一种转子和轴向电机的制作方法

1.本实用新型涉及轴向电机技术领域，特别涉及一种转子和轴向电机。


背景技术：

2.轴向电机因其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点获得越来越多的关注。轴向电机尤其适合应用于电动车辆、可再生能源系统、飞轮储能系统和工业设备等要求高转矩密度和空间紧凑的场合。
3.由于轴向电机结构和工艺的复杂性，导致其成本较高。目前轴向电机多采用斜槽斜极来削弱齿槽转矩，并增加材料用量或使用更优的材料来提升轴向电机的运行速度，但这些方案都会使成本增加。


技术实现要素：

4.为了在不增加轴向电机成本的情况下，降低齿槽转矩并提高轴向电机的运行速度。本实用新型提供了一种转子和轴向电机，在不增加转子磁钢用量的情况下，通过将转子齿的第一侧边与第二侧边设置为相互平行来优化磁路结构并且改善了轴向电机运转中转子齿的受力情况，使得包含该转子的轴向电机能够在不增加成本并且不降低性能的前提下削弱轴向电机齿槽转矩，并且提升了轴向电机的运行速度。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种转子，包括：转子铁芯，转子铁芯包括转子轭和转子齿，转子齿沿转子轭的外周分布并且沿径向延伸，相邻两个转子齿间形成转子槽；永磁体，永磁体嵌入转子槽内；转子齿在周向上具有第一侧边与第二侧边，第一侧边与第二侧边相互平行。
6.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，第一侧边与第二侧边之间的垂直距离大于6mm。
7.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，相邻转子齿相对设置的侧面上设有凸起，永磁体设有与凸起适配的滑槽。
8.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，相邻转子齿相对设置的侧面上设有滑槽，永磁体设有与滑槽适配的凸起。
9.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，转子齿沿转子轭的外周均匀分布。
10.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，永磁体和转子齿的数量为8-20个。
11.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，永磁体和转子齿的数量为10个。
12.根据本实用新型的另一具体实施方式，本实用新型的实施方式公开了一种转子，转子还包括环状碳纤维层，环状碳纤维层沿周向包裹永磁体和转子齿。
13.本实用新型的实施方式还公开了一种轴向电机，还包括定子铁芯，定子铁芯位于
根据上述任一项的转子的轴向的上下两侧。
14.本实用新型提供的转子和轴向电机，包含该转子的轴向电机能够在不增加成本并且不降低性能的前提下削弱轴向电机齿槽转矩，并且提升了轴向电机的运行速度。
附图说明
15.图1示出现有轴向电机的转子的示意图。
16.图2示出本实施例中轴向电机的爆炸图。
17.图3示出本实施例中转子铁芯的示意图。
18.图4示出本实施例中转子的示意图。
19.图5示出图3中q部分的局部放大图。
20.图6示出图4中s部分的局部放大图。
21.图7示出本实施例中包含碳纤维层的转子的示意图。
22.图8示出本实施例和对比例的轴向电机在仿真实验下检测的输出转矩对比图。
23.图9示出本实施例和对比例的轴向电机在仿真实验下检测的齿槽转矩对比图。
24.图10示出本实施例和对比例的转子铁芯在仿真实验下的强度受力对比图。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
31.在现有的轴向电机(图中未示出)中，参看图1，轴向电机包括转子21，转子21包括转子轭211和转子齿213，转子齿213沿转子轭211的外周分布并沿径向(如图1中r方向所示)延伸。转子齿213在周向(如图1中t方向所示)上具有第一侧边213a与第二侧边213b，第一侧边213a与第二侧边213b不平行，也可以说第一侧边213a与第二侧边213b间的垂直距离不为定值，即垂直距离不相等。
32.实施例
33.参看图2，本技术的轴向电机1包括第一定子铁芯11a、第二定子铁芯11b、第一绕组12a、第二绕组12b和转子10，第一定子铁芯11a和第二定子铁芯11b分别位于转子10的轴向(如图2中ax方向所示)的上下两侧，第一绕组12a和第二绕组12b也分别位于转子10的轴向的上下两侧。
34.参看图3和图4，转子10包括转子铁芯11和永磁体12。转子铁芯11包括转子轭111和转子齿113，本实施例中转子齿的数量为10个。在其他可能的实施方式中，根据制造需要，转子齿113的数量包括但不限于10个，可以为8-20个，在此不做限定。
35.转子齿113沿转子轭111的外周均匀分布并且沿径向(如图3中r方向所示)延伸。这样的设计方便制造加工上述转子铁芯11或者转子10。在其他实施方式中，转子齿113沿转子轭11的外周可不均匀分布。
36.结合图3、图4、图5和图6，相邻转子齿113间形成转子槽115，永磁体12沿径向(如图4中r方向所示)嵌入转子槽115内。具体的，每一个转子齿113的周向上的两侧面分别为1131a和1131b，相邻的转子齿113的侧面1131a和侧面1131b相对设置。其中，侧面1131a上设有凸起1133a，侧面1131b上设有凸起1133b。永磁体12设有与凸起1133a相适配的滑槽121a、与凸起1133b相适配的滑槽121b。
37.在本实施例中，永磁体12的数量同样为10个，与转子槽115的数量一一对应。在可能的实施方式中，根据制造需要永磁体12的数量包括但不限于与10个，可以为8-20个，在此不做限定。
38.参看图3和图4，转子10的转子齿113在周向(如图3中t方向所示)上具有第一侧边113a与第二侧边113b，第一侧边113a与第二侧边113b相互平行。以此设计的转子11相对于现有的轴向电机的转子21来讲，转子11的磁钢用量与转子21的磁钢用量相同，但实施例中提供的转子10优化了磁路结构，还可以改善包含该转子10的轴向电机1在运转过程中转子铁芯11的受力情况，使得轴向电机1能够在不增加成本的前提下，削弱轴向电机1齿槽转矩，并且提升了轴向电机1的运行速度。
39.参看图7，转子10还包括环状碳纤维层13，环状碳纤维层13沿周向(如图7中t方向所示)包裹永磁体12和转子齿113，环状碳纤维层13的设立有利于增加转子10的强度。
40.在可能的实施方式中，根据制造需要，参看图3，第一侧边113a与第二侧边113b之间的垂直距离(如图3中d所示)大于6mm。
41.在可能的实施方式中，相邻转子齿(图中未示出)相对设置的侧面上分别设有滑槽(图中未示出)，永磁体(图中未示出)设有与滑槽(图中未示出)适配的凸起。
42.对比例
43.将现有的轴向电机(图中未示出)作为对比例，其与上述实施例的轴向电机1不同之处在于，对比例的轴向电机的第一侧边213a与第二侧边213b相互不平行。
44.分别对实施例的轴向电机1与对比例的轴向电机进行有限元仿真实验，检测轴向电机1与对比例的轴向电机的输出转矩，结果如图8所示，其中横坐标为轴向电机运行时间，纵坐标为输出转矩大小。可以看出，在同一工作时间上，轴向电机1的输出转矩与对比例的轴向电机的输出转矩基本保持一致，也就是说轴向电机1与对比例的轴向电机的输出性能基本相同，轴向电机1相较于对比例的轴向电机改变了转子齿213的形状，但轴向电机1的输出性能基本不受影响。
45.分别对实施例的轴向电机1与对比例的轴向电机进行有限元仿真实验来检测轴向电机1与对比例的轴向电机的齿槽转矩，结果如图9所示，其中横坐标为轴向电机运行时间，纵坐标为齿槽转矩大小。可以看出，在同一工作时间上，轴向电机1的齿槽转矩要小于对比例的轴向电机的齿槽转矩，因而相较于对比例的轴向电机来说，轴向电机1带来了更小的振动与噪音。
46.还分别对实施例的轴向电机1的转子铁芯11与对比例的轴向电机的转子铁芯(图中未示出)进行有限元强度受力分析，结果如图10所示，可以看出，对比例的轴向电机的转子铁芯在12000转/分钟时需要承受的最大压力为158.78mpa。本实用新型的轴向电机1的转子铁芯11在14000转/分钟时需要承受的最大压力是146.91mpa，可以看到轴向电机1的转速在高于对比例的轴向电机的转速的情况下，轴向电机1的转子铁芯11所需承受的最大压力还要小于对比例的轴向电机的转子铁芯所需承受的最大压力，也即轴向电机1的转子铁芯11可以耐受更高的转速，也即包含该转子铁芯11的转子10相对于对比例的轴向电机的转子21来说，轴向电机1中包含该转子铁芯11的转子10可以提升轴向电机1的运转速度。
47.结合图8、图9和图10来说，实施例的轴向电机1与对比例的轴向电机的输出转矩基本保持一致，并且轴向电机1的齿槽转矩要小于对比例的轴向电机的齿槽转矩；并且轴向电机1可以耐受更高的转速，也即说明，轴向电机1与对比例的轴向电机在保持输出基本相同性能的情况下，轴向电机1的振动与噪音要小于对比例的轴向电机的振动与噪音，同时轴向电机1能达到的最高转速要高于对比例的轴向电机所能达到的最高转速。
48.所以说，轴向电机1在不增加成本并且不降低性能的前提下削弱轴向电机1的齿槽转矩，并且提升了轴向电机1的运行速度。
49.虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本实用新型的精神和范围。