端，形成一对磁极。在此基础上，各磁极12的边缘凸起部朝向对向的磁极12延伸，形成极爪。

在一优选实施例中，一对磁极均设置有多个极爪，多个极爪在各自磁极12的端部周向均匀设置，这样在电机正常运转的过程中，转子所产生的热量可通过周向分布的各极爪之间的间隙及时导出，从而提高了电机的散热性，有利于电机稳定工作。

当一对磁极均设置有极爪时，一对磁极的极爪交错设置。从而在转子的励磁线圈14提供励磁电流的情况下，转子的极爪之间产生NS磁场，转子的一对磁极通过极爪与定子铁芯21形成磁回路，用于进行磁导和散热。

实际使用中，为了提高电机工作的稳定性，通常将一对磁极使用对称式设置，即一对磁极的全部极爪均设置倒角13。

可选的，在上述实施例的基础上，为了实现最佳的降噪效果，沿轴向方向，第一倒角15与定子铁芯21的重叠长度L2满足如下关系：

0.01≤L2/L1≤0.3 (1)

式中：L1为定子铁芯的长度；L2为第一倒角与定子铁芯的重叠长度。

具体地，因为定子铁芯21的位置和长度固定，因而在电机的模态固定的情况下，可通过调整形成倒角13的斜切部的长度来调节倒角13与定子铁芯21的轴向重叠长度L2。

同时，根据仿真结果，在倒角13与定子铁芯21的轴向重叠长度L2一定的情况下，倒角13与定子铁芯21之间的夹角变化也会影响电机的降噪效果。在一个实施例中，倒角13与定子铁芯21的夹角α1按照如下关系进行确定：

第一倒角15与定子铁芯21之间具有预设夹角，且预设夹角满足如下关系：

1°≤α1≤30° (2)

式中：α1为第一倒角15与定子铁芯21间的预设夹角。

图6为本实用新型实施例提供的电机的电磁噪音随倒角与定子铁芯的重叠长度以及倒角与定子铁芯的预设夹角的变化曲线图。从图6可以看出，当倒角13与定子铁芯21的夹角在1°～30°之间增加时，电磁力逐渐减小；当倒角13与定子铁芯21在轴向的重叠长度L2在0.01～0.3之间增加时，电磁力逐渐减小。且在该角度范围内以及该重叠长度范围内，电磁力整体较小，从而使得电机具有最佳的降噪效果。

本实施例通过对倒角13与定子铁芯21的重叠长度L2以及倒角13与定子铁芯21间的预设夹角进行量化，当倒角13与定子铁芯21的轴向重叠长度L2满足公式(1)，且倒角13与定子铁芯21间的夹角满足公式(2)的范围时，电机磁导的高次谐波被有效抑制，从而在相同定子磁动势的作用下，能够有效降低电机径向电磁力高阶次的幅值，实现最佳的降噪效果。

本实施例中，因为极爪的径向外表面设置了倒角13，因而减少了极爪的外表面面积，而当径向外表面面积减少到一定程度时，平均气隙增大，这样综合磁阻便会增大，从而降低了电机的输出。为了解决该问题，本实施例通过改变定子铁芯21与励磁线圈14的长度比来增加有效磁通量，进而提高电机的输出。下面结合附图，对本实施例所提供的提高电机输出的方法作进一步介绍。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图1和图2。转子还包括绕制于转轴11的励磁线圈14，且励磁线圈14的长度满足如下关系：

1.0≤L1/L4≤1.1 (3)

式中：L1为定子铁芯的长度；L4为励磁线圈的长度。

具体地，转子的励磁线圈14提供励磁电流，从而在转子的极爪之间形成磁场。

定子绕组在转子交变磁场中产生交变电流。

L1为定子铁芯21的长度，其与定子绕组中导线的有效长度一致。该有效长度参与切割磁力线，产生磁动势E。根据导线电阻的计算公式：

式中：R为导线电阻；ρ为导线电阻率；L为导线长度；S为导线截面积。

可见，在导线截面积一定的情况下，导线长度越小，则导线的电阻值越小。根据发电电流的计算公式：

式中：E为磁动势；R为导线电阻。

可以得到，在导线电阻越小时，发电电流就越大，从而增加定子绕组中导线的有效长度可以提高电机的输出性能。

而因为磁动势的大小与励磁线圈14的长度有关，因而需要综合考量励磁线圈14的长度和定子绕组中导线的有效长度，以让电机具有最佳输出。

可选的，图5为本实用新型实施例提供的输出电流随励磁线圈与定子铁芯的长度比变化曲线图。从图5可以看出，当定子铁芯21的长度与励磁线圈14的长度比小于第一阈值值(对应图中的1.0)时，电机的输出电流随着定子铁芯21的长度与励磁线圈14的长度比的增加而持续增大；当定子铁芯21的长度与励磁线圈14的长度比增大到第二阈值时(对应图中的1.1)，电机的输出电流便会减小。经仿真试验得知，当将铁芯长度与励磁线圈14长度的比值按照公式(3)的范围进行设置时，电机具有最佳的输出电流值。

本实施例在励磁线圈14参数不变的情况下，通过改变定子铁芯21的长度，改变定子绕组中导线的有效长度，改变定子铁芯21的长度与励磁线圈14的长度的比值，而因为定子绕组导线长度的减小，使得导线电阻值减小，从而使电机的输出电流增加，实现了提高电机性能的目的。同时，减少了铁芯材料和定子绕组铜线的用量，降低了材料成本，也降低了电机的重量。

可选的，在上述实施例的基础上，还可以改变极爪爪尖径向厚度和极爪爪根径向厚度的比值，来优化转子的电磁磁路，提高有效磁通量，进而提高电机的输出值。

具体地，请继续参考图4，图中，H1为极爪的爪尖径向厚度，H2为极爪的爪根径向厚度。转子的渐缩式极爪侧面的切向磁通量，即切向漏磁，这直接影响电机的感应电动势，而相邻两个极爪间的切向磁通量与侧表面积有关。如果转子极爪的侧表面积过大，两个相邻极爪侧表面之间会有大量的漏磁，这会降低有效磁通量，降低电机输出。转子极爪的侧表面积与极爪的爪尖径向厚度H1和极爪的爪根径向厚度H2有关。同时，转子极爪侧表面尺寸与转子极爪强度相关，转子极爪需要承受高转速的工作模式。所以，极爪侧表面尺寸，以及极爪的爪尖径向厚度H1和极爪的爪根径向厚度H2需要在一个合理的范围内，需要减少切向漏磁，同时保证强度。当极爪的爪尖径向厚度H1和极爪的爪根径向厚度H2的比值满足如下关关系时，极爪侧表面尺寸的范围可以减小切向磁漏，保证强度，同时能提高有效的磁通量，从而提高电机的输出。

0.05≤H1/H2≤0.4 (8)

在本实用新型的一优选实施例中，极爪的爪尖径向厚度H1和极爪的爪根径向厚度H2的比值具体属于如下范围：H1/H2∈(0.05,0.1)U(0.25,0.4)。

本实施例通过调节转子极爪的爪尖径向厚度H1和极爪的爪根径向厚度H2的比值，有效地提高电磁磁路，减少漏磁，增加有效磁通量，从而提高电机的输出。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括定子和转子；

所述转子包括转轴和固定于所述转轴的磁极，所述磁极中的至少一个的径向外表面设置有倒角；

所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯位于所述磁极远离所述转轴的一侧，沿所述转子的轴向方向，所述倒角与所述定子铁芯存在重叠。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述磁极包括至少一个极爪，至少一个所述极爪的外表面设置有斜切部，所述斜切部形成至少一个所述倒角。

3.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述斜切部为弧形面或者为具有预设角度的平滑面。

4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述磁极的数量为两个；

两个所述磁极的全部所述极爪均设置有所述倒角；或者，一个所述磁极的全部所述极爪均设置有所述倒角；或者，两个所述磁极各自的部分所述极爪设置有所述倒角；或者，一个所述磁极的部分所述极爪设置有所述倒角。

5.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，至少一所述极爪具有一个所述倒角，一个所述倒角为第一倒角，且所述第一倒角位于所述极爪的爪根处。

6.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，至少一所述极爪具有两个倒角，分别为第一倒角和第二倒角；其中，

所述第二倒角位于所述极爪的爪根处；

所述第一倒角位于所述极爪的爪中或爪尖处，且沿所述转子的轴向方向，所述第一倒角与所述定子铁芯存在重叠。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，所述第一倒角相接于所述第二倒角；或者，

所述第一倒角与所述第二倒角具有弧形过渡部。

8.根据权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，沿所述轴向方向，所述第一倒角与所述定子铁芯的重叠长度满足如下关系：

0.01≤L2/L1≤0.3 (1)

式中：L1为所述定子铁芯的长度；L2为所述第一倒角与所述定子铁芯的重叠长度。

9.根据权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，所述第一倒角与所述定子铁芯之间具有预设夹角，且所述预设夹角满足如下关系：

1°≤α1≤30° (2)

式中：α1为所述第一倒角与所述定子铁芯间的预设夹角。

10.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述转子还包括绕制于所述转轴的励磁线圈，所述励磁线圈的长度满足如下关系：

1.0≤L1/L4≤1.1 (3)

式中：L1为所述定子铁芯的长度；L4为所述励磁线圈的长度。

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