CN107394922B - 内置式永磁电机转子和永磁电机 - Google Patents

Abstract

公开了一种内置式永磁电机转子和永磁电机，内置式永磁电机转子包括铁芯，在铁芯上沿铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入永磁体磁槽内的永磁体，其中永磁体磁槽为一字型，在永磁体磁槽的两侧、相对于永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，隔磁槽与永磁体磁槽相隔离。通过在永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的隔磁槽，可以防止永磁体漏磁并优化磁路，从而提高电机最大转矩电流比，降低电机高速反向电动势。

Description

内置式永磁电机转子和永磁电机

技术领域

本发明涉及电动机领域，更具体地，涉及一种内置式永磁电机转子和永磁电机。

背景技术

新能源汽车驱动电机的转速越来越高，在节能环保的要求下，对驱动电机的功率密度要求也越来越高。目前主流的驱动电机多采用IPM(内置永磁体)形式，这种电机随着转速的升高反电势也会升高并发生畸变，因此，如何降低高速反电势及谐波畸变极为关键。

目前典型的IPM电机的转子设计以“V”形和“一”字形内置式为主，这两种设计在电机高速时的反电势较大，产生较大谐波，影响整机性能。图1显示目前新能源车用电机常用的“V”形转子结构，采用“V”形转子的电机高速时反电势较大，谐波畸变率较大，不利于电机在高速时的可控性。图2显示目前新能源车用电机常用的“一”字形转子结构，采用“一”字形转子的电机功率密度较低，电机转速很难提高到一万转以上，且反电势过高、正弦性不好。因此，期待开发一种能够降低电机高速时的反电势、提高电机转速的电机转子。

发明内容

本发明的目的是提出一种内置式永磁电机转子，其能够克服现有电子转子反电势过高、难以提高转速的缺陷。

本发明提出了一种内置式永磁电机转子，包括铁芯，在所述铁芯上沿所述铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入所述永磁体磁槽内的永磁体，在所述永磁体磁槽的两侧、相对于所述永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，所述隔磁槽与所述永磁体磁槽相隔离。

优选地，所述永磁体磁槽为一字型。

优选地，在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述隔磁槽的截面为五边形，所述五边形包括依次连接的第一边至第五边，其中第一边靠近所述永磁体磁槽且与所述永磁体磁槽的中心线平行，第二边和第四边均平行于所述铁芯的外周，第三边沿着所述铁芯的径向方向设置，且所述第四边的长度小于所述第二边的长度。

优选地，所述隔磁槽的第一边的长度等于所述永磁体磁槽沿所述铁芯的径向方向的宽度。

优选地，在所述铁芯的外周上相对于所述中心线对称设置虚槽。

优选地，在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述虚槽的截面为半圆形。

优选地，沿着所述铁芯的径向在所述永磁体磁槽的外侧设有第二永磁体磁槽，所述第二永磁体磁槽内嵌有第二永磁体，在所述第二永磁体磁槽的两侧、相对于所述第二永磁体磁槽的中心线对称设置一对第二隔磁槽，所述第二隔磁槽与所述第二永磁体磁槽相隔离。

优选地，所述第二永磁体磁槽为一字型。

优选地，所述永磁体磁槽的中心线与所述第二永磁体磁槽的中心线重合。

优选地，在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述第二隔磁槽的截面为四边形。

优选地，所述铁芯包括沿其轴向设置的多个铁芯段，相邻铁芯段的具有相同极性的永磁体沿所述铁芯的周向相互错开，形成分段斜极结构。

优选地，所述铁芯包括沿其轴向依次设置的第一铁芯段至第六铁芯段，其中第二铁芯段、第三铁芯段、第四铁芯段、第五铁芯段、第六铁芯段相对于第一铁芯段的斜极角度范围分别为1.1°-2.1°、2.7°-3.7°、4.3°-5.3°、2.7°-3.7°、1.1°-2.1°。

本发明另一方面提供一种永磁电机，包括所述的内置式永磁电机转子。

本发明的有益效果在于：

1.通过在永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的隔磁槽，可以防止永磁体漏磁并优化磁路，从而提高电机最大转矩电流比，降低电机高速反向电动势；

2.在铁芯外周设置虚槽，从而调整气隙磁密及削弱谐波，提高反电势正弦性，降低谐波畸变率；

3.沿着铁芯的径向在永磁体磁槽的外侧设置第二永磁体磁槽，并在第二永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的第二隔磁槽，可以进一步防止永磁体漏磁并优化磁路；

4.沿转子轴向设置分断斜极结构，以削弱谐波，得到正弦性较好的波形。

本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1显示目前新能源车用电机常用的“V”形转子结构；

图2显示目前新能源车用电机常用的“一”字形转子结构；

图3显示根据本发明的第一个示例性实施例的内置式永磁电机转子的局部剖视图；

图4显示根据本发明的第二个示例性实施例的内置式永磁电机转子的局部剖视图；

图5显示根据本发明的第一个和第二个示例性实施例的内置式永磁电机转子的尺寸设置示意图；

图6显示根据本发明的第三个示例性实施例的内置式永磁电机转子的侧视图。

附图标记说明：

1-永磁体磁槽，2-隔磁槽，3-虚槽，4-第二隔磁槽，5-第二永磁体磁槽，6-铁芯，7-永磁体，8-第二永磁体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明示例性实施例的内置式永磁电机转子包括铁芯，在铁芯上沿铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入永磁体磁槽内的永磁体，在永磁体磁槽的两侧、相对于永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，隔磁槽与永磁体磁槽相隔离。

通过在永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的隔磁槽，可以防止永磁体漏磁并优化磁路，从而提高电机最大转矩电流比，降低电机高速反向电动势。

在一个示例中，永磁体磁槽为一字型。

在一个示例中，在与铁芯的轴向垂直的投影面上，隔磁槽的截面为五边形，五边形包括依次连接的第一边至第五边，其中第一边靠近永磁体磁槽且与永磁体磁槽的中心线平行，第二边和第四边均平行于铁芯的外周，第三边沿着铁芯的径向方向设置，且第四边的长度小于所述第二边的长度。

在一个示例中，隔磁槽的第一边的长度等于永磁体磁槽沿铁芯的径向方向的宽度。

通过计算机仿真验证，上述形状的隔磁槽具有最佳的防漏磁效果。

在一个示例中，在铁芯的外周上相对于中心线对称设置虚槽，特别地，在与铁芯的轴向垂直的投影面上，虚槽的截面为半圆形。

虚槽可用于调整气隙磁密及削弱谐波，从而提高反电势正弦性，降低谐波畸变率。

在一个示例中，沿着铁芯的径向在永磁体磁槽的外侧设有第二永磁体磁槽，第二永磁体磁槽内嵌有第二永磁体，在第二永磁体磁槽的两侧、相对于第二永磁体磁槽的中心线对称设置一对第二隔磁槽，第二隔磁槽与第二永磁体磁槽相隔离。

沿着铁芯的径向在永磁体磁槽的外侧设置第二永磁体磁槽，并在第二永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的第二隔磁槽，可以进一步防止永磁体漏磁并优化磁路。

在一个示例中，第二永磁体磁槽为一字型。

在一个示例中，永磁体磁槽的中心线与第二永磁体磁槽的中心线重合。

在一个示例中，在与铁芯的轴向垂直的投影面上，第二隔磁槽的截面为四边形，优选为矩形。

在一个示例中，铁芯包括沿其轴向设置的多个铁芯段，相邻铁芯段的具有相同极性的永磁体沿铁芯的周向相互错开，形成分段斜极结构。优选地，铁芯包括沿其轴向依次设置的第一铁芯段至第六铁芯段，其中第二铁芯段、第三铁芯段、第四铁芯段、第五铁芯段、第六铁芯段相对于第一铁芯段的斜极角度范围分别为1.1°-2.1°、2.7°-3.7°、4.3°-5.3°、2.7°-3.7°、1.1°-2.1°。

在定子和转子槽型确定的情况下，转子斜极的角度可以根据转子铁芯的叠高不同而进行调整。通过分段斜极结构有利于削弱谐波，得到正弦性极好的波形。

本发明实施例还提供一种永磁电机，包括所述的内置式永磁电机转子。

应用示例1

图3显示根据本发明的第一个示例性实施例的内置式永磁电机转子的局部剖视图。如图3所示，该内置式永磁电机转子包括铁芯6，在铁芯6上沿铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽1和嵌入永磁体磁槽内的永磁体7，其中永磁体磁槽1为一字型，在永磁体磁槽1的两侧、相对于永磁体磁槽的中心线d对称设置一对隔磁槽2，隔磁槽2与永磁体磁槽1相隔离。

其中，在与铁芯6的轴向垂直的投影面上，隔磁槽2的截面为五边形，五边形包括依次连接的第一边至第五边，其中第一边靠近永磁体磁槽且与永磁体磁槽的中心线平行，第二边和第四边均平行于铁芯的外周，第三边沿着铁芯的径向方向设置，且第四边的长度小于所述第二边的长度，隔磁槽2的第一边的长度等于永磁体磁槽1沿铁芯6的径向方向的宽度。

在本例中，沿着铁芯的周向交替设置6对12个极性相反的永磁体磁极。此外，隔磁槽2的截面的第一边与永磁体磁槽的距离d1＝1.3mm，第四边与铁芯6的外周的距离d2＝0.7mm，两个隔磁槽2的第五边之间的夹角α＝57°(见图5)。以上参数可根据转子的实际设计参数进行调整。此外，沿着铁芯的周向设置的磁极的数量也可以根据实际需要进行选择。

在铁芯6的外周上相对于中心线d对称设置一对虚槽3，虚槽3的截面为半圆形。在本例中，虚槽3的半径为R＝2.5mm。

应用示例2

图4显示根据本发明的第二个示例性实施例的内置式永磁电机转子的局部剖视图。如图4所示，该实施例与上一实施例的区别在于沿着铁芯6的径向在永磁体磁槽1的外侧设有第二永磁体磁槽5，第二永磁体磁槽5内嵌有第二永磁体8，其中第二永磁体磁槽为一字型，在第二永磁体磁槽5的两侧、相对于第二永磁体磁槽的中心线对称设置一对第二隔磁槽4，第二隔磁槽4与第二永磁体磁槽5相隔离。

其中，永磁体磁槽的中心线与第二永磁体磁槽的中心线重合，第二隔磁槽4的截面为矩形。在本例中，如图5所示，第二隔磁槽4与第二永磁体磁槽5之间的距离d3＝0.5mm，第二隔磁槽4与铁芯6的外周的距离d4＝0.7mm。第二隔磁槽4的矩形截面长1.91mm，宽0.7mm。

应用示例3

图6显示根据本发明的第三个示例性实施例的内置式永磁电机转子的侧视图。如图6所示，铁芯6包括沿其轴向设置的6个铁芯段，相邻铁芯段的具有相同极性的永磁体沿铁芯的周向相互错开，形成分段斜极结构，其中第二铁芯段、第三铁芯段、第四铁芯段、第五铁芯段、第六铁芯段相对于第一铁芯段的斜极角度分别为1.6°、3.2°、4.8°、3.2°、1.6°。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种内置式永磁电机转子，其特征在于，包括铁芯，在所述铁芯上沿所述铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入所述永磁体磁槽内的永磁体，在所述永磁体磁槽的两侧、相对于所述永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，所述隔磁槽与所述永磁体磁槽相隔离；

在所述铁芯的外周上相对于所述中心线对称设置一对虚槽；

所述永磁体磁槽为一字型；

在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述隔磁槽的截面为五边形，所述五边形包括依次连接的第一边至第五边，其中第一边靠近所述永磁体磁槽且与所述永磁体磁槽的中心线平行，第二边和第四边均平行于所述铁芯的外周，第三边沿着所述铁芯的径向方向设置，且所述第四边的长度小于所述第二边的长度；

所述隔磁槽的第一边的长度等于所述永磁体磁槽沿所述铁芯的径向方向的宽度。

2.根据权利要求1所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述虚槽的截面为半圆形。

3.根据权利要求1或2任一项所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，沿着所述铁芯的径向在所述永磁体磁槽的外侧设有第二永磁体磁槽，所述第二永磁体磁槽内嵌有第二永磁体，在所述第二永磁体磁槽的两侧、相对于所述第二永磁体磁槽的中心线对称设置第二隔磁槽，所述第二隔磁槽与所述第二永磁体磁槽相隔离。

4.根据权利要求3所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，所述第二永磁体磁槽为一字型。

5.根据权利要求4所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，所述永磁体磁槽的中心线与所述第二永磁体磁槽的中心线重合。

6.根据权利要求3所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，在与所述铁芯的轴向垂直的投影面上，所述第二隔磁槽的截面为四边形。

7.根据权利要求1所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，所述铁芯包括沿其轴向设置的多个铁芯段，相邻铁芯段的具有相同极性的永磁体沿所述铁芯的周向相互错开，形成分段斜极结构。

8.根据权利要求7所述的内置式永磁电机转子，其特征在于，所述铁芯包括沿其轴向依次设置的第一铁芯段至第六铁芯段，其中第二铁芯段、第三铁芯段、第四铁芯段、第五铁芯段、第六铁芯段相对于第一铁芯段的斜极角度范围分别为1.1°-2.1°、2.7°-3.7°、4.3°-5.3°、2.7°-3.7°、1.1°-2.1°。

9.一种永磁电机，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的内置式永磁电机转子。