CN105337468A - 永磁同步电动机及具有其的电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种永磁同步电动机及具有其的电动汽车。永磁同步电机包括转子和套设在转子的外部的定子，转子包括转子本体和安装在转子本体上的多个磁体部，转子的外周面上设置有多个凹陷部以与定子的内周面之间形成非均匀气隙，每个磁体部均具有沿转子的径向延伸的中心线，永磁同步电机用作电动机时，非均匀气隙的最小气隙处以转子的轴线为中心沿转子的转动方向偏离中心线A度电角度，其中30<A<60。在电机的负载运行情况下磁场的最强处对应非均匀气隙的最小气隙处或在最小气隙的附近，提高了永磁同步电机在负载运行情况下的输出转矩。

Description

永磁同步电动机及具有其的电动汽车
技术领域
本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种永磁同步电动机及具有其的电动汽车。
背景技术
永磁同步电机的气隙分为均匀气隙和非均匀气隙两种。现有的非均匀气隙均以磁极中心对称分布，也即磁极中心对应于非均匀气隙的最小气隙处，优化了空载气隙磁密波形和空载感应电势波形和空载损耗。
但是现有的技术仅仅针对空载运行特点进行优化设计。而对于驱动电机来说，空载运行的比例较少，且现有优化对负载运行特性改善不明显。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高负载输出转矩的永磁同步电动机及具有其的电动汽车。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种永磁同步电机，包括转子和套设在转子的外部的定子，转子包括转子本体和安装在转子本体上的多个磁体部，转子的外周面上设置有多个凹陷部以与定子的内周面之间形成非均匀气隙，每个磁体部均具有沿转子的径向延伸的中心线，永磁同步电机用作电动机时，非均匀气隙的最小气隙处以转子的轴线为中心沿转子的转动方向偏离中心线A度电角度，其中30<A<60。
进一步地，永磁同步电机用作发电机时，中心线以转子的轴线为中心沿转子的转动方向偏离非均匀气隙的最小气隙处A度电角度，其中30<A<60。
进一步地，40<A<50。
进一步地，A＝45。
进一步地，转子本体上设置有插孔，插孔沿转子的轴向延伸，磁体部安装在插孔中。
进一步地，磁体部包括两个永磁体，两个永磁体分别设置于中心线的两侧，两个永磁体相对于中心线向相反的方向倾斜以形成“V”字型排布，“V”字型的尖端指向转子的中心。
进一步地，磁体部安装在转子本体的周面上。
进一步地，凹陷部沿转子的周向延伸，非均匀气隙由凹陷部的周向延伸方向的中心向两侧逐渐减小。
进一步地，凹陷部的周向延伸方向的中心处为非均匀气隙的最大气隙处，在最小气隙处，转子的外周面与转子的中心之间的距离为Lmax；在最大气隙处，转子的外周面与转子的中心之间的距离为Lmin；在以转子的轴线为中心沿转子的转动方向偏离中心线α度机械角度处，转子的外周面与转子的中心之间的距离为La，其中，La＝Lmin+(Lmax-Lmin)*|sin(4α)|。
进一步地，在最小气隙处，气隙在转子的径向上延伸的长度为C1；在非均匀气隙的最大气隙处，气隙在转子的径向上延伸的长度为C2，其中C2为C1的1至1.5倍。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，电动汽车包括上述的永磁同步电机。
应用本发明的技术方案，针对永磁同步电机在负载运行的情况下，由于定子线圈所产生的电磁场的影响，磁场的最强处沿转子的转动方向偏离磁极的中心线，将非均匀气隙的最小气隙处设置为沿转子的转动方向偏离中心线度30至60度电角度，从而在电机的负载运行情况下磁场的最强处对应非均匀气隙的最小气隙处或在最小气隙的附近，提高了永磁同步电机在负载运行情况下的输出转矩。
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示出了本发明的实施例的永磁同步电机的截面结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转子；11、转子本体；12、磁体部；13、凹陷部；20、定子。
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所示，本实施例的永磁同步电机包括转子10和套设在转子10的外部的定子20，转子10包括转子本体11和安装在转子本体11上的多个磁体部12，转子10的外周面上设置有多个凹陷部13以与定子20的内周面之间形成非均匀气隙，每个磁体部12均具有沿转子10的径向延伸的中心线。
永磁同步电机用作电动机时，非均匀气隙的最小气隙处以转子10的轴线为中心沿转子10的转动方向偏离中心线A度电角度，其中30<A<60。
针对永磁同步电机在负载运行的情况下，由于定子线圈所产生的电磁场的影响，磁场的最强处沿转子的转动方向偏离磁极的中心线，将非均匀气隙的最小气隙处设置为沿转子的转动方向偏离中心线度30至60度电角度，从而使在电机的负载运行情况下磁场的最强处对应非均匀气隙的最小气隙处或在最小气隙的附近，提高了永磁同步电机在负载运行情况下的输出转矩。
永磁同步电机用作发电机时，中心线以转子10的轴线为中心沿转子10的转动方向偏离非均匀气隙的最小气隙处A度电角度，其中30<A<60。以将永磁同步电机的磁场最强处对应非均匀气隙的最小气隙处或在最小气隙的附近，以提高发电效率。
为了使得在电机的负载运行情况下磁场的最强处更加接近非均匀气隙的最小气隙处，40<A<50。
本实施例采用了A＝45。
如图1所示，转子本体11上设置有插孔，插孔沿转子10的轴向延伸，磁体部12安装在插孔中。
磁体部12包括两个永磁体，两个永磁体分别设置于中心线的两侧，两个永磁体相对于中心线向相反的方向倾斜以形成“V”字型排布，“V”字型的尖端指向转子10的中心。
还可以优选地，磁体部12安装在所述转子本体11的周面上。
凹陷部13沿转子10的周向延伸，非均匀气隙由凹陷部13的周向延伸方向的中心向两侧逐渐减小。凹陷部13可以呈弧形，也可以为三角形。
本实施例中，凹陷部13的底壁的型线为正弦函数线型。
凹陷部13的周向延伸方向的中心处为非均匀气隙的最大气隙处，在最小气隙处，转子10的外周面与转子10的中心之间的距离为Lmax；在最大气隙处，转子10的外周面与转子10的中心之间的距离为Lmin；在以转子10的轴线为中心沿转子10的转动方向偏离中心线α度机械角度处，转子10的外周面与转子10的中心之间的距离为La，凹陷部13的底壁的姓线为La＝Lmin+(Lmax-Lmin)*|sin(4α)|。
优选地，在最小气隙处，气隙在转子10的径向上延伸的长度为C1；在非均匀气隙的最大气隙处，气隙在转子10的径向上延伸的长度为C2，其中C2为C1的1至1.5倍。
图1是实施本发明后的电机定转子结构示意图。本发明包括转子冲片、磁钢、定子冲片。定子冲片与普通的感应电机、普通的永磁同步电机结构相同。转子冲片的外轮廓造型与磁钢的安放位置是本发明的重点。图1所示的示意图是一个具有8个磁极、4对极的永磁同步电机，转子冲片上一共安放有16块磁钢，每两块相邻的、构成V字型结构的磁钢同属于一个磁极，V字型的中心位置称之为磁极的中心。常见的非均匀气隙结构，都是以磁极中心对称结构。本发明的非均匀气隙对正中心，偏离磁极中心。
根据电机的用途不同，最小气隙位置与磁极的中心位置的偏角不同。如图1所示的电机中，若该电机主要作为电动机使用，最小气隙位置应处在转子磁极中心位置的旋转方向上的前方；当电机主要作为发电机使用时，最小气隙位置应处在转子磁极中心位置的旋转方向上的后方。
根据电机转子结构种类的不同，最小气隙位置偏离磁极中心位置的角度为30到60度电角度，典型值可选为45度。
在如图1所示的电机中，转子中心位置距轮廓的距离设为La，最小气隙处La的值设为Lmax，最大气隙处La的值设为Lmin。在超前最大气隙角度为α度的位置处，La＝Lmin+(Lmax-Lmin)*|sin(4α)|。图1中，R0是定子内圆的半径，最大气隙长度等于R0-Lmin，最小气隙长度等于R0-Lmax。
非均匀气隙条件下气隙长度的选择，最小气隙可选择为不实施本发明条件下常规结构所使用的气隙长度，最大气隙长度根据需要可选择为最小气隙长度的1～1.5倍。
实施本发明，可获得以下好处。首先，可以增加负载运行时的负载能力，提高输出扭矩。其次，使用非均匀气隙，增加了气隙的平均长度，可减小气隙磁场中的谐波含量，一定程度上降低铁心损耗。第三，因为增加了气隙的平均长度，使得因加工工艺等因素产生的偏心对电机的性能影响更小。
以上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 (11)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括转子(10)和套设在所述转子(10)的外部的定子(20)，所述转子(10)包括转子本体(11)和安装在所述转子本体(11)上的多个磁体部(12)，所述转子(10)的外周面上设置有多个凹陷部(13)以与所述定子(20)的内周面之间形成非均匀气隙，每个所述磁体部(12)均具有沿所述转子(10)的径向延伸的中心线，
所述永磁同步电机用作电动机时，所述非均匀气隙的最小气隙处以所述转子(10)的轴线为中心沿所述转子(10)的转动方向偏离所述中心线A度电角度，其中30<A<60。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机用作发电机时，所述中心线以所述转子(10)的轴线为中心沿所述转子(10)的转动方向偏离所述非均匀气隙的最小气隙处A度电角度，其中30<A<60。
3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，40<所述A<50。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于，所述A＝45。
5.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子本体(11)上设置有插孔，所述插孔沿所述转子(10)的轴向延伸，所述磁体部(12)安装在所述插孔中。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于，所述磁体部(12)包括两个永磁体，两个所述永磁体分别设置于所述中心线的两侧，两个所述永磁体相对于所述中心线向相反的方向倾斜以形成“V”字型排布，所述“V”字型的尖端指向所述转子(10)的中心。
7.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述磁体部(12)安装在所述转子本体(11)的周面上。
8.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述凹陷部(13)沿所述转子(10)的周向延伸，所述非均匀气隙由所述凹陷部(13)的周向延伸方向的中心向两侧逐渐减小。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机，其特征在于，所述凹陷部(13)的所述周向延伸方向的中心处为所述非均匀气隙的最大气隙处，
在所述最小气隙处，所述转子(10)的外周面与所述转子(10)的中心之间的距离为Lmax；
在所述最大气隙处，所述转子(10)的外周面与所述转子(10)的中心之间的距离为Lmin；
在以所述转子(10)的轴线为中心沿所述转子(10)的转动方向偏离所述中心线α度机械角度处，所述转子(10)的外周面与所述转子(10)的中心之间的距离为La，
其中，所述La＝Lmin+(Lmax-Lmin)*|sin(4α)|。
10.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，
在所述最小气隙处，所述气隙在所述转子(10)的径向上延伸的长度为C1；
在所述非均匀气隙的最大气隙处，所述气隙在所述转子(10)的径向上延伸的长度为C2，其中所述C2为所述C1的1至1.5倍。
11.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括权利要求1至10中任一项所述的永磁同步电机。
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