內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn)子鐵芯的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯沿周向均布嵌設(shè)有多個(gè)永磁體，其特征在于：對(duì)應(yīng)每一個(gè)永磁體的所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外緣包括有基底面，該基底面與內(nèi)嵌式永磁體的表面相貼合；上頂面，該上頂面與所述電機(jī)的定子鐵芯相對(duì)而設(shè)并形成氣隙，所述氣隙與所述轉(zhuǎn)子鐵芯的上頂面交界處的輪廓線為反余弦波和三次諧波函數(shù)疊加而成的曲線，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：通過一個(gè)反余弦函數(shù)加最優(yōu)三次諧波函數(shù)獲得新的轉(zhuǎn)子鐵芯的外緣形狀，在不增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的前提下，增加了轉(zhuǎn)矩輸出，使得電機(jī)具有功率密度高、高效節(jié)能﹑運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn)子鐵芯

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種轉(zhuǎn)子鐵芯，特別是一種用于內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯。

【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的永磁體是直接嵌入電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，現(xiàn)有技術(shù)中如已有的專利號(hào) 為ZL201320336256. 0的中國實(shí)用新型專利《一種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子》就公開了這樣一 種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其包括片狀疊壓結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子鐵芯，嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體；永 磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯之間有空隙，通過對(duì)空隙中灌膠固定永磁體。由于片狀疊壓結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子鐵 芯會(huì)阻礙灌封膠的流動(dòng)，因此在所述空隙中插入灌膠圓管，以輔助灌膠；灌膠圓管的內(nèi)外表 面都很光滑，在側(cè)壁上設(shè)有六個(gè)通孔，沿灌膠圓管長度方向設(shè)置在兩側(cè)。
[0003] 上述專利中的轉(zhuǎn)子鐵芯沒有經(jīng)過削極處理，轉(zhuǎn)子鐵芯和電機(jī)定子之間產(chǎn)生的氣隙 磁場諧波含量高，從而導(dǎo)致電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。為了減小電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和 運(yùn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，如圖2所示的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)，該電機(jī)的永磁體3"嵌設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯2"中， 可以對(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯2"和電子定子1"之間的氣隙4"長度進(jìn)行反余弦削極處理，盡管此方法可 以減小電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但同時(shí)也降低了電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩，從而減小了電 機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度、運(yùn)行效率。因此，還有待于作出進(jìn)一步的改進(jìn)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種電機(jī)的輸 出效率高且輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯。
[0005] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn) 子鐵芯，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯沿周向均布嵌設(shè)有多個(gè)永磁體，其特征在于：對(duì)應(yīng)每一個(gè)永磁體的 所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外緣包括有
[0006] 基底面，該基底面與內(nèi)嵌式永磁體的表面相貼合；
[0007] 上頂面，該上頂面與所述電機(jī)的定子鐵芯相對(duì)而設(shè)并形成氣隙，所述氣隙與所述 轉(zhuǎn)子鐵芯的上頂面交界處的輪廓線為反余弦波和三次諧波函數(shù)疊加而成的曲線，該曲線的 具體形狀由如下公式（I)表示的函數(shù)確定：
[0_ Κ(θ) = 2(co,( K θ)-αοο,(3π θ)) (Ι) τρ τρ
[0009] 上述公式（I)采用極坐標(biāo)系，其中，上述公式（I)中的Lg(q)為所述氣隙與轉(zhuǎn)子鐵 芯的上頂面交界處的輪廓線上任一點(diǎn)Μ的極徑，q為所述氣隙與轉(zhuǎn)子鐵芯的上頂面交界處 的輪廓線上任一點(diǎn)Μ的極角；t p為極距；a為注入三次諧波的幅值；Lg為最小氣隙距離；Lgd 為極距。
[0010] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，當(dāng)a = 1/6時(shí)，所述公式（I)的曲線函數(shù)如下： _] (π) τρ 6 τρ
[0012] 此時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出最大。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：通過一個(gè)反余弦函數(shù)加最優(yōu)三次諧波 函數(shù)獲得新的轉(zhuǎn)子鐵芯的外緣形狀，由于轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯之間所產(chǎn)生的氣隙磁場諧波 僅有加入了三次諧波，但對(duì)于星形連接繞組其三次電流不存在，從而在不增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)的前提下，增加了轉(zhuǎn)矩輸出，并使得采用該轉(zhuǎn)子鐵芯形狀的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)具有功率 密度高、高效節(jié)能、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0015] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0016] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的電機(jī)總裝圖。
[0017] 圖4為圖3所示的轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的電機(jī)氣隙長度隨轉(zhuǎn)子位置變化的示意圖。
[0019] 圖6本實(shí)用新型實(shí)施例的三段式加工方法實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)子鐵芯輪廓結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖7為本實(shí)施例的電機(jī)和現(xiàn)有技術(shù)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置變化的比較圖。
[0021] 圖8為本實(shí)施例的電機(jī)和現(xiàn)有技術(shù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置變化的比較圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023] 如圖3?圖8所示，本實(shí)施例涉及一種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn)子鐵芯，如圖3所示 為該電機(jī)的總裝圖，電機(jī)由電機(jī)定子1和轉(zhuǎn)子鐵芯2組成，永磁體3沿轉(zhuǎn)子鐵芯2的周向嵌 設(shè)在該轉(zhuǎn)子上。
[0024] 電機(jī)工作時(shí)的氣隙磁場的分布與電機(jī)的性能有著密切相關(guān)，傳統(tǒng)內(nèi)嵌式電機(jī)的氣 隙長度隨轉(zhuǎn)子位置變化如圖1所示，內(nèi)嵌式電機(jī)的永磁體3'嵌設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯2'上，電機(jī)定 子Γ和轉(zhuǎn)子鐵芯2'之間形成氣隙4'，該電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的方波分布的磁場諧波含量高， 從而導(dǎo)致電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)大；圖2所示的氣隙4"長度采用了反余弦波分 布，盡管其幅值大小和方波磁場相同，但基波幅值減小了，從而減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，降 低了整機(jī)效率。
[0025] 本實(shí)施例對(duì)有電機(jī)定子1和轉(zhuǎn)子鐵芯2之間形成的氣隙4長度采用了反余弦波和 三次諧波的疊加，獲得具有新型曲面輪廓形狀的轉(zhuǎn)子鐵芯外緣。
[0026] 本實(shí)施例對(duì)應(yīng)每一個(gè)永磁體3的轉(zhuǎn)子鐵芯2的外緣包括有基底面和上頂面；其中， 基底面與內(nèi)嵌式永磁體3的表面相貼合；上頂面與電機(jī)定子1的鐵芯相對(duì)而設(shè)并形成氣隙 4,該上頂面和氣隙4交界處的輪廓線為反余弦波和三次諧波函數(shù)疊加而成的曲線，該曲線 的具體形狀由如下公式（I)表示的函數(shù)確定： 「η L',d-- (I)
[0027] 8 2(cos(%)-acos(3^)) TP tp
[0028] 上述公式（I)采用極坐標(biāo)系，其中，上述公式（1)中的Lg(q)為所述氣隙4與轉(zhuǎn)子 鐵芯2鐵芯的上頂面交界處的輪廓線上任一點(diǎn)Μ的極徑，q為所述氣隙4與轉(zhuǎn)子鐵芯2鐵 芯的上頂面交界處的輪廓線上任一點(diǎn)Μ的極角；t p為極距；a為注入三次諧波的幅值；Lg為 最小氣隙距離；Lgd為極距。
[0029] 當(dāng)設(shè)定a = 1/6時(shí)，此時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩最大，得到如下公式的函數(shù)，曲線形狀參 見圖5 : 「n L',(0) =-- (II)
[0_ 。 2(co,(K θ)-] co,(3 K Θ)) τρ 6 τρ
[0031] 由于上述曲線為氣隙4與轉(zhuǎn)子鐵芯2鐵芯的上頂面交界處的輪廓線，即氣隙長度 的曲線和轉(zhuǎn)子鐵芯的外輪廓線是相同，根據(jù)上述曲線即可以加工出符合內(nèi)嵌式永磁電機(jī)的 磁場要求的電子轉(zhuǎn)子鐵芯的形狀。
[0032] 但是，圖5所示獲得的轉(zhuǎn)子鐵芯2在制造時(shí)需通過一個(gè)反余弦加最優(yōu)三次諧波函 數(shù)實(shí)現(xiàn)，其加工過程復(fù)雜，制造成本高。為了簡化制造過程，本實(shí)施例還提出了一種可以簡 化并替代上述轉(zhuǎn)子鐵芯的加工方法的轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)計(jì)方法，參見圖6,該設(shè)計(jì)方法包括有如 下步驟：
[0033] (1)、設(shè)定所述三次諧波函數(shù)的幅值a = 1/6,所述轉(zhuǎn)子鐵芯的上頂面曲線形狀由 如下公式（II)的函數(shù)表示： L肩=-- (II)
[0034] - 2{co^{K Θ)- cosG π θ)) Τρ 6 τρ
[0035] (2)、將所述公式（II)中的函數(shù)形成的曲線由三段依次連接的弧線替代，所述三 段弧線分別為左半弧、頂弧和右半弧，其中左半弧和右半弧為對(duì)稱設(shè)置；
[0036] (3)、設(shè)定所述公式（II)中的函數(shù)形成的曲線最高點(diǎn)Lg(q)max和代表電機(jī)氣隙的水 平線相切的點(diǎn)為P1，設(shè)定所述公式（II)中的函數(shù)形成的曲線最低點(diǎn)L g(q)min為P2;
[0037] (4)、所述頂弧由以所述轉(zhuǎn)子鐵芯的最大半徑為半徑且分別經(jīng)過所述點(diǎn)P1、點(diǎn)P2 所畫的圓弧確定；
[0038] (5)、所述左半弧由分別經(jīng)過所述點(diǎn)PI、P2且與所述電機(jī)氣隙的水平線相切的圓 弧確定，所述右半弧與所述左半弧對(duì)稱設(shè)置且圓弧半徑相等；
[0039] (6)、所述左半弧、頂弧和右半弧依次連接，所形成的弧線即為所述轉(zhuǎn)子鐵芯的上 頂面輪廓曲線。
[0040] 可以看到，上述設(shè)計(jì)方法得到的轉(zhuǎn)子鐵芯其輪廓曲線是由三段圓弧連接而成的， 而通過公式（II)獲得的轉(zhuǎn)子鐵芯實(shí)際曲線形狀呈中間稍微下凹而兩端凸起的結(jié)構(gòu)，由于 中間下凹的幅度很小，實(shí)際加工過程中，中間的下凹部可以近似由以轉(zhuǎn)子鐵芯最大半徑為 半徑的圓弧替代，兩側(cè)的曲線也分別由左半弧和右半弧通過步驟（3)和步驟（5)的方式確 定，這就大大簡化了加工過程，降低了加工難度。
[0041] 圖7所示為不同的轉(zhuǎn)子鐵芯外緣形狀的內(nèi)嵌式電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩比較圖，圖8所示 為不同的轉(zhuǎn)子鐵芯形狀的內(nèi)嵌式電機(jī)在額定負(fù)載情況下的電磁轉(zhuǎn)矩比較圖；從圖中可以看 出，相對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)，通過用反余弦加三次諧波函數(shù)方法設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子鐵芯外 緣可以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，相比反余弦削極的永磁電機(jī)，其平均轉(zhuǎn)矩輸出提高了 11. 5%，而轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)沒有增加。
[0042] 另一方面，本實(shí)施例采用的三段式圓弧設(shè)計(jì)方法獲得轉(zhuǎn)子鐵芯不僅可以降低轉(zhuǎn)子 鐵芯的加工難度，而且其平均轉(zhuǎn)矩輸出效率與用標(biāo)準(zhǔn)的反余弦削極與三次諧波削極疊加設(shè) 計(jì)獲得的轉(zhuǎn)子鐵芯相比還有所提高，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)卻沒有增加，因此用三段式圓弧設(shè)計(jì)方法 替代公式（II)中用反余弦削極與三次諧波削極疊加的設(shè)計(jì)方法加工本實(shí)施例的永磁體是 完全可行的，也是更為實(shí)用和高效的一種方法。
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)嵌式永磁電機(jī)用的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯沿周向均布嵌設(shè)有多個(gè)永磁 體，其特征在于：對(duì)應(yīng)每一個(gè)永磁體的所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外緣包括有 基底面，該基底面與內(nèi)嵌式永磁體的表面相貼合； 上頂面，該上頂面與所述電機(jī)的定子鐵芯相對(duì)而設(shè)并形成氣隙，所述氣隙與所述轉(zhuǎn)子 鐵芯的上頂面交界處的輪廓線為反余弦波和三次諧波函數(shù)疊加而成的曲線，該曲線的具體 形狀由如下公式（I)表示的函數(shù)確定：
上述公式（I)采用極坐標(biāo)系，其中，上述公式（I)中的Lg(0)為所述氣隙與轉(zhuǎn)子鐵芯 的上頂面交界處的輪廓線上任一點(diǎn)M的極徑，0為所述氣隙與轉(zhuǎn)子鐵芯的上頂面交界處的 輪廓線上任一點(diǎn)M的極角；T p為極距；a為注入三次諧波的幅值；Lg為最小氣隙距離；Lgd為 極距。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK204103629SQ201420512439
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】王凱, 賀定芳, 姚輝明, 石林, 武海云 申請(qǐng)人:寧波市北侖海伯精密機(jī)械制造有限公司