本實用新型涉及電機轉子技術領域，具體來說是一種輕量化電機轉子鐵芯。

背景技術：

目前全球氣候問題日趨嚴重，傳統(tǒng)燃油汽車是造成這些問題的主要因素之一。隨著各國政府對環(huán)保問題逐漸重視，各項利于發(fā)展純電動汽車的政策也陸續(xù)出臺，電動汽車也迎來了良好的發(fā)展機遇。電機作為純電動汽車唯一的驅動系統(tǒng)，直接決定了整個電動汽車性能的優(yōu)劣。隨著技術的不斷進步以及人們對電動汽車的性能要求逐漸提高，電機體積小型化、輕量化已成為目前電機發(fā)展最主要的趨勢。

現(xiàn)有技術中的電機轉子為鐵芯疊片結構，鐵芯的結構設計不甚合理，轉子鐵芯重量大、轉動慣量大。電機在運行時，存在著較大損耗，效率難以大幅度地提高。同時由于轉子鐵芯結構設計不合理、重量大，裝配使用時電機工作穩(wěn)定性差、噪音大。但是轉子鐵芯作為電機的重要部件，用于磁鋼塊的安裝與固定，其不僅要滿足強度要求還需滿足磁通量的需要，因此對于電機轉子的減重無法采用簡單的鏤空設計。

那么如何研發(fā)出一種輕量化的轉子鐵芯已經成立急需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術中轉子鐵芯重量過大的缺陷，提供一種輕量化電機轉子鐵芯來解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下：

一種輕量化電機轉子鐵芯，包括鐵芯本體，鐵芯本體上設有若干個V型磁鋼孔，相鄰的V型磁鋼孔之間均設有定位孔，鐵芯本體的圓心處設有軸孔，

所述的鐵芯本體上位于兩個相鄰定位孔之間均設有減重孔，減重孔由外孔邊、右孔邊、內孔邊和左孔邊依次相連圍繞組成，外孔邊為弧形，若干個減重孔的外孔邊延長線所組成的圓位于鐵芯本體的圓周軌跡上。

所述的內孔邊為弧形，若干個減重孔的內孔邊延長線所組成的圓位于鐵芯本體的圓周軌跡上，且若干個外孔邊延長線所組成圓形的直徑大于若干個內孔邊延長線所組成圓形的直徑。

所述外孔邊的弧長大于內孔邊的弧長，左孔邊與外孔邊的交接處、右孔邊與外孔邊的交接處均為弧形。

所述的左孔邊、右孔邊均位于鐵芯本體的半徑軌跡上。

所述V型磁鋼孔、定位孔和減重孔的數(shù)量均為8個，右孔邊與其相鄰的另一減重孔的左孔邊的間距為3-16mm，內孔邊與軸孔的間距為5-16mm。

有益效果

本實用新型的一種輕量化電機轉子鐵芯，與現(xiàn)有技術相比在保證磁通的情況下，轉子鐵芯結構具有重量輕、效率高、可靠性高、噪音小的優(yōu)點。本實用新型能夠提高轉子鐵芯的承載能力，保證電機運行平穩(wěn)，同時也降低了生產成本投入，節(jié)約能源消耗。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中轉子鐵芯的結構示意圖；

圖2為傳統(tǒng)減重孔設計在轉子鐵芯上的結構示意圖；

圖3為本實用新型的結構示意圖；

圖4為本實用新型中減重孔的面積計算示意圖；

圖5為傳統(tǒng)減重孔的面積計算示意圖；

圖6為本實用新型所涉及方法中基于V型磁鋼孔設計的大扇環(huán)區(qū)域結構圖；

圖7為傳統(tǒng)減重孔在強度仿真軟件中的實驗結果圖；

圖8為本實用新型的減重孔在強度仿真軟件中的實驗結果圖；

圖9為圖1、圖2、圖3所示結構在強度仿真軟件中的面積與應力關系圖；

其中，1-鐵芯本體、2-V型磁鋼孔、3-定位孔、4-軸孔、5-對稱平鍵、6-減重孔、11-外孔邊、12-右孔邊、13-內孔邊、14-左孔邊。

具體實施方式

為使對本實用新型的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下：

如圖1所示，傳統(tǒng)的電機轉子鐵芯，包括鐵芯本體1，鐵芯本體1上設有若干個V型磁鋼孔2，V型磁鋼孔2用于安裝磁鋼塊。相鄰的V型磁鋼孔2之間均設有定位孔3，其中V型磁鋼孔2和定位孔3的數(shù)量均為8個。鐵芯本體1為復數(shù)個鐵芯疊片疊裝組成, 鐵芯本體1表面涂覆有防銹層，能夠起到有效的防銹作用，提高使用壽命。鐵芯本體1的圓心處設有軸孔4，為了在生產過程中電機裝配較容易，工作過程中電機運行較平穩(wěn)，可以在軸孔4上采用傳統(tǒng)技術設計2個對稱平鍵5。

如圖3所示，為了達到輕量化目的，鐵芯本體1上位于兩個相鄰定位孔3之間均設有減重孔6，由于兩個相鄰定位孔3之間的位置限定，因此減重孔6位于V型磁鋼孔2的下方，同樣減重孔6的數(shù)量也為8個。減重孔6由外孔邊11、右孔邊12、內孔邊13和左孔邊14依次相連圍繞組成，由外孔邊11、右孔邊12、內孔邊13和左孔邊14圍成一個減重孔6。其中，外孔邊11為弧形，若干個減重孔6的外孔邊11延長線所組成的圓位于鐵芯本體1的圓周軌跡上，即減重孔6為扇形結構。減重孔6的面積越大，則代表減重效果越好。

優(yōu)選的，內孔邊13也為弧形，若干個減重孔6的內孔邊13延長線所組成的圓位于鐵芯本體1的圓周軌跡上，并且若干個外孔邊11延長線所組成圓形的直徑大于若干個內孔邊13延長線所組成圓形的直徑。這樣，減重孔6就從扇形結構轉化為扇環(huán)形。將減重孔6設計為扇環(huán)形結構可以保證相對于其他結構具有良好的減重效果，即減重孔6的扇環(huán)形結構面積大于傳統(tǒng)其他的結構形式面積。如圖2所示，將傳統(tǒng)減重孔設計在轉子鐵芯上，在此傳統(tǒng)減重孔設計為不規(guī)則四邊形結構。

如圖5所示，傳統(tǒng)減重孔的不規(guī)則四邊形結構所產生的面積S1計算如下：

S1 = 1/2*x1*h1+1/2*(x1+y)(h-h1)

= 1/2*y*h+1/2*x1*h -1/2*y*h1。

如圖4所示，本實用新型減重孔6為扇環(huán)形結構所產生的面積S2計算如下：

S2 =1/2*y*h+1/2*x*h

在此，不考慮具體數(shù)值，僅從幾何公式上看，減重孔6為扇環(huán)形結構所產生的面積S2大于傳統(tǒng)減重孔的不規(guī)則四邊形結構所產生的面積S1，說明減重孔6為扇環(huán)形結構在減重效果方面效果最優(yōu)。

同樣，如圖7和圖8所示，利用強度仿真軟件通過實驗力學傳感器，對圖2和圖3以等厚的薄圓盤為對象以角速度1000rpm繞其中心軸旋轉進行檢測。圖7的不規(guī)則四邊形結構減重孔設計中，其不規(guī)則四邊形結構減重孔面積為380平方毫米，應力最大值為201Mpa，硅鋼片的屈服強度為395Mpa。圖8的扇環(huán)形結構減重孔6設計中，減重孔面積為548平方毫米，應力最大值為216Mpa，硅鋼片的屈服強度為395Mpa。由此對比可知，減重孔6設計為扇環(huán)形結構與其他結構相比，強度相當并且滿足極限情況下扇環(huán)形結構減重效果更好。

同樣，如圖9所示，在保證磁通的情況下，圖1即不采用減重孔設計中，面積最大，應力最大；圖2即采用不規(guī)則四邊形結構作為減重孔設計中，面積雖然小了，但應力還沒有達到最?。粓D3即采用扇環(huán)形結構作為減重孔設計中，面積最小，應力最小。說明扇環(huán)形結構作為減重孔設計合理，能夠提高轉子鐵芯的承載能力，保證電機運行平穩(wěn)。其原理分析介紹如下：

設等厚的薄圓盤外徑為b，內徑為a，以角速度ω繞其中心軸旋轉，材料的密度為ρ，彈性模量為E，泊松比為ν，取單位體積微元：

平衡方程：

幾何方程：

物理方程：

邊界條件：

最后得出應力分量為：

其中，為任意徑向，θ為圓周方向。

由以上應力分量公式可知，在轉速相同、內徑和外徑相同的情況下，徑向和周向應力跟只跟密度有關系，所以取圓周微元、體積一定的情況下，面積越小，密度越小，應力越小，另外由于泊松比的值很小，可以忽略它對結果的影響。由此可證實圖9中面積與應力曲線關系的正確性。

為了進一步的增大減重效果，外孔邊11的弧長大于內孔邊13的弧長，即減重孔6所產生扇環(huán)形結構的圓心與鐵芯本體1的圓心相重合。同時，左孔邊14與外孔邊11的交接處、右孔邊12與外孔邊11的交接處均為弧形，同樣左孔邊14與內孔邊13的交接處、右孔邊12與內孔邊13的交接處也均為弧形，這樣減小了應力集中現(xiàn)象，增加了轉子鐵芯本體1的強度。

由于轉子鐵芯還需滿足磁通量的需要，因此，左孔邊14、右孔邊12均位于鐵芯本體1的半徑軌跡上，其在兩個相鄰定位孔3之間，即在V型磁鋼孔2與軸孔4所組成的大扇環(huán)區(qū)域內。進一步的，右孔邊12與其相鄰的另一減重孔6的左孔邊14的間距為3-16mm，內孔邊13與軸孔4的間距為5-16mm。

在此還提供一種輕量化電機轉子鐵芯的減重孔設計方法，包括以下步驟：

第一步，確定V型磁鋼孔2在裝載磁鋼塊條件下的磁通范圍。如圖6所示，以V型磁鋼孔2為弧底、軸孔4為弧頂擬定出大扇環(huán)區(qū)域。由于V型磁鋼孔2內裝載磁鋼塊，轉子在工作時的磁通量所要求的磁通范圍即為如圖6所示的大扇環(huán)區(qū)域，針對于減重孔的設計，只能在大扇環(huán)區(qū)域內進行相應的設計考慮。同時，由于相鄰的V型磁鋼孔2之間均設有定位孔3，即定位孔3位于V型磁鋼孔2的兩側，而兩個相鄰定位孔3之間均設有減重孔6，即減重孔6位于V型磁鋼孔2的下方，也就是說，減重孔6位于V型磁鋼孔2的下方并非隨意設計，而是為了滿足V型磁鋼孔2在裝載磁鋼塊條件下的磁通量的需要，在其大扇環(huán)磁通范圍內的特殊設計。

第二步，利用強度仿真軟件計算出，在滿足磁通量條件下的大扇環(huán)區(qū)域的面積，通常為相鄰的V型磁鋼孔2之間的一半距離，即大扇環(huán)區(qū)域左邊界為當前V型磁鋼孔2與左邊的V型磁鋼孔2之間的一半距離，大扇環(huán)區(qū)域右邊界為當前V型磁鋼孔2與右邊的V型磁鋼孔2之間的一半距離。

第三步，在大扇環(huán)區(qū)域內擬定出小扇環(huán)區(qū)域，將小扇環(huán)區(qū)域作為減重孔6設計位置。由于減重孔6設計為扇環(huán)結構，其減重效果最好且強度不受影響。

第四步，利用強度仿真軟件計算出，在滿足磁通量條件下減重孔6的外孔邊11與V型磁鋼孔2之間的距離，此距離確定后，則可以計算出減重孔6的其他尺寸。

第五步，對減重孔6的左孔邊14與大扇環(huán)邊界間距、右孔邊12與大扇環(huán)邊界間距取最小值，對減重孔6的內孔邊13與軸孔4間距取最小值，即在滿足磁通量（在滿足磁通量條件下已確定減重孔6的外孔邊11與V型磁鋼孔2之間的距離）情況下，減重孔6在大扇環(huán)區(qū)域內的最大面積。也基于此，左孔邊14、右孔邊12均位于鐵芯本體1的半徑軌跡上，可以使得減重孔6可以在大扇環(huán)區(qū)域內滿足磁通量的條件下形成最大化。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型的范圍內。本實用新型要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。