CN107317415A - 一种v字型不对称永磁电机转子 - Google Patents

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宋海平
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Abstract

本发明提供了一种V字型不对称永磁电机转子，所述转子包括转轴和设于所述转轴外围的转子铁芯，所述转子铁芯设有放置永磁体的V字型不对称永磁体槽，所述V字型不对称永磁体槽的内侧设有对应的“△”空气隔磁槽。本发明提供的所述V字型不对称永磁电机转子，大大提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和转速，拓宽了电动车辆用驱动电机的恒功率调速范围。

Description

一种V字型不对称永磁电机转子
技术领域
本发明属于电动车辆用驱动电机技术领域，具体涉及一种V字型不对称永磁电机转子。
背景技术
随着传统车辆数量的增加，汽车尾气排放已成为导致空气污染不容小觑的污染源，所以以混合动力、纯电动和燃料电池为代表的电动车辆是未来车辆的发展趋势，其不仅能有效减少污染物排放，甚至零排放，还具有启动性能好、调速方便、运行平稳、噪声小等优点。
纯电动车辆是完全由二次电池(如铅酸电池、镍氢电池或锂电池)提供动力的车辆，驱动电机能量完全来自动力电池组，在车辆行驶一定的里程后电池消耗的电能通过充电系统进行补充；混合动力电动车辆是在纯电动车辆开发过程中适应实用化和市场化而产生的一种车辆，一般采用内燃机和驱动电机两种动力，其中驱动电机的能量来自发电机或储能器件(如电池)等，通过与先进控制系统相结合，提供车辆行驶所需要的动力；燃料电池车辆是以燃料电池作为能源的电动车辆，燃料电池指利用氢气(或甲醇等)和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能驱动电机的装置，具有无污染物排放的优点。
驱动电机作为电动车辆的核心部件，在车辆行驶过程中将电能转化为车辆行驶的动能，其驱动性能的好坏决定了电动车辆性能的好坏；理论上，电动车辆用驱动电机需要提供高的输出功率和输出转矩以满足车辆在启动、减速及爬坡过程中的高转矩输出和加速时的高功率输出的需求，且在恒功率运行区间要求有宽的调速范围和大的弱磁扩速倍数，而实际现有电动车辆的驱动电机的输出转矩和输出功率较低，且在恒功率运行区间调速范围窄。
此外，在电动车辆行驶过程中，由于驾驶者的视野和习惯等，一般倒档行驶工况较少，所以车辆用驱动电机对前向行驶性能要求高，而对倒档行驶的性能要求相对较低；但当前常规电动车辆驱动电机的气隙磁场是对称分布的，电机的转速-转矩Map图关于转速轴和转矩轴对称，导致车辆前向行驶和倒档行驶的电机驱动性能相差不大，且驱动电机在转矩输出时定子绕组电流较大，其电枢反应使得合成磁场饱和，大大降低了其转矩输出能力。
因此，需要对现有的电动车辆的驱动电机做改进，提供一种前向驱动转矩和前向转速高、恒功率调速范围宽的电动车辆用驱动电机。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明以用于电动车辆的永磁电机转子作为改进切入点，提供一种V字型不对称永磁电机转子，大大提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和前向转速，拓宽了电动车辆用驱动电机的恒功率调速范围。
本发明通过如下技术方案实现：
一种V字型不对称永磁电机转子，所述转子包括转轴和设于所述转轴外围的转子铁芯，所述转子铁芯设有放置永磁体的V字型不对称永磁体槽，所述V字型不对称永磁体槽的内侧设有对应的“△”空气隔磁槽。
优选的，所述永磁体槽的两斜槽指向所述转子铁芯的外壁。
优选的，所述两斜槽间的夹角为60-160°。
优选的，所述“△”的一边对应所述转子铁芯的外壁。
优选的，所述V字型不对称永磁体槽在转子铁芯内以转轴轴线为旋转轴呈偶数周期均布。
优选的，所述永磁体为长方体，分别对应设置于所述永磁体槽的两斜槽内。
优选的，两斜槽内的永磁体沿转子铁芯半径方向的极性相同。
优选的，一侧斜槽内的永磁体材料包括按质量份计的下述成分：钕21-24％、钴15-18％、钐10-12％、锰7-8％、铬5-6％、铝3-4％钛2-2.5％和偏高领土1-2％。
优选的，另一侧斜槽内的永磁体材料包括按质量份计的下述成分：钕30-33％、钴13-14％、锰9-10％、钐7-8％、铬5-8％、铝4-5％、钛1-2％和偏高领土0.7-1％。
优选的，所述转子的磁极沿转子表面的N、S极交替分布。
与最接近的现有技术比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种V字型不对称永磁电机转子，在V字型不对称永磁体槽的内侧设置将永磁体的励磁分割为不对称两部分的空气隔磁槽，为电动车辆用驱动电机提供V字型不对称的周期励磁磁场，使得电动车辆用驱动电机的每极磁场关于该极中心线是非对称的，不易造成车辆前向行驶过程中气隙合成磁场饱和，增大了车辆的前向电流，大大提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和前向转速。
2、本发明提供的一种V字型不对称永磁电机转子，提高了电动车辆用驱动电机的前向效率，拓宽了电动车辆用驱动电机的恒功率调速范围。
3、本发明提供的一种V字型不对称永磁电机转子，于永磁体的材料组分中添加钕、钐、和钴等元素，大大提高了永磁体的剩磁强度和矫顽力，优化了电动车辆用驱动电机的磁性能。
附图说明
图1是本发明的V字型不对称永磁电机转子的截面视图；
其中，1-转子铁芯，2-永磁体，2-1-永磁体一，2-2-永磁体二，3-永磁体槽，4-空气隔磁槽，5-转轴，6-转轴轴线；
图2是本发明的转子的一对磁极下的不对称磁场分布图；
图3是本发明的不对称磁场结构电枢反应原理图；
图4是采用本发明V字型不对称转子的永磁电机转速-转矩Map图；
图5是现有驱动电机对称磁场结构电枢反应原理图；
图6是现有驱动电机对称磁场结构下的转速-转矩Map图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明：
如图1所示，一种V字型不对称永磁电机转子，所述转子共有8极(4对极)，其磁极沿转子表面的N、S极交替分布；所述转子包括转轴5和设于所述转轴5外围的转子铁芯1；
所述转子铁芯1设有放置永磁体的V字型不对称永磁体槽3，所述V字型不对称永磁体槽3的数目为8个，在转子铁芯1内以转轴轴线6为旋转轴呈周期均布；
每个永磁体槽的两斜槽指向所述转子铁芯的外壁两斜槽间的夹角为60-160°；
两斜槽内分别设有永磁体2-1和永磁体2-2，两个永磁体2沿转子铁芯1半径向外的极性相同，从而形成转子的一个磁极；
所述永磁体一2-1包括按质量份计的下述成分：钕21-24％、钴15-18％、钐10-12％、锰7-8％、铬5-6％、铝3-4％钛2-2.5％和偏高领土1-2％；
所述永磁体二2-2包括按质量份计的下述成分：钕30-33％、钴13-14％、锰9-10％、钐7-8％、铬5-8％、铝4-5％、钛1-2％和偏高领土0.7-1％；
每个磁极内，所述永磁体槽3的V字型不对称区域设有空气隔磁槽4，其将两块永磁体2的励磁磁场分割成不对称的两部分，磁场分布在外表面区域小的部分大于外表面区域大的部分，从而为电动车辆用驱动电机提供沿V字型不对称的周期励磁磁场；
所述空气隔磁槽5呈“△”，“△”的一边与转子铁芯外壁对应。
如图2所示为转子的一对磁极范围内的转子铁芯1外表面空气磁场分布，每个磁极内的磁场关于该极的中心线是非对称的，左高右低。
图3所示为本发明的不对称磁场结构电枢反应原理图，气隙磁场B0(x)关于电机直轴为非对称的，与正向旋转电枢磁场B+q(x)叠加后不进入或很小程度进入饱和区，从而提高正向转矩，而气隙磁场B0(x)与同样大小的反向旋转电枢磁场B-q(x)叠加后进入饱和区，转矩进入饱和。
图4所示为采用V字型不对称转子的永磁电机转速-转矩Map图，在电机供电电压约束下正向额定转速Np0高于反向额定转速Nn0，正向最高转速Np高于反向最高转速Nn，正向额定转矩Tp高于反射额定转矩Tn，可以得出，V字型不对称转子大大提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和前向转速。
图5所示为现有驱动电机对称磁场结构电枢反应原理图，气隙磁场B0(x)关于电机直轴为对称的，与正向旋转电枢磁场B+q(x)和反向旋转电枢磁场B-q(x)叠加的效果是一样的，可知其前后向的输出性能是相同的。
图6所示为现有驱动电机的转速-转矩Map图，正向额定转速Np0等于反向额定转速Nn0，正向最高转速Np等于反向最高转速Nn，正向额定转矩Tp等于反射额定转矩Tn。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述转子包括转轴和设于所述转轴外围的转子铁芯，所述转子铁芯设有放置永磁体的V字型不对称永磁体槽，所述V字型不对称永磁体槽的内侧设有对应的“△”空气隔磁槽。
2.如权利要求1所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体槽的两斜槽指向所述转子铁芯的外壁。
3.如权利要求2所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述两斜槽间的夹角为60-160°。
4.如权利要求1所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述“△”的一边对应所述转子铁芯的外壁。
5.如权利要求1所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述V字型不对称永磁体槽在转子铁芯内以转轴轴线为旋转轴呈偶数周期均布。
6.如权利要求2所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体为长方体，分别对应设置于所述永磁体槽的两斜槽内。
7.如权利要求6所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，两斜槽内的永磁体沿转子铁芯半径方向的极性相同。
8.如权利要求6所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，一侧斜槽内的永磁体材料包括按质量份计的下述成分：钕21-24％、钴15-18％、钐10-12％、锰7-8％、铬5-6％、铝3-4％钛2-2.5％和偏高领土1-2％。
9.如权利要求6所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，另一侧斜槽内的永磁体材料包括按质量份计的下述成分：钕30-33％、钴13-14％、锰9-10％、钐7-8％、铬5-8％、铝4-5％、钛1-2％和偏高领土0.7-1％。
10.如权利要求1所述的一种V字型不对称永磁电机转子，其特征在于，所述转子的磁极沿转子表面的N、S极交替分布。
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