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电机 转子和 开关磁阻电机

阅读：1032发布：2020-05-18

专利汇可以提供电机转子和开关磁阻电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请提供一种电机转子和开关磁阻电机。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)包括转子轭(2)和转子齿，转子齿设置在转子轭(2)的外周，多个转子齿沿转子轭(2)的周向间隔排布，转子齿沿径向延伸，沿着转子铁芯(1)的径向，转子齿从中间向两端的宽度递增。根据本申请的电机转子，能够对转子齿部的磁力线磁路进行优化，显著提升电机的电磁转矩。，下面是电机转子和开关磁阻电机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)包括转子轭(2)和转子齿，所述转子齿设置在所述转子轭(2)的外周，多个所述转子齿沿所述转子轭(2)的周向间隔排布，所述转子齿沿径向延伸，沿着所述转子铁芯(1)的径向，所述转子齿从中间向两端的宽度递增。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，所述转子齿包括沿径向由外而内依次设置的第一齿段(3)、第二齿段(4)、第三齿段(5)、第四齿段(6)和第五齿段(7)，其中所述第三齿段(5)的宽度最小，所述第一齿段(3)的宽度大于或等于所述第二齿段(4)的宽度，所述第五齿段(7)的宽度大于所述第四齿段(6)的宽度。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第二齿段(4)为梯形，所述第二齿段(4)与所述第一齿段(3)在连接位置处等宽，所述第二齿段(4)与所述第三齿段(5)在连接位置处等宽。
4.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第三齿段(5)与所述第四齿段(6)之间形成台阶结构，所述第四齿段(6)和所述第五齿段(7)之间形成台阶结构。
5.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一齿段(3)和所述第三齿段(5)均为等宽结构，所述第三齿段(5)的宽度为wr3，所述第一齿段(3)的宽度为wr1，其中0.45≤wr3/wr1≤0.6。
6.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第三齿段(5)和所述第四齿段(6)均为等宽结构，所述第三齿段(5)的宽度为wr3，所述第四齿段(6)的宽度为wr4，其中2.1≤wr4/wr3≤2.3。
7.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第四齿段(6)和所述第五齿段(7)均为等宽结构，所述第四齿段(6)的宽度为wr4，所述第五齿段(7)的宽度为wr5，其中1.3≤wr5/wr4≤1.6。
8.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一齿段(3)的径向厚度为tr1，所述第二齿段(4)的径向厚度为tr2，其中0.95≤tr2/tr1≤1。
9.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一齿段(3)的径向厚度为tr1，所述第二齿段(4)的径向厚度为tr2，所述第三齿段(5)的径向厚度为tr3，其中1.6≤tr3/(tr2+tr1)≤1.7。
10.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第三齿段(5)的径向厚度为tr3，所述第四齿段(6)的径向厚度为tr4，其中0.45≤tr4/tr3≤0.5。
11.一种开关磁阻电机，包括电机转子和电机定子(8)，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至10中任一项所述的电机转子。
12.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，所述转子齿的径向外侧边的宽度为wr1，所述电机定子(8)包括定子齿(9)，所述定子齿(9)的靠近所述转子齿的内侧边宽度为ws，其中0.7≤wr1/ws≤0.85。

说明书全文

电机 转子和 开关磁阻电机

技术领域

[0001] 本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种电机转子和开关磁阻电机。

背景技术

[0002] 开关磁阻电机因结构简单、工作可靠、几乎无需维护的优点，在环境复杂的工业领域中有着良好的适用性。

[0003] 开关磁阻电机的转矩是由磁阻最小原理产生，电流的一部分进行励磁，所以转矩密度较小，特别是相比于现有永磁同步电机，由于缺少永磁体，转矩密度显著下降。现有技术中针对开关磁阻电机的研究多围绕其转矩波动，而对于其转矩能力多通过简单调整定子齿/转子齿齿宽进行优化，效果十分有限。发明内容

[0004] 因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子和开关磁阻电机，能够对转子齿部的磁力线磁路进行优化，显著提升电机的电磁转矩。

[0005] 为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括转子轭和转子齿，转子齿设置在转子轭的外周，多个转子齿沿转子轭的周向间隔排布，转子齿沿径向延伸，沿着转子铁芯的径向，转子齿从中间向两端的宽度递增。

[0006] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，转子齿包括沿径向由外而内依次设置的第一齿段、第二齿段、第三齿段、第四齿段和第五齿段，其中第三齿段的宽度最小，第一齿段的宽度大于或等于第二齿段的宽度，第五齿段的宽度大于第四齿段的宽度。

[0007] 优选地，第二齿段为梯形，第二齿段与第一齿段在连接位置处等宽，第二齿段与第三齿段在连接位置处等宽。

[0008] 优选地，第三齿段与第四齿段之间形成台阶结构，第四齿段和第五齿段之间形成台阶结构。

[0009] 优选地，第一齿段和第三齿段均为等宽结构，第三齿段的宽度为wr3，第一齿段的宽度为wr1，其中0.45≤wr3/wr1≤0.6。

[0010] 优选地，第三齿段和第四齿段均为等宽结构，第三齿段的宽度为wr3，第四齿段的宽度为wr4，其中2.1≤wr4/wr3≤2.3。

[0011] 优选地，第四齿段和第五齿段均为等宽结构，第四齿段的宽度为wr4，第五齿段的宽度为wr5，其中1.3≤wr5/wr4≤1.6。

[0012] 优选地，第一齿段的径向厚度为tr1，第二齿段的径向厚度为tr2，其中0.95≤tr2/tr1≤1。

[0013] 优选地，第一齿段的径向厚度为tr1，第二齿段的径向厚度为tr2，第三齿段的径向厚度为tr3，其中1.6≤tr3/(tr2+tr1)≤1.7。

[0014] 优选地，第三齿段的径向厚度为tr3，第四齿段的径向厚度为tr4，其中0.45≤tr4/tr3≤0.5。

[0015] 根据本申请的另一方面，提供了一种开关磁阻电机，包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。

[0016] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，转子齿的径向外侧边的宽度为wr1，电机定子包括定子齿，定子齿的靠近转子齿的内侧边宽度为ws，其中0.7≤wr1/ws≤0.85。

[0017] 本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括转子轭和转子齿，转子齿设置在转子轭的外周，多个转子齿沿转子轭的周向间隔排布，转子齿沿径向延伸，沿着转子铁芯的径向，转子齿从中间向两端的宽度递增。本申请的电机转子，将转子齿按照多段不同的宽度沿径向进行设置，一方面保证有适当数量的磁力线从面对工作定子齿的地方进入转子齿，另一方面让一部分非工作定子齿的磁力线从后半段转子进入转子齿，提升了输出转矩。附图说明

[0018] 图1为本申请实施例的电机的结构示意图；

[0019] 图2为本申请实施例的电机转子的尺寸结构示意图；

[0020] 图3为本申请实施例的电机的磁力线分布示意图；

[0021] 图4为本申请实施例的电机的wr1/ws对转矩的影响曲线图；

[0022] 图5为本申请实施例的电机的tr2/tr1对转矩的影响曲线图；

[0023] 图6为本申请实施例的电机与现有技术电机的转矩曲线对比图。

[0024] 附图标记表示为：

[0025] 1、转子铁芯；2、转子轭；3、第一齿段；4、第二齿段；5、第三齿段；6、第四齿段；7、第五齿段；8、电机定子；9、定子齿。

具体实施方式

[0026] 结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯1，转子铁芯1包括转子轭2和转子齿，转子齿设置在转子轭2的外周，多个转子齿沿转子轭2的周向间隔排布，转子齿沿径向延伸，沿着转子铁芯1的径向，转子齿从中间向两端的宽度递增。

[0027] 本申请的电机转子，将转子齿按照多段不同的宽度沿径向进行设置，一方面保证有适当数量的磁力线从面对工作定子齿的地方进入转子齿，另一方面让一部分非工作定子齿的磁力线从后半段转子进入转子齿，提升了输出转矩。

[0028] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，转子齿包括沿径向由外而内依次设置的第一齿段3、第二齿段4、第三齿段5、第四齿段6和第五齿段7，其中第三齿段5的宽度最小，第一齿段3的宽度大于或等于第二齿段4的宽度，第五齿段7的宽度大于第四齿段6的宽度。

[0029] 第二齿段4为梯形，第二齿段4与第一齿段3在连接位置处等宽，第二齿段4与第三齿段5在连接位置处等宽。第二齿段4的梯形侧边可以为直线，也可以为曲线。

[0030] 第三齿段5与第四齿段6之间形成台阶结构，第四齿段6和第五齿段7之间形成台阶结构。

[0031] 在本实施例中，转子铁芯1由软磁材料薄片叠压而成。转子铁芯1上有数个转子齿，转子齿沿径向由不等宽的阶梯段组成，径向靠外的第一齿段3的宽度大于或等于第二齿段4的宽度，第二齿段4的宽度大于第三齿段5的宽度，第三齿段5的宽度小于第四齿段6的宽度，第四齿段6的宽度小于第五齿段7的宽度。通过将第一齿段3的宽度设置较大，可以引导更多的磁力线进入电机转子，第二齿段4为梯形状，将第一齿段3收集来的磁力线缓慢引导至第三齿段5，梯形的形状可以让磁力线更加平滑，避免局部磁密饱和。第三齿段5的齿具有较小的宽度，可以有效约束磁力线，形成较大的磁密，避免相邻的齿之间的磁力线干扰。第四齿段6的宽度较大，避免齿部磁阻过大，引起磁密饱和，因为这部分磁力线比较靠近转子气隙，还可以将非工作定子齿的磁力线引导至转子产生转矩，但是宽度不能太大，太大将会使磁力线沿着旋转方向的反方向传播，引起反向的转矩。当磁力线通过第五齿段7之后会进入转子轭部，第五齿段7及以后的转子齿部设置为较大的宽度，用来加强机械强度，如图3所示。

[0032] 优选地，第一齿段3和第三齿段5均为等宽结构，第三齿段5的宽度为wr3，第一齿段3的宽度为wr1，其中0.45≤wr3/wr1≤0.6。第三齿段5将第一齿段3收集、第二齿段4引导的磁力线进行约束，增强齿部的磁密，使电机能够产生较大的转矩。wr3/wr1过大，会使相邻的转子齿之间发生磁力线短路，无法形成有效的磁密，比值过小会在第三齿段5处形成磁密饱和，反而会引起转矩的下降。

[0033] 第三齿段5和第四齿段6均为等宽结构，第三齿段5的宽度为wr3，第四齿段6的宽度为wr4，其中2.1≤wr4/wr3≤2.3。第四齿段6处于磁力线即将达到转子轭2但是尚未达到转子轭2的位置，wr4/wr3比值太大，导致第三齿段5靠近转子中心处的磁密分散，导致第三齿段5对磁力线调制作用减弱，引起转矩的下降。比值过小会在第四齿段6处形成磁密饱和，并且机械强度会下降。

[0034] 第四齿段6和第五齿段7均为等宽结构，第四齿段6的宽度为wr4，第五齿段7的宽度为wr5，其中1.3≤wr5/wr4≤1.6。第五齿段7已经处于转子轭部的位置，wr5/wr4比值过大会引起转子齿之间的短路，引起电磁转矩短路，比值过小，会引起磁密饱和，引起转矩下降以及机械强度下降。

[0035] 第一齿段3的径向厚度为tr1，第二齿段4的径向厚度为tr2，其中0.95≤tr2/tr1≤1。tr2/tr1比值过大，会让第一齿段3处出现磁饱和，第三齿段5远离气隙，无法形成有效的转矩。比值过小，会在第二齿段4处形成磁密饱和，整个磁路的磁阻变大，电磁转矩下降，机械强度也会下降，如图5所示。

[0036] 第一齿段3的径向厚度为tr1，第二齿段4的径向厚度为tr2，第三齿段5的径向厚度为tr3，其中1.6≤tr3/(tr2+tr1)≤1.7。tr3/(tr2+tr1)比值越大，位于转子铁芯1的径向外侧的前两段齿段的收集作用越弱，进入转子齿的磁力线减少，第三齿段5的约束作用增强，主磁路磁阻增加，转矩下降。比值太小，第三齿段5对磁力线的约束作用减弱，无法有效引导磁力线通过的路径，无法形成有效的磁密，引起转矩下降。

[0037] 第三齿段5的径向厚度为tr3，第四齿段6的径向厚度为tr4，其中0.45≤tr4/tr3≤0.5。第四齿段6处于磁力线即将达到转子轭部但是尚未达到转子轭部的位置，tr4/tr3比值太大，会让第三齿段5的约束作用减弱，不能形成有效的磁力线路径，导致输出转矩下降。比值太小，会让转子轭部的机械强度太低，并且第四齿段6远离气隙，磁力线的路径不清晰，引起转子齿间的漏磁，电磁转矩下降。

[0038] 如图6所示，采用本申请的电机转子所形成的电机，相对于现有技术的电机而言，最大输出转矩提升达到21％，输出转矩得到显著提升。

[0039] 根据本申请的实施例，开关磁阻电机包括电机转子和电机定子8，该电机转子为上述的电机转子。

[0040] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，转子齿的径向外侧边的宽度为wr1，电机定子8包括定子齿9，定子齿9的靠近转子齿的内侧边宽度为ws，其中0.7≤wr1/ws≤0.85。wr1/ws决定了从电枢绕组的磁力线有多少能够进入转子齿，从而影响了输出转矩。该比值过小，部分电枢磁力线无法进入转子齿，引起转矩下降。该比值过大，转子齿会使相邻的定子之间的磁力线短路，引起转矩下降，如图4所示。

[0041] 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。

[0042] 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。

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