切向電機及切向電機轉子的制作方法
本發明涉及電機設備技術領域，特別涉及一種切向電機及切向電機轉子。
背景技術：
由于切向永磁同步電機具有“聚磁”的效果，與徑向永磁同步電機相比，能產生更高的氣隙磁密，使得電機具有體積小，重量輕，轉矩大，功率密度大，電機效率高及動態性能好等優點，越來越多地被應用于伺服系統、電力牽引等工業領域及家電行業。
如圖1所示，切向式電機包括切向式電機轉子及定子04，切向式電機轉子包括轉軸03、轉子鐵心01及設置于轉子鐵心01內的磁鋼02。
目前，切向永磁同步電機的氣隙磁密及反電勢含有各類空間諧波，由于切向永磁同步電機的定子04上開槽，使得磁路磁導不均勻，氣隙磁密、反電勢含有各類空間諧波，且諧波占比大，各類諧波相互作用產生低階力波，加大電機的振動噪聲。波形正弦度較差，波形畸變率高，使得電機的振動及噪聲較大，影響用戶的使用健康，限制了電機的應用推廣。
因此，如何降低電機的振動噪音，是本技術領域人員亟待解決的問題。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供了一種切向電機轉子，以降低電機的振動噪音。本發明還提供了一種切向電機。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種切向式電機轉子，所述切向式電機轉子具有朝向所述定子的外表面，所述外表面具有與所述切向式電機轉子內的磁鋼對應設置的切邊結構。
優選地，上述切向式電機轉子中，所述外表面的切邊結構為與所述外表面的整弧面連接的偏心弧面，所述偏心弧面朝向所述切向式電機轉子的內側彎曲；
所述偏心弧面與所述整弧面平滑過渡。
優選地，上述切向式電機轉子中，越靠近所述磁鋼的磁極分界線，所述偏心弧面的弧度越大。
優選地，上述切向式電機轉子中，所述偏心弧面的弧度為a，所述切向式電機轉子的單個磁極所占角度為f；
0.95≥a/f≥0.7。
優選地，上述切向式電機轉子中，電機的磁極對數為p，所述偏心弧面的弧度為a，偏心任意點連線與偏心連接點連線之間的夾角設為θ1，所述偏心任意點連線為所述偏心弧面上任意一點與所述表貼式電機轉子圓心的連線，所述偏心連接點連線為e連接點與所述表貼式電機轉子圓心的連線，所述e連接點為所述中間弧面與所述偏心弧面的連接點；所述偏心弧面上任意一點與所述切向式電機轉子的圓心之間的距離為偏心徑r2，所述偏心徑r2與所述整弧面的半徑r1滿足以下關系：
優選地，上述切向式電機轉子中，所述切向式電機轉子的磁鋼槽具有朝向所述切向式電機轉子外側設置的開口，所述開口的寬度l小于所述磁鋼槽的寬度m。
優選地，上述切向式電機轉子中，所述開口相對于所述磁鋼槽的中心線對稱設置。
優選地，上述切向式電機轉子中，0.6≥l/m≥0.5。
優選地，上述切向式電機轉子中，所述開口與所述磁鋼槽的中心線對應設置的理論厚度設為u，所述開口兩側的厚度設為v；
1.2≥u/v≥1.1。
本發明還提供了一種切向式電機，包括切向式電機轉子及定子，所述切向式電機轉子為如上述任一項所述的切向式電機轉子。
優選地，上述切向式電機中，所述定子的齒靴具有朝向表貼式電機轉子的內側面，所述內側面的兩側具有沿其中心線對稱設置的切邊結構。
優選地，上述切向式電機中，所述內側面的切邊結構為設置于所述內側面的中間面兩側的曲線切面，所述曲線切面朝向所述定子的內側彎曲。
優選地，上述切向式電機中，所述曲線切面的弧度為g/2，所述定子的單個齒靴所占角度為h；
0.7≥g/h≥0.4。
優選地，上述切向式電機中，所述定子上的槽數為q，所述曲線切面的弧度為g/2；曲線任意點連線與曲線連接點連線之間的夾角設為θ2，所述曲線任意點連線為所述曲線切面上任意一點與所述定子圓心的連線，所述曲線連接點連線為t連接點與所述定子圓心的連線，所述t連接點為所述中間面與所述曲線切面的連接點；所述曲線切面上任意一點與所述定子圓心之間的距離為定子切邊徑r4，所述定子切邊徑r4與所述定子的內圓半徑r3滿足以下關系：
從上述的技術方案可以看出，本發明提供的切向電機轉子，外表面具有與切向式電機轉子內的磁鋼對應設置的切邊結構。通過設置上述切邊結構，能夠改變電機沿切向內圓表面的各個位置的氣隙長度，進而改善氣隙磁場，使得氣隙磁密及反電勢波形正弦度提高，降低了諧波占比，進而降低了轉矩脈動，有效降低了電機振動噪聲。
本發明還提供了一種具有上述切向式電機轉子的切向式電機。由于上述切向式電機轉子具有上述技術效果，具有上述切向式電機轉子的切向式電機也應具有同樣的技術效果，在此不再一一累述。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為現有技術中的一種電機的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的第一種切向式電機的結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的第一種切向式電機的定子的結構示意圖；
圖4為本發明實施例提供的第一種切向式電機轉子的結構示意圖；
圖5為本發明實施例提供的第二種切向式電機的結構示意圖；
圖6為本發明實施例提供的第二種切向式電機轉子的結構示意圖；
圖7為本發明實施例提供的第三種切向式電機的結構示意圖；
圖8為本發明實施例提供的第三種切向式電機的定子的結構示意圖；
圖9為本發明實施例提供的第三種切向式電機轉子的結構示意圖；
圖10為本發明實施例提供的切向電機與現有技術中的一種切向電機的轉矩脈動對比圖。
具體實施方式
本發明公開了一種切向電機轉子，以提高制熱效果及制熱效率。本發明還提供了一種具有上述切向電機轉子的電機。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
請參考圖2-6所示，本發明實施例提供了一種切向式電機轉子，切向式電機轉子具有朝向定子4的外表面，外表面具有與切向式電機轉子內的磁鋼2對應設置的切邊結構。
本發明實施例提供的切向式電機轉子，外表面具有與切向式電機轉子內的磁鋼2對應設置的切邊結構。通過設置上述切邊結構，能夠改變電機沿切向內圓表面的各個位置的氣隙長度，進而改善氣隙磁場，使得氣隙磁密及反電勢波形正弦度提高，降低了諧波占比，進而降低了轉矩脈動，有效降低了電機振動噪聲。
可以理解的是，磁鋼2對應設置的切邊結構與磁鋼2沿切向式電機轉子的徑向對齊。切邊結構為在現有的實體結構上切除一部分后的邊緣結構。切向式電機轉子包括轉軸3、轉子鐵心1及磁鋼2。定子4上開設有定子槽41，定子槽41具有朝向切向式電機轉子設置的開口42。開口42的寬度為k。
在本實施例中，切向式電機轉子包含多個切向磁化的永磁體，相鄰的兩個永磁體具有相同的極性相對設置。
優選地，外表面的切邊結構為與外表面的整弧面11連接的偏心弧面12，偏心弧面12朝向切向式電機轉子的內側彎曲；偏心弧面12與整弧面11平滑過渡。在本實施例中，對切向式電機轉子的轉子鐵心1的外表面進行切除，而定子4的結構可以與現有技術中的定子4相同。其中，偏心弧面12為圓心與切向式電機轉子的圓心不重合的弧面結構。
當然，也可以將外側面的切邊結構設置為其他結構，如平面等。
偏心弧面12越靠近磁鋼2的磁極分界線，偏心弧面12的弧度越大。其中，偏心弧面與整弧面11的連接點為e點，偏心弧面12從e點開始朝向磁極分界線方向沿曲線函數變化,轉子鐵心1的偏心弧面12沿圓周方向延展。通過上述設置，使得磁路的氣隙磁導更均勻。
優選地，偏心弧面12的弧度為a，切向式電機轉子的單個磁極所占角度為f。通過設置偏心弧面12，使得轉子鐵心1設有切邊，轉子兩磁極中心線之間的轉子外壁由一段整弧面11、一段偏心弧面12及一段整弧面11組成，偏心弧面12位于中間位置，偏心弧面12是在現有完整的圓弧面(全部為整弧面11)切割后產生的。整弧面11的半徑設為r1，通過偏心弧面12的設置，對轉子的外周進行了切邊，偏心弧面12的弧度小于整弧面11的弧度，偏心弧面12關于磁鋼槽的中心線對稱，偏心弧面12是曲線面，曲線平滑過渡，偏心弧面12從e點開始朝向永磁體槽中心線方向沿曲線函數變化。偏心弧面12沿圓周方向延展，偏心弧面12越靠近磁極中心線。經過仿真研究發現，偏心弧面12的弧度與整弧面11的弧度的比值對氣隙磁密諧波占比影響較大。在轉子上設置偏心弧面12，改變了轉子的磁極形狀，磁極呈凸極形狀，使得轉子表面各處的氣隙長度不等。當a/f≥0.7時，磁極兩側的氣隙長度增加，降低了磁極兩側的氣隙磁導及磁極兩側的氣隙磁密，使得磁導的變化更均勻，使氣隙磁密的波形更接近正弦波，降低氣隙磁密、反電勢諧波占比，進而降低了振動噪聲。但是，當a/f＞0.95時，磁極兩側切邊弧度過大，導致轉子表面各處的氣隙長度均增加，轉子表面各處的氣隙磁導均減小，轉子表面的氣隙磁密均降低，氣隙磁密波形沒有改善，波形畸變率仍較高，電機振動噪聲仍較大，同時氣隙長度過長，電機的磁鏈及電機的轉矩降低，導致電機效率降低。因此，優選地，0.95≥a/f≥0.7。
如圖10所示，在本實施例中，電機的磁極對數為p，偏心弧面12的弧度為a，偏心任意點連線與偏心連接點連線之間的夾角設為θ1，偏心任意點連線為偏心弧面上任意一點與表貼式電機轉子圓心的連線，偏心連接點連線為e連接點與表貼式電機轉子圓心的連線，e連接點為中間弧面與偏心弧面的連接點。即，a/2＞θ1＞0°，偏心弧面12沿曲線變化的過程中θ1逐漸變大，直至e點變化到磁鋼中心線上。偏心弧面12上任意一點與切向式電機轉子的圓心之間的距離為偏心徑r2。可以理解的是，偏心徑r2由e點沿曲線變化的過程中逐漸變小。偏心徑r2與整弧面11的半徑r1滿足以下關系：
如圖5及圖6所示，在第二種實施例中，切向式電機轉子的磁鋼槽具有朝向切向式電機轉子外側設置的開口13，開口的寬度l小于磁鋼槽的寬度m。通過上述設置，使得磁鋼2在高速運行時不易由磁鋼槽飛出，保證轉子結構的機械強度。
優選地，開口13的開口側面為平面。
進一步地，開口13相對于磁鋼槽的中心線對稱設置。通過上述設置，使得開口兩側均具有阻擋磁鋼2飛出磁鋼槽的實體部分。
優選地，0.6≥l/m≥0.5。在此范圍內，開口13加大了轉子表面該位置處的氣隙長度，使得電機磁路的氣隙磁導過渡的更均勻，提高了氣隙磁密波形正弦度，降低了諧波占比、轉矩脈動、振動噪聲及諧波損耗，提高了電機效率。
在本實施例中，由于轉子永磁體槽的開口13的底面平整，關于永磁體槽中心線對稱，開口型中心線處厚，兩側薄。開口13與磁鋼槽的中心線對應設置的理論厚度設為u，即，不設置開口13時，偏心弧面12與磁鋼槽的中心線對應設置到開口13的底面的距離為理論厚度u，開口13兩側的厚度設為v；此時，1.2≥u/v≥1.1。通過上述設置，加大了氣隙長度的同時減小氣隙長度的突變，進而提高了電機磁路的氣隙磁導過渡的均勻性，提高了氣隙磁密波形正弦度，降低了諧波占比及振動噪聲。
可以理解的是，在定子4與磁鋼2均未切邊的位置，氣隙最小，氣隙長度為d，從氣隙最小的位置沿轉子的磁鋼2表面順時針或逆時針方向移動，氣隙長度逐漸變大。
本發明實施例還提供了一種具有上述切向式電機轉子的切向式電機。本發明實施例提供的切向式電機具有與上述切向式電機轉子相同的技術效果，在此不再一一累述。
優選地，本發明實施例提供的切向式電機轉子中，定子的齒靴具有朝向表貼式電機轉子的內側面，內側面的兩側具有沿其中心線對稱設置的切邊結構。
本發明實施例提供的定子，通過在內側面的兩側具有沿其中心線對稱設置的切邊結構，能夠改變電機沿定子1內圓表面的各個位置的氣隙長度，進而改善氣隙磁場，使得氣隙磁密及反電勢波形正弦度提高，降低了諧波占比，進而降低了轉矩脈動，有效降低了電機振動噪聲。
可以理解的是，切邊結構為在現有的實體結構上切除一部分后的邊緣結構。
優選地，內側面的切邊結構為設置于內側面的中間面兩側的曲線切面43，曲線切面43朝向定子的內側彎曲。在本實施例中，對定子4齒靴的內表面進行切除，而轉子的結構可以與現有技術中的轉子相同。
當然，也可以將內側面的切邊結構設置為其他結構，如平面等。
其中，曲線切面43的弧度為g/2，定子的單個齒靴所占角度為h；如圖8所示，中間面與曲線切面43的連接點為t點，定子4齒靴的切削位置(曲線切面43)靠近定轉子之間氣隙的部分。經過仿真研究發現，曲線切面43(定子4齒靴的切削位置)所占弧度與單個齒靴所占角度為h比值對氣隙磁密諧波占比影響較大。當g/h≥0.4時，曲線切面43的弧度較大，使定子4內表面的氣隙長度過渡的更均勻，提高了磁路氣隙磁導的均勻性，改善氣隙磁密、反電勢波形，降低諧波占比，降低電機振動噪聲。但是，當g/h＞0.7后，曲線切面43的弧度角過大，磁通過度集中在定子4齒靴的中心線處，使得該處的氣隙磁密過高，氣隙磁密波形畸變嚴重，諧波占比增加，電機振動噪聲加大。因此，優選地，0.7≥g/h≥0.4。
進一步地，在本實施例中，定子上的槽數為q，曲線切面43的弧度為g/2，曲線任意點連線與曲線連接點連線之間的夾角設為θ2，曲線任意點連線為曲線切面上任意一點與定子4圓心的連線；曲線連接點連線為t連接點與定子1圓心的連線，t連接點為中間面與曲線切面的連接點，即，g/2＞θ2＞0o，其中，定子4與轉子同心，定子4的切邊沿曲線變化的過程中θ2逐漸變大，曲線切面43從點t開始沿曲線變化，直至與定子4齒靴的邊緣線重合。曲線切面43上任意一點與定子4圓心之間的距離為定子4切邊徑r4。即，定子4切邊徑r4從t點沿曲線變化的過程中逐漸變大，定子4切邊徑r4與定子4的內圓半徑(即中間面的半徑)r3滿足以下關系：
其中，q≥4。本實施例中，q＝12。
可以理解的是，在定子4與磁鋼2均未切邊的位置，氣隙最小，氣隙長度為d，從氣隙最小的位置沿轉子的磁鋼2表面順時針或逆時針方向移動，氣隙長度逐漸變大。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
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