一种转子结构及具有该转子结构的电机的制作方法

本发明涉及转子结构技术领域，尤其涉及一种转子结构及具有该转子结构的电机。

背景技术

永磁体切向磁化结构的电机由于具有“聚磁”效果，较永磁体径向磁化电机能够产生更高的气隙磁密，使得电机具有较大的转矩/电流比和转矩/体积比，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引、办公自动化、家用电器等场合。

如图1所示，常见切向永磁电机由于永磁体为径向排布，永磁体2一部分深埋在转子铁芯1内侧，将外部磁场施加在转子上，对永磁体2进行充磁时，永磁体内侧的转子铁芯1构成导磁通路，磁力线从此导磁通路闭合形成漏磁，即图中的φσ，使得磁力线较难进入永磁体2内侧底部位置，永磁体2内侧很难充磁饱和，容易导致电机性能下降，甚至永磁体2失磁，电机无法运转。

目前改善该问题的切向电机采用不导磁轴结构，不导磁轴材料成本高，刚性差，加工过程困难，生产成本高，磁钢内侧直接接触不导磁轴，转子铁芯与转轴配合的接触面积小、抱紧力低，应用场合受限。

现有技术中还出现了多种可提高永磁体饱和度的转子结构，例如申请号为201610896253.0的发明专利，其公开了一种永磁体槽内侧设有凸台的隔磁槽结构，虽然能提高进入磁钢的磁场，但由于凸台的存在使得永磁体内侧中间位置，即与凸台相接的位置充磁率低。再例如申请号为201220448349.8的发明专利，其公开了一种扇形隔磁槽，但隔磁槽径向较长，转子铁芯的结构强度较差，且使得磁钢径向长度较短，降低气隙磁密，减少输出转矩。

因此，如何设计一种提高永磁体充磁饱和度的转子结构是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种转子结构及具有该转子结构的电机。

本发明采用的技术方案是，设计一种转子结构，包括：转子铁芯，转子铁芯还设有环绕其中心线排布的若干个永磁体槽，每个永磁体槽上靠近转子铁芯中心线的内侧面均设有隔磁槽，相邻两个隔磁槽的端部相互靠近并留有间距形成第一隔磁桥，转子铁芯上还设有位于隔磁槽内侧的隔磁通孔，隔磁通孔与其外侧的隔磁槽之间留有间距形成第二隔磁桥。

优选的，每个永磁体槽内均设有永磁体，相邻的两个永磁体相斥设置，转子铁芯设有n个永磁体槽，n为大于4的偶数。

优选的，永磁体槽上远离转子铁芯中心线的外侧面设有开口，开口连通转子铁芯的外表面。

优选的，隔磁槽和隔磁通孔的数量相同，且相邻两个隔磁槽共用一个隔磁通孔，隔磁通孔和其外侧的两个隔磁槽之间均留有间距形成两个第二隔磁桥，第一隔磁桥与两个第二隔磁桥连接呈y字形。

优选的，隔磁槽沿永磁体槽上穿过转子铁芯中心的中心线对称，隔磁通孔沿相邻两个隔磁槽之间的磁极中心线对称。

优选的，第一隔磁桥上最窄处的宽度为a，电机的气隙长度为δ，a/δ的比值满足以下关系：1.4≥a/δ≥0.9。

优选的，第一隔磁桥上最窄处的宽度为a，隔磁槽在转子铁芯径向方向上的最小宽度为b，a/b的比值满足以下关系：0.6≥a/b≥0.3。

优选的，第一隔磁桥上最窄处的宽度为a，第二隔磁桥上最窄处的宽度为c，c/a的比值满足以下关系：1≥c/a≥0.7。

优选的，第一隔磁桥上各处的宽度相等。

优选的，第二隔磁桥上各处的宽度相等。

优选的，隔磁通孔上靠近转子铁芯中心线的内侧面设有延伸部。

优选的，延伸部在转子铁芯径向方向上的最小宽度为f，转子铁芯的中心设有轴孔，延伸部与轴孔之间的最短距离为j，f/j的比值满足以下关系：0.5≥f/j≥0.2。

优选的，隔磁槽上靠近转子铁芯中心线的内侧面设有增大槽。

优选的，增大槽位于隔磁槽内侧的两个隔磁通孔之间，延伸部与增大槽之间留有间距形成第三隔磁桥。

优选的，第三隔磁桥上最窄处的宽度为e，第二隔磁桥上最窄处的宽度为c，e/c的比值满足以下关系：1.3≥e/c≥1。

优选的，第三隔磁桥上各处的宽度相等。

优选的，隔磁槽设有一对翻折部，永磁体槽位于该对翻折部之间，翻折部和永磁体槽之间的间距形成第四隔磁桥。

优选的，第四隔磁桥上各处的宽度相等。

优选的，隔磁槽的端部向外翻折形成翻折部。

优选的，转子铁芯的外表面套有不导磁的紧固护套。

优选的，隔磁槽内设有不导磁的第一加强件，第一加强件夹在永磁体槽内的永磁体和隔磁槽之间。

优选的，转子铁芯的两端设有挡板，第一加强件伸出转子铁芯两端的部分连接在挡板上。

优选的，第一加强件的形状与隔磁槽相匹配。

优选的，隔磁通孔内设有不导磁的第二加强件，转子铁芯的两端设有挡板，第二加强件伸出转子铁芯两端的部分连接在挡板上。

优选的，第二加强件的形状与隔磁通孔相匹配。

本发明还提出了一种电机，包括上述转子结构。

在一实施例中，电机为切向永磁同步电机。

与现有技术相比，本发明在永磁体槽内侧设置隔磁槽和隔磁通孔，相邻两隔磁槽之间形成第一隔磁桥，隔磁槽和隔磁通孔之间形成第二隔磁桥，提高永磁体内侧磁路的磁阻、隔磁效果及转子的结构强度。在优选实施例中，相邻两个隔磁槽共用一个隔磁通孔，第一隔磁桥和两个第二隔磁桥连接呈y字形，隔磁效果最大化，有效降低永磁体内侧漏磁，大幅提升永磁体充磁饱和度，以提高电机的效率及抗退磁能力，降低电机成本。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是现有技术的磁力线分布示意图；

图2是本发明的磁力线分布示意图；

图3是本发明的转子结构示意图；

图4是本发明的转子结构优化示意图；

图5是本发明的转子结构进一步优化示意图；

图6是本发明的转子结构再进一步优化示意图；

图7是本发明中转子结构设有紧固护套的结构示意图；

图8是本发明中转子结构设有加强件的第一种结构示意图；

图9是本发明中转子结构设有加强件的第二种结构示意图；

图10是图9中的c-c剖面示意图；

图11是本发明的转子结构端面示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明提出的转子结构，包括：转子铁芯1，转子铁芯1的中心设有轴孔11，转子铁芯1上还设有环绕轴孔11均匀排布的若干个永磁体槽12，永磁体槽12数量为大于4的偶数，永磁体槽12沿转子铁芯1的中心径向设置，每个永磁体槽12中均安装有永磁体2，相邻两个永磁体2相斥设置，即两个永磁体相互靠近的一面具有相同的极性。以下提到的槽或孔中，靠近轴孔11的一侧为内侧、远离轴孔11的一侧为外侧，每个永磁体槽12的内侧面均设有隔磁槽13，隔磁槽13贯通转子铁芯1的两端，相邻两个隔磁槽13的端部相互靠近并留有间距形成第一隔磁桥14，即第一隔磁桥14夹设在相邻两个隔磁槽13的端部之间。转子铁芯1上还设有位于隔磁槽13内侧的隔磁通孔15，隔磁通孔15与其外侧的隔磁槽13之间留有间距形成第二隔磁桥16，增加永磁体2内侧磁路的磁阻，提高转子铁芯1的结构强度。

较优的，如图3所示，隔磁槽13和隔磁通孔15的数量相同，且相邻两个隔磁槽13共用一个隔磁通孔15，隔磁通孔15和其外侧的两个隔磁槽13之间均留有间距形成两个第二隔磁桥16，第一隔磁桥14与两个第二隔磁桥16连接，在优选实施例中隔磁通孔15呈三角形，三角形的一尖角正对第一隔磁桥14，第一隔磁桥14与两个第二隔磁桥16连接形成y字形隔磁桥。为了使转子铁芯1内的永磁体2充磁更均匀及转子铁芯1的转动平衡性更好，隔磁槽13沿永磁体槽12上穿过转子铁芯1中心的中心线对称，隔磁通孔15沿相邻两个隔磁槽13之间的磁极中心线对称。本发明通过在永磁体槽12的内侧设置隔磁槽13和隔磁通孔15，并使其构成三段隔磁桥结构，可以增大永磁体槽12底部通路的磁阻，减少充磁磁场在此处闭合的磁力线，促使磁力线进入磁钢内侧底部位置，从而提高永磁体2的充磁饱和度，同时可以减少靠近永磁体2内侧漏磁φσ，进而提高电机的空载磁链，提升电机的效率。较优的，永磁体槽12的外侧面设有开口，开口径向延伸至连通转子铁芯1的外表面，进一步降低永磁体2外侧的漏磁，提高气隙磁密，提高电机效率。进一步提高电机效率。

更优的，将第一隔磁桥14上最窄处的宽度设为a、电机的气隙长度设为δ，当a/δ的比值应满足以下关系：1.4≥a/δ≥0.9时为最佳选择，在此范围既可以保证较优的隔磁效果，又可以保证转子的结构强度。因为当a/δ＞1.4时，第一隔磁桥14宽度过宽，会使得更多磁力线从第一隔磁桥14通过，漏磁增大，永磁体2充磁饱和度下降，当a/δ＜0.9时，第一隔磁桥14作为转子铁芯1的连接筋，第一隔磁桥14宽度过窄会使得连接强度变小。

更优的，由于第一隔磁桥14作为转子铁芯1的连接筋，第一隔磁桥14越宽，连接筋的强度就越强，但第一隔磁桥14的宽度越宽，隔磁槽13的面积就越小，导致隔磁槽13的磁阻越小，隔磁效果越差。因此将隔磁槽13在转子铁芯1径向方向上的最小宽度设为b，当a/b的比值应满足以下关系：0.6≥a/b≥0.3时，即可保证第一隔磁桥14的连接强度，又可起到很好的隔磁效果，使得充磁磁力线进入永磁体2内侧位置，以提升永磁体2内侧的磁场强度、提升永磁体2整体的充磁饱和度、提升电机的空载磁链、提高电机的效率。作为优化的，隔磁槽13两端的宽度向逐渐靠近轴孔11的方向慢慢变窄，相邻两隔磁槽13之间的第一隔磁桥14均匀过渡，第一隔磁桥14上各处的宽度相等。

更优的，由于第二隔磁桥16与第一隔磁桥14相接，第二隔磁桥16与第一隔磁桥14同样为硅钢片材料，第二隔磁桥16越窄隔磁效果越好，第二隔磁桥16越宽，隔磁效果越差。将第二隔磁桥16上最窄处的宽度设为c，当c/a的比值满足以下关系：1≥c/a≥0.7，可进一步提升隔磁效果，提升永磁体2充磁饱和度，提升在定子绕组中感应的磁通，提升电机磁链，提升永磁体2的有效利用率，但第二隔磁桥16不能过窄，第二隔磁桥16作为转子铁芯1与转轴的连接部位，过窄会使得转子的机械强度降低。作为优化的，第二隔磁桥16上各处的宽度相等。

更优的，如图4、5所示，隔磁通孔15上靠近轴孔11的内侧面设有延伸部151，将延伸部151在转子铁芯1径向方向上的最小宽度设为f，延伸部151与轴孔11之间的最短距离为j，f/j的比值满足以下关系：0.5≥f/j≥0.2，通过设置延伸部151增加隔磁通孔15的面积，以提升隔磁通孔15的磁阻及隔磁，从而达到提升隔磁效果、提升充磁磁场进入永磁体2内侧的磁力线、提升永磁体2的充磁饱和度的效果。更优的，如图5所示，隔磁槽13上靠近轴孔11的内侧面设有增大槽131，增加隔磁槽13的面积，以增大隔磁槽13的磁阻、提升隔磁效果。在优选实施例中，隔磁通孔15具有延伸部151，隔磁槽13具有方形的增大槽131，并且增大槽131位于隔磁槽13内侧的两个隔磁通孔15之间，延伸部151与增大槽131之间留有间距形成第三隔磁桥17，进一步限制充磁磁场的磁通经转子铁芯1与转轴的连接部位闭合，减少内侧漏磁通，提升永磁体2的充磁饱和度，提升电机的空载磁链，提升电机的输出转矩，提高电机的功率密度，提升电机的效率。

更优的，将第三隔磁桥17上最窄处的宽度设为e，当e/c的比值满足以下关系：1.3≥e/c≥1时效果最佳，因为当e/c＜1时，第三隔磁桥17的宽度过窄，减小第三隔磁桥的连接强度，而当1.3＜e/c时，隔磁桥宽度过大，降低隔磁效果。作为优化的，第三隔磁桥17上各处的宽度相等。

更优的，如图6所示，隔磁槽13设有一对翻折部132，永磁体槽12位于该对翻折部132之间的中间位置，翻折部132和永磁体槽12之间的间距形成第四隔磁桥18，第四隔磁桥18上各处的宽度相等，进一步增大隔磁槽13的面积、增大隔磁槽13的磁阻、提升隔磁效果。在优选实施例中，隔磁槽13的端部向外翻折形成翻折部132，此时相邻两隔磁槽13的端部靠近即相邻两隔磁槽13的翻折部132相互靠近形成第一隔磁桥14，有效增加第一隔磁桥14的长度，以提升隔磁效果、提升永磁体2的充磁饱和度、提升电机磁链、提升电机效率、提高电机可靠性。

更优的，如图7所示，转子铁芯1的外表面套有紧固护套3，紧固护套3呈圆环形，且采用不导磁材料制作，进一步加固转子结构，提高转子的结构强度，提高转子的运行频率范围，提高运行可靠性，拓宽切向电机的应用场合。

更优的，如图8至11所示，隔磁槽13内设有第一加强件4，第一加强件4采用不导磁材料制作，第一加强件4置于转子铁芯1内的部分夹在永磁体槽12内的永磁体2和隔磁槽13之间，第一加强件4的形状可为圆形或其他形状，还可以与隔磁槽13的形状相匹配，通过第一加强件4的设置以在保证永磁体2的充磁饱和度的情况下，增大永磁体2表面被固定的接触面积，减小运行中的局部压力，可以更好的固定永磁体2，防止运行过程中永磁体2碎裂的风险。在优选实施例中，转子铁芯1的两端设有挡板5，第一加强件4置于转子铁芯1外的部分可做成圆形或其他形状，第一加强件4伸出转子铁芯1两端的部分连接在挡板5上，通过第一加强件4与挡板5相接提高转子的结构强度。进一步的，隔磁通孔15内设有不导磁的第二加强件6，第二加强件6伸出转子铁芯1两端的部分连接在挡板5上，第二加强件6的形状可为圆形或其他形状，还可以与隔磁通孔15相匹配，通过第二加强件6与挡板5相接进一步提高转子的结构强度。需要说明的是，第一加强件4和第二加强件6可采用杆状部件，也可以采用在隔磁槽13、隔磁通孔15内注塑不导磁物质充当加强件。

本发明还提出了一种电机，包括上述转子结构，电机优选为切向永磁同步电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。