CN219499060U - 一种低速永磁同步电机的定转子结构 - Google Patents

一种低速永磁同步电机的定转子结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及环卫车辆用的电机技术领域，公开了一种低速永磁同步电机的定转子结构。定子绕组采用双层短距绕组，能够有效的改善电机反电势波形，削弱谐波，改善电机的电磁性能。采用分开的一字型磁钢槽组、以及在一字型磁钢槽组的两侧设置隔磁孔，能够有效地改善电机的机械性能和低速效率区间，并且转子拓扑为内置一字型，较表贴式转子，工艺简单，成本较低。设置四边形减重孔和五边形减重孔，双层错开的减重孔能够减小电机的质量，也能提高电机的结构强度、改善机械性能。在转子轴孔内设有带偏移角度的键槽和标记槽，利于电机的分段轴向斜极，改善电机的扭矩脉动和NVH性能。

Description

一种低速永磁同步电机的定转子结构
技术领域
本实用新型涉及环卫车辆用的电机技术领域，具体涉及一种低速永磁同步电机的定转子结构。
背景技术
中国专利CN217984706U公开了一种高转密表贴式永磁同步电机的定转子结构，如图1所示，该专利记载了的转子组件包括转子冲片和均匀布置在转子冲片外圆上的多个磁钢装配槽，磁钢装配槽内固定有转子磁钢；相邻磁钢装配槽之间的转子冲片上设有凸起的转子磁桥，转子磁桥上开设有辅助隔磁槽。
在环卫车辆的上装电机中，由于上述专利中采用表贴式的转子拓扑结构，采用表贴式的转子拓扑结构电机的磁阻转矩不及内置式拓扑，也不利于电机的高速运行；并且瓦片状的磁钢加工成本较高，装配工艺也较为复杂。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种低速永磁同步电机的定转子结构，能够有效的改善电机反电势波形，削弱谐波，改善电机的电磁性能，并且具有工艺简单、成本低的特点。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种低速永磁同步电机的定转子结构，包括定子冲片和与定子冲片相匹配的转子冲片，转子冲片外侧和定子冲片内侧之间留有均匀气隙；其特征在于：
定子冲片包括定子轭部、位于定子轭部内圈周向间隔布设的定子齿部、相邻两个定子齿部构成定子槽，以及设于定子槽内的定子绕组，定子齿部采用平行齿的结构形式，定子绕组采用双层短距绕组；
转子冲片包括转子冲片本体和设于转子冲片本体中心的轴孔，转子冲片本体分为若干个单元磁极；在每个单元磁极内设有一字型磁钢槽组，在一字型磁钢槽组中部设有等宽隔磁桥，等宽隔磁桥将一字型磁钢槽组分割为左磁钢槽和右磁钢槽，等宽隔磁桥、以及左磁钢槽和右磁钢槽均分别关于d轴中心线对称布设，在左磁钢槽和右磁钢槽内分别设有左磁钢和右磁钢；
在相邻两个一字型磁钢槽组之间设有关于q轴中心线对称布设的隔磁孔。
按上述技术方案，定子冲片的外径Φ1的取值范围为200mm～220mm，定子冲片的定子裂比χ的取值范围为0.6～0.67，其中Φ2表示定子冲片的内径；电机的定子轭部占比γ的取值范围为0.33～0.40，其中/>L1表示定子轭部的厚度。
按上述技术方案，定子齿部的宽度W1的取值范围为3.3mm～3.6mm，电机的齿槽比k的取值范围为1.1～1.2，其中，定子槽中点的宽度为W2。
按上述技术方案，电机的单边气隙δ的取值范围为0.65mm～0.8mm，其中，Φ3表示转子冲片的外径。
按上述技术方案，隔磁孔呈现近似矩形结构，顺时针方向包括垂直于q轴中心线的外侧第一边线、内侧第三边线和平行于q轴中心线的第二边线、第四边线，第二边线和第四边线的距离W3的取值范围为4.5mm～5.5mm，第一边线和第三边线的距离L2的取值范围为4.0mm～5.0mm；隔磁孔的四个倒角均为R1，R1的取值范围为0.8mm～1.2mm。
按上述技术方案，左磁钢槽或右磁钢槽包括首尾依次相连的与等宽隔磁桥边线重合的内侧短边线、垂直于内侧短边线的外侧长边线、与转子外圆边线平行的第一磁钢槽边线、与临近隔磁孔的第二边线或第四边线平行的第二磁钢槽边线、呈直线布设的第三磁钢槽边线、磁钢限位、以及垂直于内侧短边线的内侧长边线；等宽隔磁桥的宽度H3的取值范围为1.2mm～1.4mm；第一磁钢槽边线与转子外圆边线的宽度H1的取值范围为1.1mm～1.4mm，隔磁孔远离轴孔的第一边线与转子外圆周线的最小间距为宽度H1；第二磁钢槽边线与隔磁孔的第二边线的距离H2的取值范围为1.0mm～1.2mm，第一磁钢槽边线和第二磁钢槽边线连接处的倒角R4的取值范围为0.8mm～1.2mm，第二磁钢槽边线和第三磁钢槽边线连接处的倒角R3的取值范围为0.7mm～0.8mm；磁钢限位的长度L3的取值范围为1.1mm～1.4mm，磁钢限位和第三磁钢槽边线的夹角α1的取值范围60°～75°，磁钢限位和第三磁钢槽边线夹角处的倒角R2的取值范围为0.3mm～0.4mm。
按上述技术方案，在左磁钢槽或右磁钢槽的外侧长边线上均设有凸起的通孔，通孔位于外侧长边线靠近等宽隔磁桥的端头，通孔的边线由直线段和倒角段组成，直线段的起点位于外侧长边线上，倒角段位于直线段和内侧短边线的连接处；直线段的起点距离内侧短边线的距离L4的取值范围为1.8mm～2.2mm，直线段和外侧长边线的夹角α2的取值范围145°～165°，倒角段的倒角R5的取值范围为0.5mm～0.8mm。
按上述技术方案，还包括关于d轴中心线对称布设且落在d轴中心线上的四边形减重孔和关于q轴中心线对称布设且落在q轴中心线上的五边形减重孔，四边形减重孔位于轴孔和一字型磁钢槽组之间，五边形减重孔位于四边形减重孔和一字型磁钢槽组之间。
按上述技术方案，四边形减重孔包括与轴孔边线平行的内侧弧边线和外侧弧边线、以及位于内侧和外侧弧边线之间的第一侧边线，内侧弧边线和轴孔边线之间的距离W4的取值范围为5.0mm～6.0mm，内侧弧边线和外侧弧边线之间的间距W5的取值范围为9mm～11mm，第一侧边线与q轴中心线之间的间距L5的取值范围为2.8mm～3.2mm，四边形减重孔的四个倒角均为R6，R6的取值范围为3.0mm～4.0mm；
五边形减重孔包括与四边形减重孔的外侧弧边线平行的底部弧边线、位于底部弧边线两侧的第二侧边线、以及关于q轴对称布设的顶部边线，第二侧边线和顶部边线均呈直线布设，相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间平行布设，且相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间的间距L6的取值范围为6.0mm～7.0mm，四边形减重孔的外侧弧边线和五边形减重孔的底部弧边线之间的距离W6的取值范围为4.0mm～4.8mm，底部弧边线与顶部边线之间的最小间距L7的取值范围为7.5mm～8.5mm，第二侧边线和顶部边线之间的夹角α3的取值范围为80°～85°；底部弧边线和第二侧边线连接处的倒角R7的取值范围为3.0mm～3.5mm，第二侧边线和顶部边线连接处的倒角R8的取值范围为3.8mm～4.2mm，顶部边线和顶部边线连接处的倒角R9的取值范围为6.0mm～8.0mm。
按上述技术方案，还包括铆钉孔，铆钉孔的圆心落在d轴中心线上，铆钉孔的直径的取值范围为4.1mm～5.1mm，铆钉孔的边线与内侧长边线的距离L8的取值范围为5.0mm～6.0mm；在转子轴孔内设有带偏移角度的键槽和标记槽。
本实用新型具有以下有益效果：
1、定子绕组采用双层短距绕组，能够有效的改善电机反电势波形，削弱谐波，改善电机的电磁性能。另外，采用分开的一字型磁钢槽组、以及在一字型磁钢槽组的两侧设置隔磁孔，能够有效地改善电机的机械性能和低速效率区间，并且转子拓扑为内置一字型，较表贴式转子，工艺简单，成本较低。
2、设置四边形减重孔和五边形减重孔，双层错开的减重孔能够减小电机的质量，也能提高电机的结构强度、改善机械性能。
3、在转子轴孔内设有带偏移角度的键槽和标记槽，利于电机的分段轴向斜极，改善电机的扭矩脉动和NVH性能。
附图说明
图1是现有冲片图的结构示意图；
图2是本实用新型提供实施例的结构示意图；
图3是本实用新型提供实施例的定子拓扑图；
图4是本实用新型提供实施例的转子拓扑图；
图5是本实用新型提供实施例的定子细节图；
图6是本实用新型提供实施例的转子磁极细节图1；
图7是本实用新型提供实施例的转子磁极细节图2；
图8是本实用新型提供实施例的转子磁极细节图3；
图9是本实用新型提供实施例的减重孔细节图1；
图10是本实用新型提供实施例的减重孔细节图2；
图中，1、定子冲片；2、转子冲片；3、均匀气隙；4、定子轭部；5、定子齿部；6、定子槽；7、定子绕组；8、转子冲片本体；9、轴孔；10、一字型磁钢槽组；11、磁钢；12、隔磁孔；13、四边形减重孔；14、五边形减重孔；15、铆钉孔；16、键槽；17、标记槽；A、d轴中心线；B、q轴中心线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
参照图2～图4所示，本实用新型提供的一种低速永磁同步电机的定转子结构，包括定子冲片1和与定子冲片相匹配的转子冲片2，转子冲片外侧和定子冲片内侧之间留有均匀气隙3。
定子冲片包括定子轭部4、位于定子轭部内圈周向间隔布设的定子齿部5、相邻两个定子齿部构成定子槽6，以及设于定子槽内的定子绕组7，定子齿部采用平行齿的结构形式，定子绕组采用双层短距绕组。
转子冲片包括转子冲片本体8和设于转子冲片本体中心的轴孔9，转子冲片本体分为若干个单元磁极；在每个单元磁极内设有一字型磁钢槽组10，在一字型磁钢槽组中部设有等宽隔磁桥，等宽隔磁桥将一字型磁钢槽组分割为左磁钢槽和右磁钢槽，等宽隔磁桥、以及左磁钢槽和右磁钢槽均分别关于d轴中心线A对称布设，在左磁钢槽和右磁钢槽内分别设有左磁钢和右磁钢(即图中磁钢11)。
在相邻两个一字型磁钢槽组之间设有关于q轴中心线B对称布设的隔磁孔12。
本实施方式定子绕组采用双层短距绕组，能够有效的改善电机反电势波形，削弱谐波，改善电机的电磁性能。另外，采用分开的一字型磁钢槽组、以及在一字型磁钢槽组的两侧设置隔磁孔，能够有效地改善电机的机械性能和低速效率区间，并且转子拓扑为内置一字型，较表贴式转子，工艺简单，成本较低。
参照图5所示，进一步，定子冲片的外径Φ1的取值范围为200mm～220mm，定子冲片的定子裂比χ的取值范围为0.6～0.67，其中Φ2表示定子冲片的内径；电机的定子轭部占比γ的取值范围为0.33～0.40，其中/>L1表示定子轭部的厚度。
进一步，定子齿部的宽度W1的取值范围为3.3mm～3.6mm，电机的齿槽比k的取值范围为1.1～1.2，其中，定子槽中点的宽度为W2。
参照图6～8所示，进一步，电机的单边气隙δ的取值范围为0.65mm～0.8mm，其中，Φ3表示转子冲片的外径。
进一步，隔磁孔呈现近似矩形结构，顺时针方向包括垂直于q轴中心线的外侧第一边线、内侧第三边线和平行于q轴中心线的第二边线、第四边线，第二边线和第四边线的距离W3的取值范围为4.5mm～5.5mm，第一边线和第三边线的距离L2的取值范围为4.0mm～5.0mm；隔磁孔的四个倒角均为R1，R1的取值范围为0.8mm～1.2mm。
进一步，左磁钢槽或右磁钢槽包括首尾依次相连的与等宽隔磁桥边线重合的内侧短边线、垂直于内侧短边线的外侧长边线、与转子外圆边线平行的第一磁钢槽边线、与临近隔磁孔的第二边线或第四边线平行的第二磁钢槽边线、呈直线布设的第三磁钢槽边线、磁钢限位、以及垂直于内侧短边线的内侧长边线；等宽隔磁桥的宽度H3的取值范围为1.2mm～1.4mm；第一磁钢槽边线与转子外圆边线的宽度H1的取值范围为1.1mm～1.4mm，隔磁孔远离轴孔的第一边线与转子外圆周线的最小间距为宽度H1；第二磁钢槽边线与隔磁孔的第二边线的距离H2的取值范围为1.0mm～1.2mm，第一磁钢槽边线和第二磁钢槽边线连接处的倒角R4的取值范围为0.8mm～1.2mm，第二磁钢槽边线和第三磁钢槽边线连接处的倒角R3的取值范围为0.7mm～0.8mm；磁钢限位的长度L3的取值范围为1.1mm～1.4mm，磁钢限位和第三磁钢槽边线的夹角α1的取值范围60°～75°，磁钢限位和第三磁钢槽边线夹角处的倒角R2的取值范围为0.3mm～0.4mm。
在一些实施例中，在左磁钢槽或右磁钢槽的外侧长边线上均设有凸起的通孔，通孔位于外侧长边线靠近等宽隔磁桥的端头，通孔的边线由直线段和倒角段组成，直线段的起点位于外侧长边线上，倒角段位于直线段和内侧短边线的连接处；直线段的起点距离内侧短边线的距离L4的取值范围为1.8mm～2.2mm，直线段和外侧长边线的夹角α2的取值范围145°～165°，倒角段的倒角R5的取值范围为0.5mm～0.8mm。
参照图9～10所示，在一些实施例中，还包括关于d轴中心线对称布设且落在d轴中心线上的四边形减重孔13和关于q轴中心线对称布设且落在q轴中心线上的五边形减重孔14，四边形减重孔位于轴孔和一字型磁钢槽组之间，五边形减重孔位于四边形减重孔和一字型磁钢槽组之间。双层错开的减重孔能够减小电机的质量，也能提高电机的结构强度，改善机械性能。
进一步，四边形减重孔包括与轴孔边线平行的内侧弧边线和外侧弧边线、以及位于内侧和外侧弧边线之间的第一侧边线，内侧弧边线和轴孔边线之间的距离W4的取值范围为5.0mm～6.0mm，内侧弧边线和外侧弧边线之间的间距W5的取值范围为9mm～11mm，第一侧边线与q轴中心线之间的间距L5的取值范围为2.8mm～3.2mm，四边形减重孔的四个倒角均为R6，R6的取值范围为3.0mm～4.0mm。
五边形减重孔包括与四边形减重孔的外侧弧边线平行的底部弧边线、位于底部弧边线两侧的第二侧边线、以及关于q轴对称布设的顶部边线，第二侧边线和顶部边线均呈直线布设，相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间平行布设，且相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间的间距L6的取值范围为6.0mm～7.0mm，四边形减重孔的外侧弧边线和五边形减重孔的底部弧边线之间的距离W6的取值范围为4.0mm～4.8mm，底部弧边线与顶部边线之间的最小间距L7的取值范围为7.5mm～8.5mm，第二侧边线和顶部边线之间的夹角α3的取值范围为80°～85°；底部弧边线和第二侧边线连接处的倒角R7的取值范围为3.0mm～3.5mm，第二侧边线和顶部边线连接处的倒角R8的取值范围为3.8mm～4.2mm，顶部边线和顶部边线连接处的倒角R9的取值范围为6.0mm～8.0mm。
在一些实施例中，还包括铆钉孔15，铆钉孔的圆心落在d轴中心线上，铆钉孔的直径的取值范围为4.1mm～5.1mm，铆钉孔的边线与内侧长边线的距离L8的取值范围为5.0mm～6.0mm；在转子轴孔内设有带偏移角度的键槽16和标记槽17，利于电机的分段轴向斜极，改善电机的扭矩脉动和NVH性能。
本实用新型适用于环卫作业的上装电机所开发，满足上装电机低速高效的性能需求，该冲片能够使得最高效率区在额定转速1500rpm-2500rpm、额定扭矩40N.m-120N.m之间。
以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种低速永磁同步电机的定转子结构，包括定子冲片和与定子冲片相匹配的转子冲片，转子冲片外侧和定子冲片内侧之间留有均匀气隙；其特征在于：
定子冲片包括定子轭部、位于定子轭部内圈周向间隔布设的定子齿部、相邻两个定子齿部构成定子槽，以及设于定子槽内的定子绕组，定子齿部采用平行齿的结构形式，定子绕组采用双层短距绕组；
转子冲片包括转子冲片本体和设于转子冲片本体中心的轴孔，转子冲片本体分为若干个单元磁极；在每个单元磁极内设有一字型磁钢槽组，在一字型磁钢槽组中部设有等宽隔磁桥，等宽隔磁桥将一字型磁钢槽组分割为左磁钢槽和右磁钢槽，等宽隔磁桥、以及左磁钢槽和右磁钢槽均分别关于d轴中心线对称布设，在左磁钢槽和右磁钢槽内分别设有左磁钢和右磁钢；
在相邻两个一字型磁钢槽组之间设有关于q轴中心线对称布设的隔磁孔。
2.根据权利要求1所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：定子冲片的外径Φ1的取值范围为200mm～220mm，定子冲片的定子裂比χ的取值范围为0.6～0.67，其中Φ2表示定子冲片的内径；电机的定子轭部占比γ的取值范围为0.33～0.40，其中L1表示定子轭部的厚度。
3.根据权利要求1所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：定子齿部的宽度W1的取值范围为3.3mm～3.6mm，电机的齿槽比k的取值范围为1.1～1.2，其中，定子槽中点的宽度为W2。
4.根据权利要求2所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：电机的单边气隙δ的取值范围为0.65mm～0.8mm，其中，Φ3表示转子冲片的外径。
5.根据权利要求1所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：隔磁孔呈现近似矩形结构，顺时针方向包括垂直于q轴中心线的外侧第一边线、内侧第三边线和平行于q轴中心线的第二边线、第四边线，第二边线和第四边线的距离W3的取值范围为4.5mm～5.5mm，第一边线和第三边线的距离L2的取值范围为4.0mm～5.0mm；隔磁孔的四个倒角均为R1，R1的取值范围为0.8mm～1.2mm。
6.根据权利要求5所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：左磁钢槽或右磁钢槽包括首尾依次相连的与等宽隔磁桥边线重合的内侧短边线、垂直于内侧短边线的外侧长边线、与转子外圆边线平行的第一磁钢槽边线、与临近隔磁孔的第二边线或第四边线平行的第二磁钢槽边线、呈直线布设的第三磁钢槽边线、磁钢限位、以及垂直于内侧短边线的内侧长边线；等宽隔磁桥的宽度H3的取值范围为1.2mm～1.4mm；第一磁钢槽边线与转子外圆边线的宽度H1的取值范围为1.1mm～1.4mm，隔磁孔远离轴孔的第一边线与转子外圆周线的最小间距为宽度H1；第二磁钢槽边线与隔磁孔的第二边线的距离H2的取值范围为1.0mm～1.2mm，第一磁钢槽边线和第二磁钢槽边线连接处的倒角R4的取值范围为0.8mm～1.2mm，第二磁钢槽边线和第三磁钢槽边线连接处的倒角R3的取值范围为0.7mm～0.8mm；磁钢限位的长度L3的取值范围为1.1mm～1.4mm，磁钢限位和第三磁钢槽边线的夹角α1的取值范围60°～75°，磁钢限位和第三磁钢槽边线夹角处的倒角R2的取值范围为0.3mm～0.4mm。
7.根据权利要求6所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：在左磁钢槽或右磁钢槽的外侧长边线上均设有凸起的通孔，通孔位于外侧长边线靠近等宽隔磁桥的端头，通孔的边线由直线段和倒角段组成，直线段的起点位于外侧长边线上，倒角段位于直线段和内侧短边线的连接处；直线段的起点距离内侧短边线的距离L4的取值范围为1.8mm～2.2mm，直线段和外侧长边线的夹角α2的取值范围145°～165°，倒角段的倒角R5的取值范围为0.5mm～0.8mm。
8.根据权利要求1所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：还包括关于d轴中心线对称布设且落在d轴中心线上的四边形减重孔和关于q轴中心线对称布设且落在q轴中心线上的五边形减重孔，四边形减重孔位于轴孔和一字型磁钢槽组之间，五边形减重孔位于四边形减重孔和一字型磁钢槽组之间。
9.根据权利要求8所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：
四边形减重孔包括与轴孔边线平行的内侧弧边线和外侧弧边线、以及位于内侧和外侧弧边线之间的第一侧边线，内侧弧边线和轴孔边线之间的距离W4的取值范围为5.0mm～6.0mm，内侧弧边线和外侧弧边线之间的间距W5的取值范围为9mm～11mm，第一侧边线与q轴中心线之间的间距L5的取值范围为2.8mm～3.2mm，四边形减重孔的四个倒角均为R6，R6的取值范围为3.0mm～4.0mm；
五边形减重孔包括与四边形减重孔的外侧弧边线平行的底部弧边线、位于底部弧边线两侧的第二侧边线、以及关于q轴对称布设的顶部边线，第二侧边线和顶部边线均呈直线布设，相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间平行布设，且相邻两个五边形减重孔的第二侧边线之间的间距L6的取值范围为6.0mm～7.0mm，四边形减重孔的外侧弧边线和五边形减重孔的底部弧边线之间的距离W6的取值范围为4.0mm～4.8mm，底部弧边线与顶部边线之间的最小间距L7的取值范围为7.5mm～8.5mm，第二侧边线和顶部边线之间的夹角α3的取值范围为80°～85°；底部弧边线和第二侧边线连接处的倒角R7的取值范围为3.0mm～3.5mm，第二侧边线和顶部边线连接处的倒角R8的取值范围为3.8mm～4.2mm，顶部边线和顶部边线连接处的倒角R9的取值范围为6.0mm～8.0mm。
10.根据权利要求1所述的低速永磁同步电机的定转子结构，其特征在于：还包括铆钉孔，铆钉孔的圆心落在d轴中心线上，铆钉孔的直径的取值范围为4.1mm～5.1mm，铆钉孔的边线与内侧长边线的距离L8的取值范围为5.0mm～6.0mm；在转子轴孔内设有带偏移角度的键槽和标记槽。
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