一种无刷电机转子以及该电机转子的设计方法与流程

1.本发明涉及无刷电机的技术领域，尤其涉及一种无刷电机转子以及该电机转子的设计方法。

背景技术：

2.车用冷凝风扇是机动车及工程机械等散热系统的重要部件，主要作用是给水箱的冷却液散热；冷凝风扇是通过无刷电机带动风叶高速旋转，带动空气快速流动，达到快速热交换的目的；无刷电机高速旋转时的转矩波动直接影响着扇叶转动的平稳性，从而对风扇的振动和噪声构成重大影响。
3.为了降低电机高速旋转时的转矩波动，通常采用的措施也有较多，主要加大电机定转子之间的气隙值、定子斜槽或转子斜极、定子铁芯槽口不等宽设计、定子铁芯内圆面开槽等，通过建模来仿真评估转矩波动的改善情况；上述方法的本质都是通过优化气隙磁通密度波形的正弦度来改善转矩波动，虽然或多或少都有一定的效果，但问题在于有的措施需要依靠明显增加原材料用量来达到目的，否则就会显著影响其它性能指标；有的则因规律性不强、很难定量的把握其中的变化趋势，必须对它们进行逐一的建模和仿真，从中挑选出较为合适的方案，往往工作量非常大，优化效果还不甚满意。
4.公告号为cn104184236b的专利公开了一种用于电机的永磁体，所述的电机包括有电机转子和电机定子，所述电机转子和电机定子之间形成气隙，其特征在于：所述永磁体包括有基底面，该基底面与所述电机转子的外表面相贴合；上顶面，该上顶面与所述气隙相对而设，所述上顶面的轮廓线为正弦波和三次谐波函数叠加而成的曲线，优点在于：通过一个正弦加最优三次谐波函数获得新的永磁体结构，在不增加电机的转矩脉动的前提下，增加了转矩输出，电机具有功率密度高、高效节能﹑运转平滑、噪音低等优点；但上述方案在使用过程中需要黏贴永磁体材料，结构稳定性不高，且在加工过程中需要对每一片磁铁进行特殊轮廓加工，导致误差大，成型率低，成本高。

技术实现要素：

5.本发明要解决的主要技术问题是：提供一种无刷电机转子以及该电机转子的设计方法，能够解决上述背景技术提到的问题。
6.为了解决上述的主要技术问题采取以下技术方案实现：
7.一种无刷电机转子，所述电机包括电机转子和电机定子，在所述电机转子和电机定子之间形成有气隙；所述电机转子外轮廓曲线依靠拟合曲线形成，以便所述气隙值是呈正弦规律变化；
8.所述拟合曲线的具体形状可表达为：
9.r(θ)＝r1-f(θ)
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(1)
10.公式(1)中，r(θ)为电机转子外轮廓中任意一点p的极径，r1为电机定子的内圆半径值，f(θ)为气隙值δ的函数表达式；
11.所述f(θ)可由下列函数确定：
12.f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)
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(2)
13.公式(2)中，δmin为气隙值的最小值，θ为电机的电角度，cos(2θ)为2倍的电角度的余弦值；a为选取的常数。
14.优选地，所述公式(2)中气隙值的最小值δmin为常数a的2-3倍。
15.优选地，所述电机的磁极数为8；在所述电机转子上开设有环状分布的多个槽，所述永磁体插入该槽内。
16.一种无刷电机转子的设计方法，包括以下步骤：
17.s1：根据电机的使用需求初始设计，确定电机定子r1的内圆半径值以及最小气隙值δmin；
18.s2：根据气隙值的最小值δmin与常数a的倍数关系，选取常数a的值；
19.s3：将常数a和气隙值最小值δmin代入公式f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)中，从而确定出气隙值δ与电机电角度θ的函数曲线f(θ)；
20.s4：根据s3步骤中确定的函数曲线f(θ)，并依据公式r(θ)＝r1-f(θ)，拟合出电机转子的外轮廓曲线。
21.与现有技术相比，本发明应用于无刷电机具备下列优点：
22.(1)对电机转子外表面的轮廓曲线进行拟合，从而使得电机转子和电机定子之间的气隙值能够沿着正弦分布，从而能够优化气隙磁阻分布、削弱电机齿槽转矩、提高气隙磁场正弦性、降低反电势谐波畸变率和启动阻力矩、提升电机的整体性能。
23.(2)利用本发明提供的公式进行拟合电机转子外轮廓曲线，对电机转子进行开模制造，加工容易，精确度高，不额外增加原材料用量。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图做简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为电机中机械角度为90
°
的电机转子外轮廓示意图；
26.图2为电角度与气隙值的关系曲线图。
27.图中：1为电机转子，2为电机定子，3为永磁体。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
29.请参阅图1-2所示，一种无刷电机转子，所述电机包括电机转子1和电机定子2，在所述电机转子1和电机定子2之间形成有气隙；所述电机的磁极数为4p＝8；在所述电机转子
1上开设有环状分布的多个槽，所述永磁体3插入该槽内，永磁体3的形状为矩形或者其他常见易于加工的形状；所述电机转子1外轮廓曲线依靠拟合曲线形成，以便所述气隙值是呈正弦规律变化；电机转子1外轮廓曲线的拟合曲线确定以后，开模然后加工电机转子1外轮廓即可，加工方便，成型率高且精度较高。
30.所述电机转子1外轮廓的拟合曲线的具体形状可表达为：
31.r(θ)＝r1-f(θ)
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(1)
32.公式(1)中，r(θ)为电机转子1外轮廓中任意一点p的极径，r1为电机定子2的内圆半径值，f(θ)为气隙值δ的函数表达式；θ为电机的电角度。
33.所述f(θ)可由下列函数确定：
34.f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)
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(2)
35.公式(2)中，δmin为气隙值的最小值，θ为电机的电角度，cos(2θ)为2倍的电角度的余弦值；a为选取的常数；所述公式(2)中气隙值的最小值δmin为常数a的2-3倍，即气隙值在最小值和最大值之间波动。
36.当θ＝0
°
时，此时δ为最大值δ
max
，当θ＝π/2时，此时δ位于最小值即δ＝δmin；当θ＝π时，此时δ又回到最大值即δ＝δmax，完成一个变化周期。
37.一种无刷电机转子的设计方法，包括以下步骤：
38.s1：根据电机的使用需求进行初始设计，确定电机定子2r1的内圆半径值以及最小气隙值δmin；电机定子2r1的值以及气隙值的最小值δmin的选取和设计可以参考现有技术；
39.s2：根据气隙值的最小值δmin与常数a的倍数关系，选取常数a的值，常数a的值可以调整，通过调整常数a的值，能够调节δ的变化幅度；
40.s3：将常数a和气隙值最小值δmin代入公式f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)中，从而确定出气隙值δ与电机电角度θ的函数曲线f(θ)；
41.s4：根据s3步骤中确定的函数曲线f(θ)，并依据公式r(θ)＝r1-f(θ)，拟合出电机转子1的外轮廓曲。
42.本发明给出的设计方法，简单高效，根据此设计方法制作电机转子1和电机定子2，成型率高，加工容易，同时因为气隙值不断趋近正弦分布，从而能够优化气隙磁阻分布、削弱电机齿槽转矩、提高气隙磁场正弦性、降低反电势谐波畸变率和启动阻力矩、提升电机的整体性能。
43.需要说明的是，本发明中的“上、下、左、右、内、外”是以图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本技术的保护范围不构成限制。
44.以上所述的实施方式为优选实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特性进行等同替换，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种无刷电机转子，其特征在于：所述电机包括电机转子和电机定子，在所述电机转子和电机定子之间形成有气隙；所述电机转子外轮廓曲线依靠拟合曲线形成，以便所述气隙的值是呈正弦规律变化；所述拟合曲线的具体形状可表达为：r(θ)＝r1-f(θ)
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(1)公式(1)中，r(θ)为电机转子外轮廓中任意一点p的极径，r1为电机定子的内圆半径值，f(θ)为气隙值δ的函数表达式；所述f(θ)可由下列函数确定：f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)
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(2)公式(2)中，δmin为气隙值的最小值，θ为电机的电角度，cos(2θ)为2倍的电角度的余弦值；a为选取的常数。2.根据权利要求1所述的一种无刷电机转子，其特征在于，所述公式(2)中气隙值的最小值δmin为常数a的2-3倍。3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种无刷电机转子，其特征在于，所述电机的磁极数为8；在所述电机转子上开设有环状分布的多个槽，永磁体插入该槽内。4.一种无刷电机转子的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据电机的使用需求初始设计，确定电机定子r1的内圆半径值以及最小气隙值δmin；s2：根据气隙值的最小值δmin与常数a的倍数关系，选取常数a的值；s3：将常数a和气隙值最小值δmin代入公式f(θ)＝δmin+a/2+a/2*cos(2θ)中，从而确定出气隙值δ与电机电角度θ的函数曲线f(θ)；s4：根据s3步骤中确定的函数曲线f(θ)，并依据公式r(θ)＝r1-f(θ)，拟合出电机转子的外轮廓曲线。

技术总结

本发明公开了一种无刷电机转以及该电机转子的设计方法，涉及无刷电机的技术领域，所述电机包括电机转子和电机定子，在所述电机转子和电机定子之间形成有气隙；所述电机转子外轮廓曲线依靠拟合曲线形成，以便所述气隙值是呈正弦规律变化；对电机转子外表面的轮廓曲线进行拟合，从而使得电机转子和电机定子之间的气隙值能够沿着正弦分布，从而能够优化气隙磁阻分布、削弱电机齿槽转矩、提高气隙磁场正弦性、降低反电势谐波畸变率和启动阻力矩、提升电机的整体性能；利用本发明提供的公式进行拟合电机转子外轮廓曲线，对电机转子进行开模制造，加工容易，精确度高，不额外增加原材料用量。量。量。