电机转子、永磁电机和智能设备的制作方法

本申请属电机设备技术领域，具体涉及一种电机转子、永磁电机和智能设备。

背景技术：

齿槽转矩是永磁电机的重要参数，其数值的大小直接影响电机定位精度。电机旋转时，由于电机齿和槽相对应的气隙磁导的变化，引起其气隙磁场能量的变化而产生转矩变化。

现有永磁电机多采用对称、单元化设计，转子内嵌磁钢或表贴磁环结构。这种结构简单易做，总体性能上，每对磁极与定子之间形成单元电机，电机主体性能呈现叠加关系，但电机齿槽转矩也同步造成了叠加，增加了电机转矩的波动。尤其是当电机运行在低转矩运行模式下，齿槽转矩造成的波动更为明显，电机控制精度较差。

技术实现要素：

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子、永磁电机和智能设备，能够减少电机齿槽转矩造成的波动，提高电机控制精度。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括内转子和外转子，内转子和外转子之间形成气隙，外转子套设在内转子外，且内转子和外转子同轴设置，外转子的外周面上设置有沿轴向延伸的第一凹槽。

优选地，外转子的外周面上的第一凹槽为多个，多个第一凹槽沿外转子的外周面周向均匀排布。

优选地，外转子的内周面上设置有多个沿周向排布的第二凹槽。

优选地，第一凹槽和第二凹槽沿外转子的周向交错排布。

优选地，第二凹槽的数量z2与第一凹槽的数量z1之间的关系满足z2＝z1±p，其中，p＝0，1，2……。

优选地，第一凹槽的槽口总面积占外转子的外周面面积的比例小于或等于1/2。

优选地，外转子的内周面为平滑弧面。

优选地，外转子的两端具有端板，外转子能够通过端板与主轴之间转动连接。

优选地，端板与主轴之间通过轴承或减速器转动连接。

优选地，外转子的转速n2与内转子的转速n1之间的关系满足n1＝k*n2，其中k＝1，2，3……。

优选地，第一凹槽的截面形状为半圆形、梨形或燕尾形。

根据本申请的另一方面，提供了一种永磁电机，包括电机转子，电机转子为上述的电机转子。

根据本申请的另一方面，提供了一种智能设备，包括电机转子，电机转子为上述的电机转子。

本申请提供的电机转子，包括内转子和外转子，内转子和外转子之间形成气隙，外转子套设在内转子外，且内转子和外转子同轴设置，外转子的外周面上设置有沿轴向延伸的第一凹槽。该电机转子在外转子的外周面上设置有沿轴向延伸的第一凹槽，因此能够通过外转子上的第一凹槽改善电机气隙磁密分布，降低磁场交界处的突变点值，使转子磁场外部磁通分布趋向马鞍形，进而降低定转子之间齿槽转矩，提高鲁棒性，减少电机齿槽转矩造成的波动，提高电机控制精度。

附图说明

图1为本申请第一实施例的电机转子的局部结构示意图；

图2为本申请第一实施例的电机转子的局部放大结构示意图；

图3为本申请第一实施例的电机转子的外转子的立体结构示意图；

图4为本申请第一实施例的电机转子的外转子的结构示意图；

图5为本申请第二实施例的电机转子的局部结构示意图；

图6为本申请第二实施例的电机转子的局部放大结构示意图；

图7为本申请第二实施例的电机转子的外转子的立体结构示意图；

图8为本申请第二实施例的电机转子的外转子的结构示意图；

图9为本申请实施例的电机转子与主轴的安装结构示意图；

图10为现有技术中的永磁电机的齿槽转矩波形图；

图11为本申请的永磁电机的齿槽转矩波形图。

附图标记表示为：

1、内转子；2、外转子；3、第一凹槽；4、第二凹槽；5、端板；6、轴承；7、转子铁芯；8、永磁体；9、主轴；10、定子铁芯；11、定子绕组。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本申请的实施例，电机转子包括内转子1和外转子2，内转子1和外转子2之间形成气隙，外转子2套设在内转子1外，且内转子1和外转子2同轴设置，外转子2的外周面上设置有沿轴向延伸的第一凹槽3。

该电机转子在外转子2的外周面上设置有沿轴向延伸的第一凹槽3，因此能够通过外转子2上的第一凹槽3改善电机气隙磁密分布，降低磁场交界处的突变点值，使转子磁场外部磁通分布趋向马鞍形，进而降低定转子之间齿槽转矩，提高鲁棒性，减少电机齿槽转矩造成的波动，提高电机控制精度。上述结构还可以改善定子齿部磁密分布，减少漏磁，降低磁场峰值点值，降低铁芯损耗，提高电机效率，同时能够改善较大齿槽转矩占比产生的单边磁拉力，及由此产生的振动、噪声、温升等问题，降低电机损耗。

优选地，外转子2的外周面上的第一凹槽3为多个，多个第一凹槽3沿外转子2的外周面周向均匀排布。多个第一凹槽3沿着外转子2的外周面周向均匀排布，能够在定子齿部的多个周向位置改善定子齿部的磁密分布，改善电机气隙磁密分布，降低定转子之间的齿槽转矩，更加有效地提高鲁棒性。

在本实施例中，外转子2的两端具有端板5，外转子2能够通过端板5与主轴9之间转动连接。外转子2采用导磁材料制成。导磁材料可使用硅钢、电工纯铁等；主要目的是利用外转子2上的凹槽，将原本电机的外转子2与电机定子之间的单一气隙分为第一气隙和第二气隙，在外转子2转动的过程中，由于外转子上的导磁部件位置转动变化，第一气隙和第二气隙的数值均在跟随变化，进而实现电机磁密及齿槽转矩的变化。

端板5与主轴9之间可以通过轴承6或减速器等转动连接件转动连接，从而方便实现外转子2的安装，简化安装结构，降低安装难度，同时能够实现外转子2与主轴9之间的非同步转动。外转子2与端板5之间可以为一体成型，也可以分开加工之后固定为一体。

在本实施例中，外转子2的转速n2与内转子1的转速n1之间的关系满足n1＝k*n2，其中k＝1，2，3……，从而能够利用安装在主轴9上的轴承6或减速器实现外转子2与主轴9之间的同速转动，或者使得主轴9的转速相对于外转子2成倍速转动。

第一凹槽3的截面形状优选地为半圆形、梨形或燕尾形。

优选地，第一凹槽3的槽口总面积占外转子2的外周面面积的比例小于或等于1/2。通过限制第一凹槽3的槽口总面积占外转子2的外周面面积的比例，能够避免第一凹槽3的槽口面积过大而导致外转子2的整体机械结构强度不足的问题，提高外转子2的整体结构的稳定性和可靠性，进而提高电机的结构可靠性。

内转子1包括转子铁芯7和永磁体8，其中转子铁芯7上设置有永磁体槽，永磁体8固定设置在永磁体槽内。优选地，永磁体8采用磁钢，且磁钢材料为钕铁硼。转子铁芯7采用低牌号硅钢片冲压而成。

结合参见图1至图4所示，根据本申请的第一实施例，外转子2的内周面上设置有多个沿周向排布的第二凹槽4。第二凹槽4与第一凹槽3作用相同，均是在改变电机磁密分布；增加第二凹槽4，可以增加磁密的调节频率，使得齿槽转矩进一步降低。

优选地，第一凹槽3和第二凹槽4沿外转子2的周向交错排布，从而沿周向上错开第一凹槽3和第二凹槽4的设置位置，避免第一凹槽3和第二凹槽4处于同一径向位置时该部位的厚度偏小，导致外转子2的机械强度偏差的问题。

第二凹槽4的数量z2与第一凹槽3的数量z1之间的关系满足z2＝z1±p，其中，p＝0，1，2……。当z2不为0时，外转子2的结构如图3和图4所示，当z2为0时，外转子2的结构如图7和图8所示。

z1根据电机不同的极槽配合数，根据实际负载波动大小进行设计，在z1的取值确定的情况下，可以根据p取值的变化来调节z2的变化，随着z2取值的不同，外转子2的结构也相应发生变化。

结合参见图5至图8所示，根据本申请的第二实施例，其与第一实施例的不同之处在于，在本实施例中，外转子2的内周面并未设置第二凹槽4，外转子2的内周面为平滑弧面。

结合参见图10和图11所示可以看出，在未采用本申请的结构之前，齿槽转矩所造成的电机转矩波动较大，整体呈现不平滑结构，因此对电机性能影响较大；在采用本申请的结构之后，齿槽转矩所造成的电机转矩波动明显减小，且转矩波形明显更加平滑，齿槽转矩对于电机转矩所造成的不利影响棉线减小。

根据本申请的实施例，永磁电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。永磁电机还包括电机定子，电机转子套设在电机定子内侧，且电机转子的外转子2对应于电机定子的定子齿设置。电机定子包括定子铁芯10和定子绕组11，定子绕组11设置在定子铁芯10的定子齿槽内。

根据本申请的实施例，智能设备包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。该智能设备例如为机器人。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。