技术领域
[0001] 本
申请涉及电机技术领域，具体涉及一种转子组件和交替极电机。
背景技术
[0002] 交替极永磁同步电机使用的
永磁体数量仅为传统永磁同步电机永磁体数量的一半，因此，其对永磁体的利用更加充分，可以显著降低永磁体使用量，从而降低电机成本。
[0003] 但是其特殊的磁路结构也带来了很多问题，包括永磁体使用量减少带来的输出转矩下降、相邻磁极结构不对称导致转矩
波动增加的问题，限制了交替极电机的进一步推广应用。
[0004]
现有技术中的一些交替极电机是通过优化极弧系数改善转矩波动，主要针对的是由
齿槽转矩引起的转矩波动，而对于非正弦反电势引起的转矩脉动，没有效果，因此，对于交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，起到的效果不佳。
发明内容
[0005] 因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子组件和交替极电机，能够有效改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。
[0006] 为了解决上述问题，本申请提供一种转子组件，包括转子
铁芯，转子铁芯包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽，安装槽内安装有永磁体，永磁体面向转子铁芯外周缘的极性为同一极性，位于安装槽径向外侧的转子铁芯上设置有第一空气槽和第二空气槽，第一空气槽位于磁极中心线上，第二空气槽为至少两个，至少两个第二空气槽间隔设置并位于磁极中心线两侧，第二空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的距离大于第一空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的距离。
[0007] 优选地，第一空气槽自身关于磁极中心线对称；和/或，至少两个第二空气槽关于磁极中心线对称。
[0008] 优选地，安装槽的两端分别设置有第一延伸槽，第一延伸槽从安装槽的端部向磁极中心线周向延伸。
[0009] 优选地，第二空气槽位于第一延伸槽与第一空气槽之间。
[0010] 优选地，安装槽的两端分别设置有第二延伸槽，第二延伸槽从安装槽的端部向该第二延伸槽所在侧的交替极周向延伸。
[0011] 优选地，在垂直于转子铁芯的中
心轴线的截面内，两个第二空气槽的径向外边缘具有远离磁极中心线的第一端点，两个第一端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹
角为a22，两个第一延伸槽的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第二端点，两个第二端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a31，其中a22/a31＝0.4～0.7。
[0012] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，两个第二空气槽的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第三端点，两个第三端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a21，第一空气槽的径向外边缘具有两个第四端点，两个第四端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a1，其中a1/a21＝0.2～0.5。
[0013] 优选地，第一空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的最小距离为d10，第二空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的最小距离为d20，其中d10/d20＝0.25～0.4。
[0014] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，第二空气槽的径向外边缘的两个端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a2，第一空气槽的径向外边缘具有两个第四端点，两个第四端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a1，其中a2/a1＝0.65～0.85。
[0015] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，两个第一延伸槽的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第二端点，两个第二端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a31，两个相向延伸的第二延伸槽在相对侧的径向外边缘具有第五端点，两个第五端点与转子铁芯的中心的连线之间所形成的夹角为a32，其中a32/a31＝0.9～1.1。
[0016] 优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，第一延伸槽的厚度为t31，第二延伸槽的厚度为t32，其中t32/t31＝0.2～0.8。
[0017] 优选地，永磁体为一字型。
[0018] 根据本申请的另一方面，提供了一种交替极电机，包括转子组件和
定子组件，该转子组件为上述的转子组件。
[0019] 本申请提供的转子组件，包括转子铁芯，转子铁芯包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽，安装槽内安装有永磁体，永磁体面向转子铁芯外周缘的极性为同一极性，位于安装槽径向外侧的转子铁芯上设置有第一空气槽和第二空气槽，第一空气槽位于磁极中心线上，第二空气槽为至少两个，至少两个第二空气槽间隔设置并位于磁极中心线两侧，第二空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的距离大于第一空气槽的径向外边缘与转子铁芯外周缘的距离。该转子组件通过设置位于磁极中心线上的第一空气槽和两个位于磁极中心线两侧的第二空气槽，能够对经过转子铁芯的
磁力线进行规划，利用第二空气槽将永磁极的磁力线进一步集中引导，使气隙磁密的
波形更接近正弦，同时利用第一空气槽避免磁极中心部的磁密过于集中，避免磁密波形畸变，在磁密波形最容易发生畸变的磁极中心处有效调节永磁极处的磁力线分布，让整个气隙磁密更正弦，相比现有技术可进一步降低转矩脉动，有效改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。
附图说明
[0020] 图1为本申请
实施例的转子组件的结构示意图；
[0021] 图2为本申请实施例的转子组件的尺寸结构图；
[0022] 图3为本申请实施例的转子组件的磁力线分布图；
[0023] 图4为本申请实施例的转子组件与现有技术的转子组件的磁密波形对比图；
[0024] 图5为本申请实施例的转子组件与现有技术的转子组件的磁密波形谐波分解图；
[0025] 图6为本申请实施例的转子组件与现有技术的转子组件的转矩波形对比图；
[0026] 图7为本申请实施例的转子组件转矩波动随a22/a31变化的曲线图；
[0027] 图8为本申请实施例的转子组件转矩波动、电磁转矩随a1/a21变化的曲线图。
[0028] 附图标记表示为：
[0029] 1、转子铁芯；2、安装槽；3、永磁体；4、第一空气槽；5、第二空气槽；6、第一延伸槽；7、第二延伸槽；8、定子组件。
具体实施方式
[0030] 结合参见图1至图8所示，根据本申请的实施例，转子组件包括转子铁芯1，转子铁芯1包括沿周向交替排布的永磁极和交替极，永磁极包括安装槽2，安装槽2内安装有永磁体3，永磁体3面向转子铁芯1外周缘的极性为同一极性，位于安装槽2径向外侧的转子铁芯1上设置有第一空气槽4和第二空气槽5，第一空气槽4位于磁极中心线上，第二空气槽5为至少两个，至少两个第二空气槽5间隔设置并位于磁极中心线两侧，第二空气槽5的径向外边缘与转子铁芯1外周缘的距离大于第一空气槽4的径向外边缘与转子铁芯1外周缘的距离。
[0031] 两个第二空气槽5之间形成间隙，因此磁力线在从永磁体3发出后，会受到两个第二空气槽5的影响，而向两个第二空气槽5中间的转子铁芯1上聚拢集中，之后受到位于磁极中心线上的第一空气槽4的影响，聚拢的磁力线无法从第一空气槽4的
位置经过，因此会分散人后从第一空气槽4的两侧经过，从而实现了对磁力线的聚合分散过程，对磁力线的畸
变形成有效改善。
[0032] 该转子组件通过设置位于磁极中心线上的第一空气槽4和两个位于磁极中心线两侧的第二空气槽5，能够对经过转子铁芯1的磁力线进行规划，利用第二空气槽5将永磁极的磁力线进一步集中引导，使气隙磁密的波形更接近正弦，同时利用第一空气槽4避免磁极中心部的磁密过于集中，避免磁密波形畸变，在磁密波形最容易发生畸变的磁极中心处有效调节永磁极处的磁力线分布，让整个气隙磁密更正弦，相比现有技术可进一步降低转矩脉动，有效改善交替极电机反电势谐波含量丰富引起的转矩脉动增加问题，显著降低反电势谐波含量，提高电机性能。
[0033] 本申请中通过第一空气槽4和第二空气槽5的相互配合，能够对反电势中的非正弦反电势进行调节，改变磁力线分布形态，使其磁密分布更加正弦化，从而能够显著降低反电势谐波含量，进一步降低转矩脉动。
[0034] 本申请技术方案的磁力线分布如图3所示。气隙磁密波形与现有技术的气隙磁密波形如图4、5所示。转矩曲线对比如图6所示。不难看出，本申请的技术方案相比于现有技术具有更小的转矩波动。
[0035] 优选地，第一空气槽4自身关于磁极中心线对称；和/或，至少两个第二空气槽5关于磁极中心线对称。
[0036] 当上述两个条件均满足时，能够使得磁力线在经过两个第二空气槽5之间的转子铁芯1后分配至第一空气槽4两侧的磁力线更加均匀，从而更加方便使得气隙磁密正弦化，进一步提高转矩脉动的降低效果，降低反电势谐波含量。
[0037] 上述的第一空气槽4和第二空气槽5的截面例如为矩形、扇形、圆形或者椭圆形。
[0038] 优选地，两个第二空气槽5之间的间距大于第一空气槽4的周向长度，从而使得第一空气槽4与两个第二空气槽5均在周向方向上形成间隔，更加方便磁力线的分布。
[0039] 安装槽2的两端分别设置有第一延伸槽6，第一延伸槽6从安装槽2的端部向磁极中心线周向延伸。第一延伸槽6能够对永磁体3发出的磁力线进行第一次约束，使得磁力线向着两个第二空气槽5之间的区域偏斜，方便第二空气槽5对于磁力线进行调整，提高磁力线的调整效率。
[0040] 优选地，第二空气槽5位于第一延伸槽6与第一空气槽4之间，可以使得第二空气槽5的位置更加合理，既能够方便第一延伸槽6对磁力线进行约束，使得磁力线向着第二空气槽5所在侧偏移，又能够保证第二空气槽5与第一空气槽4之间具有足够间隙，可以使得磁力线顺利经过第二空气槽5与第一空气槽4之间的间隙，便于实现磁力线的聚拢后分散，提高气隙磁密波形的正弦化。
[0041] 安装槽2的两端分别设置有第二延伸槽7，第二延伸槽7从安装槽2的端部向该第二延伸槽7所在侧的交替极周向延伸。第二延伸槽7向着交替极周向延伸，因此能够通过第二延伸槽7调整永磁极与交替极磁密分布的对称性，有效降低转矩波动。
[0042] 在本实施例中，第一延伸槽6与第二延伸槽7沿周向方向连通，且第一延伸槽6的径向外边缘和第二延伸槽7的径向外边缘位于同一圆周上，且第一延伸槽6的外周壁和第二延伸槽7的外周壁位于以转子铁芯1的中心轴线为中心的同一圆周上。
[0043] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，两个第二空气槽5的径向外边缘具有远离磁极中心线的第一端点，两个第一端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a22，两个第一延伸槽6的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第二端点，两个第二端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a31，其中a22/a31＝0.4～0.7。第一延伸槽6空气槽将永磁体3发出的磁力线进行第一次约束，第二空气槽5将其中的磁力线进行第二次调整，二者的比值偏大或偏小都会引起气隙磁密谐波的畸变，研究表明，二者比值在0.4～0.7最好，如图7所示。
[0044] 对于圆形或者椭圆形的第二空气槽而言，则其周向方向最大长度的两端端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a22。
[0045] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，两个第二空气槽5的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第三端点，两个第三端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a21，第一空气槽4的径向外边缘具有两个第四端点，两个第四端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a1，其中a1/a21＝0.2～0.5。
[0046] 第二空气槽5将永磁体3发出的磁力线进行第二次约束，而第一空气槽4则对磁力线进行分散，为了避免磁极中心处的磁密过于集中，以及限制电枢反应引起的磁力线分布紊乱，研究表明，将二者的比值限制在0.2～0.5最好，如图8所示。
[0047] 第一空气槽4的径向外边缘与转子铁芯1外周缘的最小距离为d10，第二空气槽5的径向外边缘与转子铁芯1外周缘的最小距离为d20，其中d10/d20＝0.25～0.4。
[0048] d20越大允许通过的磁力线越多，靠近转子铁芯1的外周缘越远，对气隙
磁场的调制作用越弱，d10也是这样。由于第一空气槽4是将第二空气槽5引导的磁力线进一步调制，二者存在联动关系，研究表明，该比值为0.25～0.4时效果最好。
[0049] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，第二空气槽5的径向外边缘的两个端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a2，第一空气槽4的径向外边缘具有两个第四端点，两个第四端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a1，其中a2/a1＝0.65～0.85。
[0050] a2角度越大，对磁力线的阻挡作用越强，调制作用也越强，但是过大会引起电磁转矩的下降。a2角度越小，越不会影响到电磁转矩的幅值，但是对磁路的影响作用小就会使对磁力线的调制作用弱。研究表明，将a2和a1二者的比值限制在0.65～0.85最好。
[0051] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，两个第一延伸槽6的径向外边缘具有靠近磁极中心线的第二端点，两个第二端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a31，两个相向延伸的第二延伸槽7在相对侧的径向外边缘具有第五端点，两个第五端点与转子铁芯1的中心的连线之间所形成的夹角为a32，其中a32/a31＝0.9～1.1。
[0052] 通过第一延伸槽6和第二延伸槽7可以调整永磁极与交替极磁密分布的对称性，两者的磁密无论哪一方偏大或偏小，都会引起相邻磁密分布的不对称，引起转矩波动的增加。比值表征了相邻磁极的极弧比，比值越小，永磁极极下磁密幅值越大，交替极磁密越小，磁密不对称性增加，反之比值越大，永磁极下极靴宽度越宽，对磁力线的约束作用越小，磁密也越小，交替极下磁密较大，磁密不对称性同样增加。研究表明，a32/a31＝0.9～1.1时磁密对称性最好。
[0053] 在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，第一延伸槽6的厚度为t31，第二延伸槽7的厚度为t32，其中t32/t31＝0.2～0.8。
[0054] 由于本申请的技术方案中设置第一空气槽4和第二空气槽5对第一延伸槽6引导来的磁力线进行再次引导，因此，第一延伸槽6直接影响了后续第一空气槽4和第二空气槽5对磁力线的调制作用，厚度越大，调制作用越强，因此为第一延伸槽6设置了较厚的厚度，而第二延伸槽7与第一延伸槽6的厚度比在0.2～0.8最好。
[0055] 永磁体3例如为一字型。
[0056] 转子铁芯1采用软磁材料薄片叠压而成，从而便于使交替极的转子铁芯1在永磁极的影响下磁化呈另一极性。
[0057] 根据本申请的实施例，交替极电机包括转子组件和定子组件8，该转子组件为上述的转子组件。
[0058] 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。
[0059] 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。
