CN106533001B - 转子、包括该转子的永磁同步电动机及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于永磁同步电动机的转子、包括该转子的永磁同步电动机以及电动汽车。该用于永磁同步电动机的转子包括转子本体，在所述转子本体内设置有沿径向延伸的多个磁钢，在所述转子本体的圆周表面上每两个相邻的磁钢之间设置有多个凸台。根据本发明所提供的技术方案，通过在转子本体的圆周表面上各磁钢之间设置多个凸台，使其外表面的形状发生变化，从而使磁钢所产生的磁场通过凸台的作用在永磁同步电动机的气隙内产生多个小的矩形磁场，通过对这些矩形磁场在空间上的拟合，能够产生正弦化程度很高的正弦磁场，从而提高电动机稳态运行时的转矩稳定性，减少转矩波动，提高控制精度和电机能效。
Description
技术领域
本发明属于电动机技术领域，具体涉及用于永磁同步电动机的转子、包含该转子的永磁同步电动机以及电动汽车。
背景技术
随着永磁材料的不断发展与日趋成熟，以永磁材料为核心部件的永磁同步电动机已经在很多领域取代传统的电励磁电机。以电动汽车领域为例，目前大多数采用的电机就是内置式正弦波永磁同步电动机。而此类电机的一个重要指标就是电机气隙磁场的正弦化程度。电机气隙磁场较高的正弦化程度可提高电机的控制精度，降低稳态运行时的转矩波动，并提高电机效率。
采用正弦波电源供电的内置式永磁同步电动机，为提高电机控制精度及稳态运行时的转矩平稳性，力图在电机的气隙中产生正弦气隙磁场。目前已有的产生正弦磁场的方案为采用halbach表面式转子结构。该方案通过对充磁方向的控制及磁钢的排布，来得到正弦化的气隙磁场。
然而，在采用halbach表面式转子结构的方案中，前期进行电机设计时，需要通过大量仿真才能得到磁钢充磁角度，时间成本高。此外，磁钢充磁过程中角度难以把握，需用工装夹具保证，这加大了经济成本。而且，磁钢安装时，由于磁钢相互间斥力很大，很难很好的贴合到一起，所以此方案很难在实际工程中完美地实现。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于永磁同步电动机的转子、包括该转子的永磁同步电动机以及电动汽车。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于永磁同步电动机的转子，包括转子本体，在所述转子本体内设置有沿径向延伸的多个磁钢，在所述转子本体的圆周表面上每两个相邻的磁钢之间设置有多个凸台。
根据本发明的另一方面，提供了一种永磁同步电动机，其包括上述转子。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，其包括上述永磁同步电动机。
根据本发明所提供的技术方案，通过在转子本体的圆周表面上各磁钢之间设置多个凸台，使其外表面的形状发生变化，从而使磁钢所产生的磁场通过凸台的作用在永磁同步电动机的气隙内产生多个小的矩形磁场，通过对这些矩形磁场在空间上的拟合，能够产生正弦化程度很高的正弦磁场，从而提高电动机稳态运行时的转矩稳定性，减少转矩波动，提高控制精度和电机能效。
附图说明
参照附图来阅读本发明的各实施方式，将更容易理解本发明的其它特征和优点，在此描述的附图只是为了对本发明的实施方式进行示意性说明的目的，而非全部可能的实施，并且不旨在限制本发明的范围。在附图中：
图1示出了根据本发明一个示例性实施方式用于永磁同步电动机的转子的半剖面图；
图2示出了根据本发明一个示例性实施方式对永磁同步电动机的气隙中的磁场在空间上进行拟合的示意图；以及
图3进一步示出了在永磁同步电动机的气隙中实际产生的磁场波形和拟合后的磁场波形。
具体实施方式
现参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。应注意，以下描述仅仅是示例性的，而并不旨在限制本发明，并且为了简要起见，在以下描述中省略了与现有技术相同的一些部件的具体描述。此外，在以下描述中，将采用相同的附图标号表示不同附图中的相同或相似的部件。在以下描述的不同实施方式中的不同特征，可彼此结合，以形成本发明范围内的其他实施方式。
图1示出了根据本发明一个示例性实施方式用于永磁同步电动机的转子的半剖面图。为了便于图示，在图1中仅示出了该转子的完整剖面图的一半。如图1所示，用于永磁同步电动机的转子100包括转子本体110。在转子本体110内设置有沿径向延伸的多个磁钢130，每个磁钢130均设置在转子本体110内的磁钢槽120中。图1所示出的是6极的永磁电机转子，即该转子中设置有6个磁钢。可以理解，这仅仅是示例性的，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员可根据实际需要设定转子内的磁钢的数量。在转子本体110的圆周表面上每两个相邻的磁钢130之间设置有多个凸台150。
由此，根据该实施方式，通过在转子本体的圆周表面上各磁钢之间设置多个凸台，使其外表面的形状发生变化，从而使磁钢所产生的磁场通过凸台的作用在永磁同步电动机的气隙内产生多个小的矩形磁场，通过对这些矩形磁场在空间上的拟合，能够产生正弦化程度很高的正弦磁场，从而提高电动机稳态运行时的转矩稳定性，减少转矩波动，提高控制精度和电机能效。
再参照图1，根据本发明的一个实施方式，多个凸台150在转子本体110的圆周表面上沿周向间隔设置，从而使转子本体110的圆周表面上具有分布式的凸台和凹槽设计。
根据一个实施方式，为了产生正弦化程度尽可能高的正弦磁场，多个凸台150之间可具有不同的间隔。此外，多个凸台150沿周向可具有不同的宽度。更进一步地，多个凸台150可具有相同的高度。
由此，可在永磁同步电动机的气隙内产生多个间隔不等、宽度不等、幅值相同的矩形磁场，通过对这些矩形磁场在空间上的拟合，可得到波形畸变很小的正弦波形磁场，即，正弦化程度很高。
如图1所示，在每两个相邻的磁钢之间可设置有n个凸台，可将这些凸台标记为1,2……i……n。根据一个实施方式，第i个凸台的径向中心线与n个凸台的同一侧的磁钢的径向中心线之间在转子100的转轴140的轴线上的电角度α可通过下式表示：
αi＝(2i-1)π/(2n)。 (1)
由此，可确定每个凸台i在转子本体110的圆周表面上的位置，以产生正弦化程度尽可能高的正弦磁场。
根据一个实施方式，每个凸台i在n个凸台中的角度比例βi可通过下式表示：
其中γ为预定的比例因子。根据公式(2)，可以计算出两个磁钢之间的n个凸台彼此的角度比例(如图1所示)。例如，在图1所示的实施方式中，两磁钢之间的5个凸台彼此的角度比例βi可根据公式(2)计算为1:2:3:2:1，那么各凸台之间的角度比例即为1:2:3:2:1。
由此，可确定各凸台在转子本体110的圆周表面上的宽度比例(即，各凸台彼此间的相对宽度)，以产生正弦化程度尽可能高的正弦磁场。当α和β均已确定时，两磁钢之间的各凸台的位置和相对宽度即确定，由此所产生的正弦磁场的长度确定，其幅值可通过按β值确定的比例放大或缩小各凸台的宽度来调整。
根据一个实施方式，γ的数值是根据永磁同步电动机中的磁场强度而确定的。
根据另一实施方式，γ的数值满足以下不等式：
可以理解，通过调整γ的数值，可调整各凸台的宽度，即各凸台之间的间隔，从而调节正弦磁场的幅值。
根据本发明的一个实施方式，n为3至7之间的正整数。也就是说，两个相邻的磁钢之间凸台的个数过少或过多均无法达到较好的效果。
根据本发明的另一方面，提供了一种永磁同步电动机，该电动机可包括上述用于永磁同步电动机的转子。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，该电动汽车可包括上述永磁同步电动机。
图2示出了根据本发明一个示例性实施方式对永磁同步电动机的气隙中的磁场在空间上进行拟合的示意图。在图2所示的实施方式中，在两个相邻磁钢之间具有5个凸台，即n＝5。如图2所示，L1、L2、L3、L4、L5分别表示5个凸台各自的宽度，L12、L23、L34、L45分别表示L1与L2、L2与L3、L3与L4、L4与L5之间的间隔，Bm1和Bm2分别表示拟合后和拟合前的磁场空间分布。从图2可以看出，将各凸台所产生的磁场在空间上进行拟合后，可得到波形畸变很小的正弦波形磁场，即，磁场的正弦化程度很高。
图3进一步示出了在n＝5时在永磁同步电动机的气隙中实际产生的磁场波形和拟合后的磁场波形。由图3可以看出，将各凸台所产生的磁场在空间上进行拟合后，可得到正弦化程度很高的正弦磁场。
以上对本发明各实施方式的描述是为了更好地理解本发明，其仅仅是示例性的，而非旨在对本发明进行限制。应注意，在以上描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的构思的情况下，针对以上所描述的实施方式进行的各种变化和修改，均属于本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种用于永磁同步电动机的转子，包括转子本体，其特征在于，在所述转子本体内设置有沿径向延伸的多个磁钢，在所述转子本体的圆周表面上每两个相邻的磁钢之间设置有多个凸台；
每个凸台的角度比例由下式表示：
其中，βi表示第i个凸台在多个凸台中的角度比例，γ为预定的比例因子，n表示两个相邻磁钢之间凸台的个数；
预定的比例因子γ的数值满足以下不等式：
其中，π＝180°，n表示两个相邻磁钢之间凸台的个数，i取1至(n-1)中的任意整数。
2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个凸台在所述转子本体的圆周表面上沿周向间隔设置，每两个相邻的磁钢之间的多个凸台中的每一个凸台的径向中心线与所述多个凸台的同一侧的磁钢的径向中心线之间的电角度由下式表示：
αi＝(2i-1)π/(2n)
其中，α表示所述电角度，n表示两个相邻的磁钢之间凸台的个数，i表示该凸台为靠近所述同一侧的磁钢的第i个凸台。
3.如权利要求1所述的转子，其特征在于，γ的数值是根据所述永磁同步电动机中的磁场强度确定的。
4.如权利要求2所述的转子，其特征在于，n为3至7之间的正整数。
5.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述多个凸台具有相同的高度。
6.一种永磁同步电动机，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的转子。
7.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求6所述的永磁同步电动机。
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