CN208316442U - 转子和永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转子和永磁电机，所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯包括多个周向分布的磁极；每一所述磁极包括空气槽、用于安装第一磁钢的第一磁钢槽以及两个分别用于安装第二磁钢的第二磁钢槽，所述第一磁钢槽关于所述磁极的直轴对称，所述两个第二磁钢槽在所述磁极的直轴两侧呈V形对称分布，所述空气槽位于所述两个第二磁钢槽之间，且所述空气槽关于所述磁极的直轴对称；每一所述第二磁钢槽的下端与所述空气槽之间的磁桥的两个侧壁分别平行于所述磁极的直轴。本实用新型通过使第二磁钢槽与空气槽之间的磁桥等宽，并与磁极的直轴平行，可在提升磁桥的强度的同时，减小第二磁钢的漏磁。

Description

转子和永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，更具体地说，涉及一种转子和永磁电机。

背景技术

环境污染和能源危机促使新能源汽车行业，尤其是电动汽车行业蓬勃发展，车用驱动电机作为电动汽车的关键执行部件之一，其性能对于整车的性能至关重要。由于具有较高的功率密度和较高的效率等优点，永磁电机已被广泛应用于车用驱动电机领域。为了提升驱动系统的功率密度，通常采用永磁电机和减速器配合的方式来给电动汽车提供驱动力。

由于电动汽车特殊的运行工况，通常要求驱动系统具备较高的功率密度，因此永磁电机的最高转速通常较高。而较高的转速，也导致永磁电机转子的离心力较大，因此转子的机械强度对永磁电机的稳定运行至关重要。与此同时，驱动系统的轻量化也是其发展应用的关键问题。

如图1所示，为传统转子结构示意图，该转子的转子铁芯1上具有多个磁钢槽11、12，且每一磁钢槽11、12内具有磁钢2。由于在电机高速旋转时，转子铁芯1上的磁钢2以及磁桥13所受到的离心力增大，较薄的磁桥会导致磁桥断裂，从而使磁钢2及磁桥13飞散。为了提升转子铁芯的机械强度，通常采用强度较高的硅钢片来降低转子高速运行时的变形，提升转子的机械强度。另外也可以采用较宽的磁桥13来提升关键部位的机械强度，同时使用较大的倒角来降低受力，尤其是距离转子表面较近且拐角较大的磁钢槽11的两端位置处。

然而，上述转子中，高强度的硅钢片虽然可以提升转子的机械强度和减小转子的变形，但高强度的硅钢片的价格相对较高，将大大增加永磁电机整体的成本。并且，较宽的磁桥13在增加机械强度的同时，也会增加永磁电机的漏磁，降低永磁电机的出力能力，通过牺牲转矩性能来提升转子的机械强度不利于实现磁钢的最大利用率。

此外，由于转子铁芯1每一磁极下的去重孔14通常采用长方形或者采用关于直轴对称的双长方形，截面面积相对较小，不利于转子的充分减重。并且去重孔14的添加会使得转子关键部位的应力增加，甚至大于硅钢片材料的屈服应力极限，尤其是转子铁芯1表面的磁钢槽处11的应力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述转子铁芯成本较高、不利于实现磁钢最大利用率的问题，提供一种转子和永磁电机。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯包括多个周向分布的磁极；每一所述磁极包括空气槽、用于安装第一磁钢的第一磁钢槽以及两个分别用于安装第二磁钢的第二磁钢槽，所述第一磁钢槽关于所述磁极的直轴对称，所述两个第二磁钢槽在所述磁极的直轴两侧呈V形对称分布，所述空气槽位于所述两个第二磁钢槽之间，且所述空气槽关于所述磁极的直轴对称；每一所述第二磁钢槽的下端与所述空气槽之间的磁桥的两个侧壁分别平行于所述磁极的直轴。

在本实用新型所述的转子中，所述空气槽包括外侧壁、内侧壁以及两个分别用于连接内侧壁和外侧壁的连接侧壁，且所述外侧壁凸向所述转子铁芯的外周。

在本实用新型所述的转子中，每一所述磁极包括分别位于所述空气槽的内侧的一个第一去重孔和两个第二去重孔；所述第一去重孔、两个第二去重孔呈品字形分布，且所述第一去重孔位于所述空气槽和第二去重孔之间。

在本实用新型所述的转子中，所述第一去重孔关于所述磁极的直轴对称、所述两个第二去重孔位于在所述磁极的直轴两侧对称分布。

在本实用新型所述的转子中，所述第一去重孔包括顶壁、左侧壁、右侧壁以及底壁，所述顶壁紧邻所述空气槽设置，所述左侧壁的第一侧和右侧壁的第一侧分别接于所述顶壁的两侧，所述左侧壁的第二侧和右侧壁的第二侧分别接于所述底壁的两侧。

在本实用新型所述的转子中，所述左侧壁和右侧壁由平面构成，且所述左侧壁的两侧分别与所述顶壁、底壁相切，所述右侧壁的两侧分别与所述顶壁、底壁相切。

在本实用新型所述的转子中，每一所述第二去重孔包括上侧壁、下侧壁以及边缘侧壁，且所述上侧壁的第一侧与下侧壁第一侧相接；所述边缘侧壁的两端分别与所述上侧壁的第二侧、下侧壁的第二侧相接。

在本实用新型所述的转子中，所述第二去重孔的边缘侧壁为平面，且所述平面与所述磁极的边缘平行；所述边缘侧壁的两侧分别与所述上侧壁、下侧壁相切。

在本实用新型所述的转子中，所述第一磁钢和第二磁钢的形状和尺寸相同。

本实用新型还提供一种永磁电机，包括如上所述的转子。

本实用新型的转子及永磁电机具有以下有益效果：通过使第二磁钢槽与空气槽之间的磁桥等宽，并与磁极的直轴平行，可在提升磁桥的强度的同时，减小第二磁钢的漏磁。

本实用新型还通过三个去重孔减小了转子铁芯的重量，有利于实现电机系统的轻量化。并且上述结构的去重孔能够提升去重孔位置处的机械强度，并对转子应力形成分流，减小转子其他部位的机械应力，尤其是靠近转子表面处磁桥的机械应力。

附图说明

图1是现有永磁电机转子铁芯的示意图；

图2是本实用新型转子实施例的示意图；

图3是本实用新型转子的一个磁极的实施例的示意图；

图4是本实用新型转子的一个磁极的另一实施例的示意图；

图5是本实用新型转子的整体结构应力示意图；

图6是现有转子的结构应力示意图；

图7是本实用新型转子的空气槽侧部磁桥处的磁场分布示意图；

图8是现有转子的空气槽侧部磁桥处的磁场分布示意图；

图9是空气槽外侧壁未凸起时空气槽侧部磁桥处结构应力示意图；

图10是本实用新型的转子与空气槽外侧壁未凸起的转子的输出转矩对比图。

图11是本实用新型转子的一个磁极的另一实施例的示意图；

图12是现有转子中去重孔的示意图；

图13是图12中转子去重孔处结构应力示意图；

图14是另一现有转子中去重孔的示意图；

图15是图14中转子去重孔处结构应力示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2～3所示，是本实用新型转子实施例的示意图，该转子可应用于永磁电机。本实施例中的转子包括转子铁芯3，且转子铁芯3包括多个周向分布的磁极；每一磁极包括空气槽33、用于安装第一磁钢(即I型磁钢)4的第一磁钢槽31以及两个分别用于安装第二磁钢(即V型磁钢)5的第二磁钢槽32。上述第一磁钢槽31关于磁极的直轴Od(其中O为转子铁芯3的中心)对称，两个第二磁钢槽32在磁极的直轴Od的两侧呈V形对称分布。空气槽33位于两个第二磁钢槽32之间，且空气槽33关于磁极的直轴Od对称。每一第二磁钢槽32的下端与空气槽33之间的磁桥36的两个侧壁分别平行于磁极的直轴Od，即磁桥36平行磁极的直轴Od，且磁桥36在各个位置的宽度相等。

上述转子中，上述第二磁钢槽32中两个呈V形放置的第二磁钢5，有利于提升磁钢聚磁效应，结合I型放置第一磁钢4，有利于提升永磁电机的转矩输出，同时有利于提升磁钢的抗退磁能力，并且有助于降低直轴电感，从而提升电机的磁阻转矩输出能力。特别地，上述第一磁钢4、两块第二磁钢5采用相同的形状和尺寸，有利于降低磁钢成本，进而降低整个永磁电机的制造成本。

上述转子通过使转子铁芯3上的第二磁钢槽32与空气槽33之间的磁桥36在各个位置等宽并与磁极的直轴Od平行，不仅有利于提升该磁桥36处的机械强度，并有利于该磁桥36宽度的减小，从而减少该磁桥36处的漏磁。如图5、6所示，相对于采用非平行、不等宽磁桥结构，本实施例中的转子结构有利于减小磁桥36处的机械应力，使其低于硅钢片材料的屈服应力。如图7、8所示，采用传统非平行且不等宽磁桥结构的转子，其磁桥的等效宽度相对较大，而本实施例的转子结构有利于减小第二磁钢槽32的下端的漏磁，从而有利于避免转矩输出的损失。

上述空气槽33包括的外侧壁331、内侧壁334以及两个分别用于连接内侧壁334和外侧壁331的连接侧壁332、333。不同于传统转子铁芯上的空气槽，如图4所示，在本实用新型的另一实施例中，其空气槽33的外侧壁331凸向转子铁芯3的外周。通过该方式，可增加空气槽33的容积，有利于减小转子铁芯3的重量，并且该结构有利于降低磁桥36处的机械应力。

图9为未采用弧形凸起式空气槽的转子结构的应力分布图，从图中可以看出，该传统转子结构对应磁桥处机械应力较大，最大应力为398.3MPa，大于硅钢片材料的屈服应力。

同时，由于空气槽33的外侧壁331采用弧形凸起，有利于第二磁钢32的聚磁效应，可在不影响交轴磁路的基础上降低直轴电感，从而提升磁阻转矩输出能力。参见图10，在相同的电流情况下，上述采用外侧壁331凸起式空气槽有利于提升永磁电机的转矩输出能力。

如图11所示，在本实用新型转子的另一实施例中，每一磁极包括一个第一去重孔34和两个第二去重孔35，且上述三个去重孔分别位于空气槽33的内侧(即位于空气槽33与转子的转轴之间)。上述第一去重孔34、两个第二去重孔35呈品字形分布，且第一去重孔34位于空气槽33和第二去重孔35之间。

上述第一去重孔34关于磁极的直轴Od对称、两个第二去重孔35位于在磁极的直轴Od两侧对称分布。

具体地，上述第一去重孔34包括顶壁341、左侧壁342、右侧壁343以及底壁344，其中顶壁341紧邻空气槽33设置，左侧壁342的第一侧和右侧壁343的第一侧分别接于顶壁341的两侧，左侧壁342的第二侧和右侧壁343的第二侧分别接于底壁344的两侧。特别地，顶壁341、低壁344可分别由椭圆曲面构成，左侧壁342和右侧壁343分别由平面构成，且左侧壁342的两侧分别与顶壁341、底壁44相切，右侧壁343的两侧分别与顶壁341、底壁344相切。

每一第二去重孔35包括上侧壁351、下侧壁352以及边缘侧壁353，且上侧壁351的第一侧与下侧壁352第一侧相接；边缘侧壁353的两端分别与上侧壁351的第二侧、下侧壁352的第二侧相接。特别地，第二去重孔35的上侧壁351、下侧壁352可分别由椭圆曲面构成，边缘侧壁353则可由平面构成，且该平面与磁极的边缘平行。上述边缘侧壁353的两侧分别与上侧壁351、下侧壁352相切。

通过上述三个去重孔，可增大去重孔的面积，有利于转子铁芯减重，并且减小去重孔位置处的机械应力，同时，该种去重孔结构有利于应力的分散，可以降低其对转子铁芯其他部位机械强度的影响。对比图11、12、14，在同等条件下，相对于图12中转子铁芯7采用两个去重孔71(两个去重孔71的截面面积之和为110.1平方毫米)、以及相对于图14中转子铁芯8采用单个去重孔81的方案(单个去重孔81的截面面积为104.3平方毫米)，采用三个去重孔的结构可将去重孔的截面面积可增加到121.4平方毫米。并且对比图5、13、15采用三个去重孔的结构可将进一步降低磁桥36处的结构应力及紧邻转子铁芯3的外周的磁桥处的结构应力。

本实用新型还提供一种永磁电机，该永磁电机可降低转子高速运行机械应力并提升电磁性能。该永磁电机包括机壳、如图2所示的转子以及定子，上述转子和定子均装设在机壳内，且转子外壁及定子的内壁之间具有气隙(气隙的宽度与电机的功率等级、转子铁芯3内的第一磁钢4、第二磁钢5所选取的磁钢材料以及定子加工和装配工艺有关)。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种转子，其特征在于，包括转子铁芯，所述转子铁芯包括多个周向分布的磁极；每一所述磁极包括空气槽、用于安装第一磁钢的第一磁钢槽以及两个分别用于安装第二磁钢的第二磁钢槽，所述第一磁钢槽关于所述磁极的直轴对称，所述两个第二磁钢槽在所述磁极的直轴两侧呈V形对称分布，所述空气槽位于所述两个第二磁钢槽之间，且所述空气槽关于所述磁极的直轴对称；每一所述第二磁钢槽的下端与所述空气槽之间的磁桥的两个侧壁分别平行于所述磁极的直轴。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述空气槽包括外侧壁、内侧壁以及两个分别用于连接内侧壁和外侧壁的连接侧壁，且所述外侧壁凸向所述转子铁芯的外周。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，每一所述磁极包括分别位于所述空气槽的内侧的一个第一去重孔和两个第二去重孔；所述第一去重孔、两个第二去重孔呈品字形分布，且所述第一去重孔位于所述空气槽和第二去重孔之间。

4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述第一去重孔关于所述磁极的直轴对称、所述两个第二去重孔位于在所述磁极的直轴两侧对称分布。

5.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述第一去重孔包括顶壁、左侧壁、右侧壁以及底壁，所述顶壁紧邻所述空气槽设置，所述左侧壁的第一侧和右侧壁的第一侧分别接于所述顶壁的两侧，所述左侧壁的第二侧和右侧壁的第二侧分别接于所述底壁的两侧。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述左侧壁和右侧壁由平面构成，且所述左侧壁的两侧分别与所述顶壁、底壁相切，所述右侧壁的两侧分别与所述顶壁、底壁相切。

7.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，每一所述第二去重孔包括上侧壁、下侧壁以及边缘侧壁，且所述上侧壁的第一侧与下侧壁第一侧相接；所述边缘侧壁的两端分别与所述上侧壁的第二侧、下侧壁的第二侧相接。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述第二去重孔的边缘侧壁为平面，且所述平面与所述磁极的边缘平行；所述边缘侧壁的两侧分别与所述上侧壁、下侧壁相切。

9.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述第一磁钢和第二磁钢的形状和尺寸相同。

10.一种永磁电机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的转子。