CN108566005B - 转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车，转子结构包括转子本体，转子本体上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括外层永磁体槽，转子本体上还开设有第三折槽和第四折槽。第三折槽的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽的第一端的长度方向的几何中心线具有第三夹角，第四折槽的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽的第二端的长度方向的几何中心线具有第四夹角；第三折槽的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第一点，第四折槽的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第二点，第一点与第二点的连线的弧度为A1，其中，A1>0.63×360°/p。通过设置折槽相互之间的角度与转子结构的极数P的关系，来优化磁力线的走向，提高永磁转矩的输出功率。

Description

转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车。

背景技术

永磁同步磁阻电机的转矩成分中包含永磁转矩以及磁阻转矩，受磁阻转矩成分影响，转子结构对转矩脉动影响较大。故转矩脉动的优化一直是该电机的研发重点之一。现有的永磁磁阻电机的转矩脉动水平仍较低，影响了电机的功率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车，以解决现有技术中电机功率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子本体，转子本体上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括外层永磁体槽，转子本体上还开设有第三折槽和第四折槽；其中，第三折槽与外层永磁体槽的第一端相连通，第四折槽与外层永磁体槽的第二端相连通，第三折槽的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽的第一端的长度方向的几何中心线具有第三夹角，第四折槽的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽的第二端的长度方向的几何中心线具有第四夹角；第三折槽的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第一点，第四折槽的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第二点，第一点与第二点的连线的弧度为A1，其中，A1>0.63×360°/p，其中，p为转子结构的极数。

进一步地，第三折槽和第四折槽位于转子本体的直轴的两侧，第三折槽的靠近直轴一侧的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第一点，四折槽的靠近直轴一侧的侧壁的延长线与转子本体的外边沿交于第二点。

进一步地，外层永磁体槽的第一端沿转子本体的径向方向向外延伸设置，外层永磁体槽的第二端沿转子本体的径向方向向外延伸设置，外层永磁体槽的中部朝向转子本体的转轴孔处凸出地设置。

进一步地，永磁体槽组还包括内层永磁体槽，转子本体上还开设有第一折槽和第二折槽，第一折槽与内层永磁体槽的第一端相连通，第一折槽的长度方向的几何中心线与内层永磁体槽的第一端的长度方向的几何中心线具有第一夹角，第二折槽与内层永磁体槽的第二端相连通，第二折槽的长度方向的几何中心线与内层永磁体槽的第二端的长度方向的几何中心线具有第二夹角。

进一步地，第一折槽和/或第二折槽的靠近转子本体的外边沿的侧壁与转子本体的外边沿之间形成第一隔磁桥；第三折槽和/或第四折槽的靠近转子本体的外边沿的侧壁与转子本体的外边沿之间形成第二隔磁桥，其中，0.18×360°/p>A2+A3>0.13×360°/p，A2为第一隔磁桥的弧度，A3为第二隔磁桥54的弧度。

进一步地，A2<A3<1.5×Wt，其中，Wt为定子槽的宽度。

进一步地，0.25<A2/(A2+A3)<0.5。

进一步地，转子本体的过第一点的切线与第三折槽的靠近直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J，其中，J＜155°，和/或转子本体的过第二点的切线与第四折槽的靠近直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J1，其中，J1＜155°。

进一步地，第三折槽的靠近直轴一侧的侧壁沿转子本体的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴设置，和/或，第四折槽的靠近直轴一侧的侧壁沿转子本体的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

应用本发明的技术方案，通过设置折槽相互之间的角度与转子结构的极数P的关系，来优化磁力线的走向，提高永磁转矩的输出功率，进而提高电机的功率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子结构的实施例一的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转子结构的实施例二的结构示意图；

图3示出了根据本发明的电机的弱磁及深度弱磁向量示意图；

图4示出了根据本发明的转子结构的实施例的弱磁情况下的磁力线示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子本体；

11、内层永磁体槽；

12、外层永磁体槽；13、转轴孔；

21、第一折槽；22、第二折槽；23、第三折槽；24、第四折槽；

30、定子；31、定子齿；

41、内层臂部永磁体；42、内层底部永磁体；

43、外层臂部永磁体；

51、内层臂部永磁体槽末端；52、外层臂部永磁体槽末端；53、第一隔磁桥；54、第二隔磁桥。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种转子结构。

具体地，该转子结构包括转子本体10，转子本体10上开设有永磁体槽组，永磁体槽组包括外层永磁体槽12，转子本体10上还开设有第三折槽23和第四折槽24。其中，第三折槽23与外层永磁体槽12的第一端相连通，第四折槽24与外层永磁体槽12的第二端相连通，第三折槽23的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽12的第一端的长度方向的几何中心线具有第三夹角，第四折槽24的长度方向的几何中心线与外层永磁体槽12的第二端的长度方向的几何中心线具有第四夹角；第三折槽23的侧壁的延长线与转子本体10的外边沿交于第一点，第四折槽24的侧壁的延长线与转子本体10的外边沿交于第二点，第一点与第二点的连线的弧度为A1，其中，A1>0.63×360°/p，其中，p为转子结构的极数。

在本实施例中，通过设置折槽相互之间的角度与转子结构的极数P的关系，来优化磁力线的走向，提高永磁转矩的输出功率，进而提高永磁辅助同步磁阻电机(以下简称电机)的功率。

在本实施例中，第三折槽23和第四折槽24位于转子本体10的直轴的两侧(如图1所示，直轴为图中的d轴，交轴为图中的q轴)，第三折槽23的靠近直轴一侧的侧壁的延长线与转子本体10的外边沿交于第一点，第四折槽24的靠近直轴一侧的侧壁的延长线与转子本体10的外边沿交于第二点。这样设置是为了实现更好的磁力线引导效果。

如图2所示，外层永磁体槽12的第一端沿转子本体10的径向方向向外延伸设置，外层永磁体槽12的第二端沿转子本体10的径向方向向外延伸设置，外层永磁体槽12的中部朝向转子本体10的转轴孔13处凸出地设置。这样设置可以进一步调节各导磁通道的磁力线分布，减少局部饱和。

在本实施例中，永磁体槽组还包括内层永磁体槽11，转子本体10上还开设有第一折槽21和第二折槽22，第一折槽21与内层永磁体槽11的第一端相连通，第一折槽21的长度方向的几何中心线与内层永磁体槽11的第一端的长度方向的几何中心线具有第一夹角，第二折槽22与内层永磁体槽11的第二端相连通，第二折槽22的长度方向的几何中心线与内层永磁体槽11的第二端的长度方向的几何中心线具有第二夹角。这样设置是为了实现更好的磁力线引导效果。

如图1和图2所示，第一折槽21和/或第二折槽22的靠近转子本体10的外边沿的侧壁与转子本体10的外边沿之间形成第一隔磁桥53；第三折槽23和/或第四折槽24的靠近转子本体10的外边沿的侧壁与转子本体10的外边沿之间形成第二隔磁桥54，其中，0.18×360°/p>A2+A3>0.13×360°/p，A2为第一隔磁桥53的弧度，A3为第二隔磁桥54的弧度。这样设置是为了优化电机转矩成分中磁阻转矩的脉动水平。

其中，A2<A3<1.5×Wt，其中，Wt为定子槽的宽度。这样设置可以减小转矩的脉动水平。

进一步地，0.25<A2/(A2+A3)<0.5。这样设置可以保证凸极比不明显下降，同时增加转子外圆导磁部分的面积，以增加永磁磁链。

在本实施例中，转子本体10的过第一点的切线与第三折槽23的靠近直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J，其中，J＜155°，或转子本体10的过第二点的切线与第四折槽24的靠近直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J1，其中，J1＜155°，当然也可以同时满足这两个条件。这样设置可以减缓局部磁饱和引起的转矩脉动。

在本实施例中，第三折槽23的靠近直轴一侧的侧壁沿转子本体10的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴设置，或第四折槽24的靠近直轴一侧的侧壁沿转子本体10的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴设置，当然也可以同时满足这两个条件。这样设置是为了实现更好的磁力线引导效果。

上述实施例中的转子结构还可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

上述实施例中的转子结构还可以用于车辆设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

在本实施例中，转子通过轴孔置于定子的内部，定子30包含定子齿31，定子30和转子之间具有气隙。转子具有多个极，每个极具有多个永磁体槽沿径向排列，永磁体槽为镂空的空气槽，沿铁芯的轴向贯穿。永磁体布置在对应的永磁体槽内。装配完成后，永磁体槽靠近转子外圆处具有未填满的部分，形成内层臂部永磁体槽末端51和外层臂部永磁体槽末端52，其同气隙之间具有薄壁结构的第一隔磁桥53和第二隔磁桥54，结构上起到将转子冲片连接为整体的作用，并抑制电磁上通过薄壁结构的磁饱和磁路从该处经过，起到隔磁作用。

在本实施例中，永磁体槽为U型或者V型结构。U型结构可以为一体式，即整个U型在截面上是连贯的。当然，考虑到与之匹配的U型整体结构永磁体制造工艺复杂，也可以是多个永磁体槽拼接而成的。如图1所示的两个内层臂部永磁体槽和一个内层底部永磁体槽。永磁体槽内对应的放上“平板”结构的永磁体，内层臂部永磁体41、内层底部永磁体42和外层臂部永磁体43。内层和外层永磁体槽可以均为U型或者均为V型，或者U型和V型的组合。永磁体槽末端部分相较永磁体槽主体部分具有明显的外扩趋势。每个磁极以d轴为中心线，即两个永磁体槽末端形成的张角大于永磁体部分形成的张角。永磁体槽末端从永磁体槽轮廓线的主体部分开始弯折点开始计算。即使永磁体没有填充至永磁体槽主体部分的弯折点。永磁体槽末端的两个弯折边是非平行的，且靠近d轴一侧弯折的更多，这样形成的永磁体槽末端的两个弯折边的最短距离在靠近转子外圆处小，在靠近弯折处大，可以使得磁路根据负载情况适应不同的磁路透入深度。确保在轻载和重载时，转矩脉动保持相当水平。

在本实施例中，磁阻转矩分量受磁路磁阻的影响，转子内层隔磁桥极弧长度A2、外层隔磁桥极弧长度A3同定子槽口宽度Wt具有以下关系时，可以减小转矩脉动水平，当内层隔磁桥和外层隔磁桥的长度均大于：A2<A3<1.5×Wt；进一步的，永磁转矩成分增加，也起到改善合成后转矩脉动的效果，为增加永磁转矩成分，增加d轴方向导磁面积，并将永磁体槽末端隔磁桥长度(A2，A3)总和限制在一定比例内，既可以保证凸极比不明显下降，同时增加转子外圆导磁部分面积，以增加永磁磁链，其中，A1、A2和A3满足以下关系：

A1>0.63×360°/p；

0.18×360°/p>A2+A3>0.13×360°/p，其中p为极数。

进一步地，由于深度弱磁时，其合成电流is进一步向q轴靠近。d轴分量增加，q轴分量减小，q轴饱和度下降，故对隔磁桥的长度亦更加敏感。当具有以下关系时：可确保深度弱磁下转矩脉动处于较低水平。

其中，过度的磁路饱和也会导致转矩脉动的增加，而外层臂部永磁体槽末端的靠近d轴一侧的切边只能适度外扩，否则会在永磁体槽末端形成一个尖角结构，导致饱和严重，故在设计切边时，优选的切边同切边于转子外圆交点的切线形成的夹角J应当小于155°。

另外，以上是基于72S12P电机进行的设计分析。当改变电机的槽极配合，进行一些等比例的折算，一些尺寸的限定发生变化，可认为是本领域技术人员很容易受此启发而掌握的技术。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过确定内、外层永磁体槽末端位置处的隔磁桥位置，优化电机转矩成分中磁阻转矩的脉动水平。通过外层隔磁桥的切边结构，增加d轴导磁面积。增加永磁转矩成分比例以及并可以改善永磁转矩和同磁阻转矩的相位，达到永磁转矩成分和磁阻转矩成分在时间上峰、谷相错，达到低转矩脉动水平。通过将内层隔磁桥和外层隔磁桥长度关系的研究，内侧隔磁桥长度在合理范围内小于外层隔磁桥长度，可以使得在深度弱磁情况下，q轴分量减小，饱和度降低影响下，对个隔磁桥长度更加敏感。预先设计的值较小情况下，可以改善深度弱磁下的转矩脉动水平。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。

Claims (9)

1.一种转子结构，其特征在于，包括：

转子本体(10)，所述转子本体(10)上开设有永磁体槽组，所述永磁体槽组包括外层永磁体槽(12)，所述转子本体(10)上还开设有第三折槽(23)和第四折槽(24)；

其中，所述第三折槽(23)与所述外层永磁体槽(12)的第一端相连通，所述第四折槽(24)与所述外层永磁体槽(12)的第二端相连通，所述第三折槽(23)的长度方向的几何中心线与所述外层永磁体槽(12)的第一端的长度方向的几何中心线具有第三夹角，所述第四折槽(24)的长度方向的几何中心线与所述外层永磁体槽(12)的第二端的长度方向的几何中心线具有第四夹角；

所述第三折槽(23)的侧壁的延长线与所述转子本体(10)的外边沿交于第一点，所述第四折槽(24)的侧壁的延长线与所述转子本体(10)的外边沿交于第二点，所述第一点与所述第二点的连线的弧度为A1，其中，A1>0.63×360°/p，其中，p为所述转子结构的极数；

所述永磁体槽组还包括内层永磁体槽(11)，所述转子本体(10)上还开设有第一折槽(21)和第二折槽(22)，所述第一折槽(21)和/或所述第二折槽(22)的靠近所述转子本体(10)的外边沿的侧壁与所述转子本体(10)的外边沿之间形成第一隔磁桥(53)；

所述第三折槽(23)和/或所述第四折槽(24)的靠近所述转子本体(10)的外边沿的侧壁与所述转子本体(10)的外边沿之间形成第二隔磁桥(54)，其中，0.18×360°/p>A2+A3>0.13×360°/p，A2为所述第一隔磁桥(53)的弧度，A3为所述第二隔磁桥(54)的弧度。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第三折槽(23)和所述第四折槽(24)位于所述转子本体(10)的直轴的两侧，所述第三折槽(23)的靠近所述直轴一侧的侧壁的延长线与所述转子本体(10)的外边沿交于所述第一点，所述第 四折槽(24)的靠近所述直轴一侧的侧壁的延长线与所述转子本体(10)的外边沿交于所述第二点。

3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(12)的第一端沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸设置，所述外层永磁体槽(12)的第二端沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸设置，所述外层永磁体槽(12)的中部朝向所述转子本体(10)的转轴孔(13)处凸出地设置。

4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一折槽(21)与所述内层永磁体槽(11)的第一端相连通，所述第一折槽(21)的长度方向的几何中心线与所述内层永磁体槽(11)的第一端的长度方向的几何中心线具有第一夹角，所述第二折槽(22)与所述内层永磁体槽(11)的第二端相连通，所述第二折槽(22)的长度方向的几何中心线与所述内层永磁体槽(11)的第二端的长度方向的几何中心线具有第二夹角。

5.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，0.25<A2/(A2+A3)<0.5。

6.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，

所述转子本体(10)的过所述第一点的切线与所述第三折槽(23)的靠近所述直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J，其中，J＜155°，和/或

所述转子本体(10)的过所述第二点的切线与所述第四折槽(24)的靠近所述直轴一侧的侧壁的延长线的夹角为J1，其中，J1＜155°。

7.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，

所述第三折槽(23)的靠近所述直轴一侧的侧壁沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸并逐渐远离所述直轴设置，和/或

所述第四折槽(24)的靠近所述直轴一侧的侧壁沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸并逐渐远离所述直轴设置。

8.一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至7中任一项所述的转子结构。

9.一种电动汽车，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至7中任一项所述的转子结构。

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