电驱动系列：转子结构与转子磁场

转子是电机旋转的部分，电机的扭矩通过转子轴输出。由于工作原理的差异，同步电机和异步电机的转子结构有所不同，但工作时二者产生的磁极数都需与定子产生的磁极数相等。

1、永磁同步电机转子

永磁同步电机的转子主要由转子铁芯、永磁体、转轴和轴承等组成。

转子铁芯与定子铁芯类似，由0.25-0.5mm的硅钢片叠压而成，主要目的是形成磁路并降低涡流损耗。

根据永磁体的布置位置不同，永磁同步电机的转子可分为表贴式和内置式两种。

（1）表贴式转子

外表贴式：永磁体安装在转子铁芯的外表面上，结构简单，成本低，惯量小，但气隙长度大，永磁体容易退磁，常用于中小功率伺服电机。

表面嵌入式：永磁体固定在转子铁芯外侧开的槽内，转矩密度较外表贴式高，但成本较高。

（2）内置式转子

内置式转子的永磁体位于转子铁芯内部，与气隙之间隔有转子极靴，因此不易退磁。其交直轴磁路不对称，有利于弱磁控制。内置式转子有多种结构：

径向式结构：有“一”型，“V”型，“V一”型等结构

①"一"型：结构简单，安装方便，但气隙谐波较多。

②“V”型：气隙谐波较"一"型少，永磁体利用率高，但结构较复杂。

③“V一”型：气隙谐波进一步降低，磁阻转矩大，功率密度高，但结构更复杂。

切向式结构：制造工艺复杂，漏磁系数较大，通常采用隔磁套或隔磁空气槽来减少漏磁。优点是极下磁通量大大增加。

混合式结构：兼具径向式和切向式结构的优点，但制造工艺复杂，成本高，且转子硅钢片的机械强度有所下降。

永磁同步电机的转子结构种类繁多，实际工程中可根据需求进行调整或设计全新的布置方式。

2、异步电机转子

异步电机转子主要由转子铁芯、转子绕组、转轴和轴承等组成。转子铁芯同样由0.25-0.5mm硅钢片叠压而成，转子硅钢片上冲有嵌放绕组的槽。根据转子绕组的型式，异步电机转子可分为鼠笼型转子和绕线型转子。

（1）鼠笼型转子

鼠笼型转子的铁芯上均匀分布着槽，每个槽中布置一根导体，两端通过端环将所有导体连接起来，外形类似“鼠笼”。导体与端环的材料可以是铜或铝。铜导体通常采用铜焊或银焊连接，而铝导体则多采用铸铝工艺。中小型电机多采用铸铝转子。

（2）绕线型转子

绕线型转子由转子绕组、转子开槽铁芯和轴等组成。转子绕组与定子绕组类似，采用绝缘导线连接成三相对称绕组，绕组类型分为叠绕组和波绕组。

相比鼠笼型转子，绕线型转子结构复杂，但起动及调速性能更优。

3、斜极（错极）或斜槽

为了降低齿谐波，减小谐波转矩及振动噪声，转子铁心通常采用斜槽结构。斜槽结构通过将硅钢片扭斜叠压，使转子整体扭斜一定角度（通常为一个定子槽距），从而削弱齿谐波。

异步电机可以直接使用斜槽结构。然而，由于烧结钕铁硼永磁体制作整块斜极工艺复杂且成本较高，转子分段直极错位工艺更为常用。错极通过将转子铁心等分为若干段，每段错开一定角度固定到转子轴上，实现与斜极类似的效果。常见的错极方式包括普通错极、V型错极和交叉错极。

（1）错极

错极可分为普通错极、V型错极、交叉错极等。

（2）斜槽

异步电机转子斜槽工艺相对简单，因此可以直接采用斜槽结构。定子也可以进行斜槽处理，效果与转子错极或斜槽类似，但较少采用。

1、永磁同步电机转子磁势

（1）永磁同步电机转子磁势的波形

在永磁同步电机中，转子磁场由永磁体产生。永磁体通常关于磁极的几何中心线对称布置，其产生的磁场可以展开为空间坐标的傅里叶级数。

根据对称性，将坐标原点选在磁极的几何中心线与气隙的交点上，永磁体产生的磁势满足以下关系：

假设电机为p对极，则永磁体磁势在一个气隙圆周上有p个完整的波形。

（2）永磁同步电机转子磁势的空间谐波特征

2、异步电机转子磁势

（1）异步电机转子磁势的推导

（2）异步电机转子磁势的空间谐波特征

注：由于文章中有公式，且各大网站上均不支持MathML格式的公式，因此文章主体使用了图片的形式，如造成阅读的不便烦请谅解。

转子的结构和磁场特性对电机的性能有着重要影响。永磁同步电机和异步电机的转子结构各有特点，斜极和错极技术则用于优化磁场分布，减小谐波和振动。通过深入理解转子磁势的波形和谐波特征，可以进一步优化电机设计，提升电机性能。

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