CN108321952A - 转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车 - Google Patents

转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种转子结构、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一空气槽，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部相连通或相邻地设置，第一空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部相邻地设置时，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部之间形成第一导磁通道。通过在转子本体上开设有空气槽，空气槽将决定转子磁路的走向，使得定子磁场在经过气隙到达转子的过程中减少漏磁，从而提高磁场利用率增大转矩输出。减少退磁磁场对永磁体退磁作用，增强抗退磁能力。

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
永磁电机具有高效、力学性能好等优点，被广泛应用于现代工业各领域，但永磁体存在不可避免的退磁。一旦退磁，将导致电机转矩、效率等性能下降，严重时电机可能失控造成事故。随着时代发展，永磁电机趋于小型化。进一步地，现有技术中的电机还存在抗退磁能力低的问题。
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抗退磁能力低的问题。
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一空气槽，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部相连通或相邻地设置，第一空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部相邻地设置时，第一空气槽的第一端与外层永磁体槽的端部之间形成第一导磁通道。
进一步地，外层永磁体槽包括：第一永磁体槽段，第一永磁体槽段的第一端沿转子本体的转轴孔处延伸设置且位于直轴的第一侧，第一永磁体槽段的第二端沿转子本体的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴，第一空气槽与第一永磁体槽段的第二端相邻地设置，第一空气槽的径向方向的几何中心线与第一永磁体槽段的长度方向的几何中心线具有第一夹角。
进一步地，外层永磁体槽还包括：第二永磁体槽段，第二永磁体槽段的第一端与第一永磁体槽段的第一端相邻地设置，第二永磁体槽段的第一端与第一永磁体槽段的第一端之间形成第二导槽通道，第二永磁体槽段的第二端沿垂直于直轴的方向延伸设置；第三永磁体槽段，第三永磁体槽段位于与直轴的第一侧相对的第二侧，述第三永磁体槽段与第一永磁体槽段相对地设置，第三永磁体槽段的第一端沿转子本体的转轴孔处延伸设置并与第二永磁体槽段的第二端之间形成第三导磁通道，第三永磁体槽段的第二端沿转子本体的径向方向向外延伸设置，转子本体上还开设有第二空气槽，第二空气槽的第一端与第三永磁体槽段的第二端相连通或相邻地设置，第二空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离直轴设置，第二空气槽的几何中心线与第三永磁体槽段的几何中心线具有第三夹角。
进一步地，永磁体槽组还包括内层永磁体槽，内层永磁体槽位于外层永磁体槽的内侧，外层永磁体槽与内层永磁体槽之间形成第四导磁通道。
进一步地，内层永磁体槽包括：第四永磁体槽段，第四永磁体槽段的第一端朝向转子本体的转轴孔处延伸并位于直轴的第一侧，第四永磁体槽段的第二端朝向转子本体的外边沿延伸设置；第五永磁体槽段，第五永磁体槽段的第一端与第四永磁体槽段的第一端相邻地设置并形成第五导磁通道，第五永磁体槽段的第二端沿垂直于直轴的方向延伸设置，或者第五永磁体槽段的中部朝向转子本体的转轴孔弯折设置；第六永磁体槽段，第六永磁体槽段位于直轴的第二侧，第六永磁体槽段的第一端与第五永磁体槽段的第二端相邻地设置并形成第六导磁通道，第六永磁体槽段的第二端沿转子本体的径向方向向外延伸设置，第四永磁体槽段和/或第六永磁体槽段的宽度沿转子本体的径向方向向外逐渐增加。
进一步地，转子本体上还开设有第三空气槽，第三空气槽的第一端与第四永磁体槽段的第二端相邻地设置并形成第七导磁通道，第三空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离直轴设置，第三空气槽的沿径向方向的几何中心线与第四永磁体槽段的长度方向的几何中心线具有第二夹角。
进一步地，0≤α1≤α2＜60°，其中，α1为第二夹角，α2为第一夹角。
进一步地，第一导磁通道的宽度为ht，其中，0.5mm≤ht＜1mm，和/或，第二导槽通道的宽度为hb，其中，0.5mm≤hb＜1mm。
进一步地，第五导磁通道的长度方向的几何中心线与第五永磁体槽段的长度方向的几何中心线之间具有夹角β1，第二导槽通道的长度方向的几何中心线与第二永磁体槽段的几何中心线具有夹角β2，其中，360°/2p/2≤β1≤β2＜90°+360°/2p/2，其中，p为转子结构的极对数。
进一步地，β2-β1≤45°。
进一步地，转子本体上还开设有第四空气槽，第四空气槽的第一端与第六永磁体槽段的第二端相邻的设置以形成第八导磁通道，第八导磁通道与第七导磁通道关于直轴对称地设置，第四空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿设置并逐渐远离直轴设置。
进一步地，外层永磁体槽和内层永磁体槽中的至少一个为多个。
进一步地，外层永磁体槽和内层永磁体槽中的至少一个的宽度沿转子本体的径向方向向外逐渐增加。
进一步地，第一永磁体槽段位于转子本体的直轴的第一侧，第一永磁体槽段的第一端朝向转子本体的转轴孔处延伸并逐渐靠近转子本体的直轴设置，第一永磁体槽段的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第一永磁体槽段的第一端至第一永磁体槽段的第二端的宽度逐渐增加，第三永磁体槽段位于与转子本体的直轴的第一侧相对的第二侧，第三永磁体槽段的第一端朝向转子本体的转轴孔处延伸并逐渐靠近转子本体的直轴设置，第三永磁体槽段的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第三永磁体槽段的第一端至第三永磁体槽段的第二端的宽度逐渐增加。
进一步地，外层永磁体槽还包括：第五空气槽，第五空气槽的第一端与第一永磁体槽段的第一端相连通，第五空气槽的第二端与第三永磁体槽段的第一端相连通。
进一步地，第一空气槽的第一端至第一空气槽的第二端的宽度逐渐减小。
进一步地，第一空气槽的第二端的靠近转子本体的外边沿处的侧壁的中点与第一永磁体槽段的几何中心线的距离为A，第一永磁体槽段的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤A。
进一步地，第一空气槽的靠近转子本体的直轴的一侧的侧壁末端至第一永磁体槽段的远离转子本体的直轴的一侧的侧壁的延长线的距离为Ga，其中，Ga＝N×g，g为定子与转子之间的气隙长度，N为整数。
进一步地，其特征在于，转子结构还包括：永磁体，永磁体为多个，多个永磁体分别设置于第一永磁体槽段、第三永磁体槽段和内层永磁体槽内，永磁体的最小宽度为L1，永磁体的最大宽度为L2，其中，L2/L1＝T1，T1≥1.2。
进一步地，第五空气槽的靠近转子本体的边沿的侧壁的中点至转子本体的边沿处的连线的中点为P，以转子本体的圆心至点P的距离作为半径，并沿转子本体的周向作圆弧，与圆弧相交处的永磁体的厚度总和为M1，圆弧的周长为C1，其中，M1/C1＝T2，55％≤T2≤65％。
进一步地，永磁体的长度为L，设置于第一永磁体槽段和第三永磁体槽段内的永磁体的最大宽度为C，其中，0.8×C≤L。
进一步地，设置于第一永磁体槽段内的永磁体，该永磁体的靠近转子本体的直轴一侧且靠近转子本体的边沿处的侧壁，与转子本体的转轴孔的连线与转子本体的直轴之间形成有第四夹角α1，设置于内层永磁体槽内的永磁体，该永磁体的靠近转子本体的直轴一侧且靠近转子本体的边沿处的侧壁，与转子本体的转轴孔的连线与转子本体的直轴之间形成有第五夹角α2，其中，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)，S1为设置于第一永磁体槽段和第三永磁体槽段内的永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积之和，S2为设置于内层永磁体槽内的永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积。
进一步地，设置于第一永磁体槽段和第三永磁体槽段内的永磁体的充磁方向垂直于该永磁体的长度方向的几何中心线。
进一步地，内层永磁体槽还包括：第三空气槽，第三空气槽的第一端与第四永磁体槽段的第二端相连通，第三空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第三空气槽的几何中心线与第四永磁体槽段的几何中心线具有第六夹角。
进一步地，内层永磁体槽还包括：第四空气槽，第四空气槽的第一端与第六永磁体槽段的第二端相连通，第四空气槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第四空气槽的几何中心线与第六永磁体槽段的几何中心线具有第七夹角。
进一步地，内层永磁体槽关于转子本体的直轴对称地设置，第一永磁体槽段与第三永磁体槽段关于转子本体的直轴对称地设置。
进一步地，永磁体槽组为多个，多个永磁体槽组沿转子本体的周向均匀地设置。
进一步地，外层永磁体槽的槽壁之间设置有第九导磁通道，第九导磁通道为多个，多个第九导磁通道将外层永磁体槽分隔成多个第一空腔，多个第一空腔的横截面沿转子本体的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同，和/或，内层永磁体槽的槽壁之间设置有第九导磁通道，第九导磁通道为多个，多个第九导磁通道将内层永磁体槽分隔成多个第二空腔，多个第二空腔的横截面沿转子本体的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同。
进一步地，第一空气槽为两个，两个第一空气槽关于直轴对称地设置，两个第一空气槽分别与外层永磁体槽的两端相邻地设置以形成第一导磁通道。
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，通过在转子本体上开设有空气槽，空气槽将决定转子磁路的走向，使得定子磁场在经过气隙到达转子的过程中减少漏磁，从而提高磁场利用率增大转矩输出。减少退磁磁场对永磁体退磁作用，增强抗退磁能力。
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剖视结构示意图；
图2示出了根据本发明的转子结构的实施例二的剖视结构示意图；
图3示出了根据本发明的转子结构的实施例三的剖视结构示意图；
图4示出了根据本发明的转子结构的实施例四的剖视结构示意图；
图5示出了根据本发明的转子结构的实施例五的剖视结构示意图；
图6示出了根据本发明的转子结构的实施例六的剖视结构示意图；
图7示出了根据本发明的转子结构的实施例七的剖视结构示意图；
图8示出了根据本发明的转子结构的实施例八的剖视结构示意图；
图9示出了根据本发明的转子结构的实施例九的剖视结构局部放大示意图；
图10示出了根据本发明的转子结构的实施例十的剖视结构示意图；
图11示出了根据本发明的转子结构的实施例十一的剖视结构示意图；
图12示出了永磁体厚度占比对电磁转矩影响的曲线示意图；
图13示出了内、外层永磁体槽面积比值对磁链影响的曲线示意图。
图14示出了转子结构的空气槽的不同角度和转矩输出大小的关系示意图；
图15示出了转子结构的导磁通道的不同宽度和转矩输出及抗退磁能力的关系示意图；
图16示出了转子结构的导磁通道角度β1与抗退磁能力的关系示意图；
图17示出了转子结构的导磁通道夹角β1-β2与抗退磁能力的关系示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转子本体；11、外层永磁体槽；111、第一永磁体槽段；112、第二永磁体槽段；113、第三永磁体槽段；
12、内层永磁体槽；121、第四永磁体槽段；122、第五永磁体槽段；123、第六永磁体槽段；124、第三空气槽；125、第四空气槽；
13、转轴孔；
20、永磁体；
21、第一空气槽；22、第二空气槽；23、第三空气槽；24、第四空气槽；25、第五空气槽；
30、导磁通道；31、第一导磁通道；32、第二导槽通道；33、第三导磁通道；34、第四导磁通道；35、第五导磁通道；36、第六导磁通道；37、第七导磁通道；38、第八导磁通道。
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17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11，转子本体10上还开设有第一空气槽21，第一空气槽21的第一端与外层永磁体槽11的端部相连通或相邻地设置，第一空气槽21的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第一空气槽21的第一端与外层永磁体槽11的端部相邻地设置时，第一空气槽21的第一端与外层永磁体槽11的端部之间形成第一导磁通道31。
在本实施例中，通过在转子本体10上开设有空气槽，空气槽将决定转子磁路的走向，使得定子磁场在经过气隙到达转子的过程中减少漏磁，从而提高磁场利用率增大转矩输出。减少退磁磁场对永磁体退磁作用，增强抗退磁能力。
在本实施例中，外层永磁体槽11包括第一永磁体槽段111，第一永磁体槽段111的第一端沿转子本体10的圆心处延伸设置且位于直轴的第一侧，第一永磁体槽段111的第二端沿转子本体10的径向方向向外延伸并逐渐远离直轴，第一空气槽21与第一永磁体槽段111的第二端相邻地设置，第一空气槽21的径向方向的几何中心线与第一永磁体槽段111的长度方向的几何中心线具有第一夹角。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
其中，外层永磁体槽11还包括第二永磁体槽段112和第三永磁体槽段113。第二永磁体槽段112的第一端与第一永磁体槽段111的第一端相邻地设置，第二永磁体槽段112的第一端与第一永磁体槽段111的第一端之间形成第二导槽通道32，第二永磁体槽段112的第二端沿垂直于直轴的方向延伸设置。第三永磁体槽段113位于与直轴的第一侧相对的第二侧，述第三永磁体槽段113与第一永磁体槽段111相对地设置，第三永磁体槽段113的第一端沿转子本体10的圆心处延伸设置并与第二永磁体槽段112的第二端之间形成第三导磁通道33，第三永磁体槽段113的第二端沿转子本体10的径向方向向外延伸设置。转子本体10上还开设有第二空气槽22，第二空气槽22的第一端与第三永磁体槽段113的第二端相连通或相邻地设置，第二空气槽22的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离直轴设置，第二空气槽22的几何中心线与第三永磁体槽段113的几何中心线具有第三夹角。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
如图1和图2所示，永磁体槽组还包括内层永磁体槽12，内层永磁体槽12位于外层永磁体槽11的内侧，外层永磁体槽11与内层永磁体槽12之间形成第四导磁通道34。这样设置便于磁力线的导通。
其中，内层永磁体槽12包括第四永磁体槽段121、第五永磁体槽段122和第六永磁体槽段123。第四永磁体槽段121的第一端朝向转子本体10的圆心处延伸并位于直轴的第一侧，第四永磁体槽段121的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸设置；第五永磁体槽段122的第一端与第四永磁体槽段121的第一端相邻地设置并形成第五导磁通道35，第五永磁体槽段122的第二端沿垂直于直轴的方向延伸设置；第六永磁体槽段123位于直轴的第二侧，第六永磁体槽段123的第一端与第五永磁体槽段122的第二端相邻地设置并形成第六导磁通道36，第六永磁体槽段123的第二端沿转子本体10的径向方向向外延伸设置。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
在本实施例中，转子本体10上还开设有第三空气槽23，第三空气槽23的第一端与第四永磁体槽段121的第二端相邻地设置并形成第七导磁通道37，第三空气槽23的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离直轴设置。第三空气槽23的沿径向方向的几何中心线与第四永磁体槽段121的长度方向的几何中心线具有第二夹角。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
如图2所示，0≤α1≤α2＜60°，其中，α1为第二夹角，α2为第一夹角。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
如图3所示，第一导磁通道31的宽度为ht，其中，0.5mm≤ht＜1mm，或，第二导槽通道32的宽度为hb，其中，0.5mm≤hb＜1mm，或两者同时满足。这样设置能提供抗退磁能力。
如图4所示，第五导磁通道35的长度方向的几何中心线与第五永磁体槽段122的长度方向的几何中心线之间具有夹角β1，第二导槽通道32的长度方向的几何中心线与第二永磁体槽段112的几何中心线具有夹角β2，其中，360°/2p/2≤β1≤β2＜90°+360°/2p/2，其中，p为转子结构的极对数。这样设置防止造成局部磁场局部过饱和从而出现局部退磁或发热严重现象。
其中，β2-β1≤45°。这样设置防止造成局部磁场局部过饱和从而出现局部退磁或发热严重现象。
在本实施例中，转子本体10上还开设有第四空气槽24，第四空气槽24的第一端与第六永磁体槽段123的第二端相邻的设置以形成第八导磁通道38，第八导磁通道38与第七导磁通道37关于直轴对称地设置，第四空气槽24的第二端朝向转子本体10的外边沿设置并逐渐远离直轴设置。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳。
进一步地，外层永磁体槽11和内层永磁体槽12中的至少一个为多个。这样设置可以增强永磁辅助同步磁阻电机(以下简称“电机”)的抗退磁效果。
在本实施例中，外层永磁体槽11和内层永磁体槽12中的至少一个的宽度沿转子本体10的径向方向向外逐渐增加。这样设置能增强磁力线的引导效果。
如图7所示，外层永磁体槽11包括第一永磁体槽段111，第一永磁体槽段111位于转子本体10的直轴的第一侧，第一永磁体槽段111的第一端朝向转子本体10的圆心处延伸并逐渐靠近转子本体10的直轴设置，第一永磁体槽段111的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第一永磁体槽段111的第一端至第一永磁体槽段111的第二端的宽度逐渐增加。其中，外层永磁体槽11还包括第三永磁体槽段113，第三永磁体槽段113位于与转子本体10的直轴的第一侧相对的第二侧，第三永磁体槽段113的第一端朝向转子本体10的圆心处延伸并逐渐靠近转子本体10的直轴设置，第三永磁体槽段113的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第三永磁体槽段113的第一端至第一永磁体槽段111的第二端的宽度逐渐增加。这样设置提高了永磁体槽内永磁体20的有效工作地点的磁力，提升了电机空载磁链和电机转矩，进而提升了电机效率和电机的功率因数，并且电机的抗退磁能力也得到提高。
在本实施例中，外层永磁体槽11还包括第五空气槽25，第五空气槽25的第一端与第一永磁体槽段111的第一端相连通，第五空气槽25的第二端与第三永磁体槽段113的第一端相连通。这样设置使得两永磁体槽之间有了隔磁效果，避免了同极磁场相斥的现象，进而增强了转子的整体抗退磁能力。
在本实施例中，第一空气槽21的第一端至第一空气槽21的第二端的宽度逐渐减小。这样设置使得第一空气槽21对定子磁力线走向更具有导向性。
在本实施例中，第一空气槽21的第二端的靠近转子本体10的外边沿处的侧壁的中点与第一永磁体槽段111的几何中心线的距离为A，第一永磁体槽段111的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤A。这样设置使得第一折槽对定子磁力线的引导效果更好，使得定子的磁力线更多的进入磁通较少的两外层永磁体槽11之间的导磁通道，这样可以使得转子获得更大的磁阻转矩，进而提高转子的工作效率。
如图9所示，第一空气槽21的靠近转子本体10的直轴的一侧的侧壁末端至第一永磁体槽段111的远离转子本体10的直轴的一侧的侧壁的延长线的距离为Ga，其中，Ga＝N×g，g为定子与转子之间的气隙长度，N为整数。这样设置可改变磁路的磁通走向，改善气隙磁场的分布，可以有效减少气隙的谐波磁场含量，降低电机的谐波损耗和转矩脉动，进而降低电机的振动和噪声。进一步地，在永磁体槽末端还可以放置平板永磁体，通过在永磁体槽末端放置平板永磁体，可以在相同的转子内放置更多的永磁体，提升电机的空载磁链，提升电机的效率，优化永磁体的工作点，提升抗退磁能力。
在本实施例中，转子结构还包括永磁体20。永磁体20为多个，多个永磁体20分别设置于第一永磁体槽段111、第三永磁体槽段113和内层永磁体槽12内。永磁体20的最小宽度为L1，永磁体20的最大宽度为L2，其中，L2/L1＝T1，T1≥1.2。这样设置可以提升永磁体20的用量，提升电机空载磁链，进而提升电机转矩和电机效率，并且也提升了电机的抗退磁能力。
如图7、图8和图12所示，第五空气槽25的靠近转子本体10的边沿的侧壁的中点至转子本体10的边沿处的连线的中点为P，以转子本体10的圆心至点P的距离作为半径，并沿转子本体10的周向作圆弧，与圆弧相交处的永磁体20的厚度总和为M1，圆弧的周长为C1，其中，M1/C1＝T2，55％≤T2≤65％。这样设置使得与圆弧相交处的永磁体20的厚度与圆弧的周长即导磁通道厚度的比值处于比较优的范围，既可以保证永磁体20有效工作点较优，获得较大的抗退磁能力和较高的电机空载磁链，又可以使得电机获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩，提升电机的功率密度和效率。
在本实施例中，永磁体20的长度为L，设置于第一永磁体槽段111和第三永磁体槽段113内的永磁体20的最大宽度为C，其中，0.8×C≤L。这样设置便于可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁体的平均工作点更高，内层永磁体中磁力线进入外层永磁体和直接进入定子的比例更加合理，进而增加了电机的永磁体磁链，提升了电机的效率和功率因数。
如图8和图13所示，设置于第一永磁体槽段111内的永磁体20，该永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧且靠近转子本体10的边沿处的侧壁，与转子本体10的圆心的连线与转子本体10的直轴之间形成有第四夹角α1，设置于内层永磁体槽12内的永磁体20，该永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧且靠近转子本体10的边沿处的侧壁，与转子本体10的圆心的连线与转子本体10的直轴之间形成有第五夹角α2，其中，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)，S1为设置于第一永磁体槽段111和第三永磁体槽段113内的永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧的表面积之和，S2为设置于内层永磁体槽12内的永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧的表面积。这样设置可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁体的平均工作点更高，内层永磁体中磁力线进入外层永磁体和直接进入定子的比例更加合理，可以获得较大的电机空载磁链，并获得较大的电机转矩，进而提升电机的效率和功率密度。
在本实施例中，设置于第一永磁体槽段111和第三永磁体槽段113内的永磁体20的充磁方向垂直于该永磁体20的长度方向的几何中心线。这样设置使得可以使得永磁体20提供的磁通更多，从而提升空载磁链，提升电机的输出转矩，降低电流，降低铜耗，提升电机的效率和功率密度。
进一步地，内层永磁体槽12还包括第三空气槽23，第三空气槽23的第一端与第四永磁体槽段121的第二端相连通，第三空气槽23的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第三空气槽23的几何中心线与第四永磁体槽段121的几何中心线具有第六夹角。这样设置便于第三空气槽23更好的对磁力线进行引导，进而使得进入导磁通道30的磁通更多，获得更大的交轴电感，从而获得更大的磁阻扭矩和更高的电机效率。
进一步地，内层永磁体槽12还包括第四空气槽24，第四空气槽24的第一端与第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123的第二端相连通，第四空气槽24的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第四空气槽24的几何中心线与第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123第六永磁体槽段123的几何中心线具有第七夹角。这样设置便于第四空气槽24更好的对磁力线进行引导，进而使得进入导磁通道30的磁通更多，可以获得更大的交轴电感，从而获得更大的磁阻扭矩和更高的电机效率。
内层永磁体槽12关于转子本体10的直轴对称地设置，第一永磁体槽段111与第三永磁体槽段113关于转子本体10的直轴对称地设置。这样设置保证了安装在第一永磁体槽段111与第三永磁体槽段113内的永磁体在转子磁场内磁力线分布均匀，且可以提供更多的磁通。
在本实施例中，永磁体槽组为多个，多个永磁体槽组沿转子本体10的转轴孔13周向均匀地设置。这样设置使得转子磁极在圆周上均匀分布，使得电机磁极对称分布，减小电机负载时的转矩脉动，减小电机的振动和噪声。
如图10和图11所示，外层永磁体槽11的槽壁之间设置有第九导磁通道，第九导磁通道为多个，多个第九导磁通道将外层永磁体槽11分隔成多个第一空腔，多个第一空腔的横截面沿转子本体10的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同，或者，内层永磁体槽12的槽壁之间设置有第九导磁通道，第九导磁通道为多个，多个第九导磁通道将内层永磁体槽12分隔成多个第二空腔，多个第二空腔的横截面沿转子本体10的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同。当然，内外层永磁体槽也可以同时实现。
在本实施例中，第一空气槽21为两个，两个第一空气槽21关于直轴对称地设置，两个第一空气槽21分别与外层永磁体槽11的两端相邻地设置以形成第一导磁通道31。这样设置使得第一空气槽21对定子磁力线走向更具有导向性。
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。这样设置可提升电机空载磁链，优化永磁体的有效工作点，进而提升电机效率，提升电机的抗退磁能力。
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。
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 (31)

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(11)，所述转子本体(10)上还开设有第一空气槽(21)，所述第一空气槽(21)的第一端与所述外层永磁体槽(11)的端部相连通或相邻地设置，所述第一空气槽(21)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述转子本体(10)的直轴设置，所述第一空气槽(21)的第一端与所述外层永磁体槽(11)的端部相邻地设置时，所述第一空气槽(21)的第一端与所述外层永磁体槽(11)的端部之间形成第一导磁通道(31)。
2.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(11)包括：
第一永磁体槽段(111)，所述第一永磁体槽段(111)的第一端沿所述转子本体(10)的转轴孔(13)处延伸设置且位于所述直轴的第一侧，所述第一永磁体槽段(111)的第二端沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸并逐渐远离所述直轴，所述第一空气槽(21)与所述第一永磁体槽段(111)的第二端相邻地设置，所述第一空气槽(21)的径向方向的几何中心线与所述第一永磁体槽段(111)的长度方向的几何中心线具有第一夹角。
3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(11)还包括：
第二永磁体槽段(112)，所述第二永磁体槽段(112)的第一端与所述第一永磁体槽段(111)的第一端相邻地设置，所述第二永磁体槽段(112)的第一端与所述第一永磁体槽段(111)的第一端之间形成第二导槽通道(32)，所述第二永磁体槽段(112)的第二端沿垂直于所述直轴的方向延伸设置；
第三永磁体槽段(113)，所述第三永磁体槽段(113)位于与所述直轴的第一侧相对的第二侧，所述述第三永磁体槽段(113)与所述第一永磁体槽段(111)相对地设置，所述第三永磁体槽段(113)的第一端沿所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)处延伸设置并与所述第二永磁体槽段(112)的第二端之间形成第三导磁通道(33)，所述第三永磁体槽段(113)的第二端沿转子本体(10)的径向方向向外延伸设置，所述转子本体(10)上还开设有第二空气槽(22)，所述第二空气槽(22)的第一端与所述第三永磁体槽段(113)的第二端相连通或相邻地设置，所述第二空气槽(22)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述直轴设置，所述第二空气槽(22)的几何中心线与所述第三永磁体槽段(113)的几何中心线具有第三夹角。
4.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽组还包括内层永磁体槽(12)，所述内层永磁体槽(12)位于所述外层永磁体槽(11)的内侧，所述外层永磁体槽(11)与所述内层永磁体槽(12)之间形成第四导磁通道(34)。
5.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(12)包括：
第四永磁体槽段(121)，所述第四永磁体槽段(121)的第一端朝向所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)处延伸并位于所述直轴的第一侧，所述第四永磁体槽段(121)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸设置；
第五永磁体槽段(122)，所述第五永磁体槽段(122)的第一端与所述第四永磁体槽段(121)的第一端相邻地设置并形成第五导磁通道(35)，所述第五永磁体槽段(122)的第二端沿垂直于所述直轴的方向延伸设置，或者所述第五永磁体槽段(122)的中部朝向所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)弯折设置；
第六永磁体槽段(123)，所述第六永磁体槽段(123)位于所述直轴的第二侧，所述第六永磁体槽段(123)的第一端与所述第五永磁体槽段(122)的第二端相邻地设置并形成第六导磁通道(36)，所述第六永磁体槽段(123)的第二端沿所述转子本体(10)的径向方向向外延伸设置，所述第四永磁体槽段(121)和/或所述第六永磁体槽段(123)的宽度沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加。
6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述转子本体(10)上还开设有第三空气槽(23)，所述第三空气槽(23)的第一端与所述第四永磁体槽段(121)的第二端相邻地设置并形成第七导磁通道(37)，所述第三空气槽(23)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述直轴设置，所述第三空气槽(23)的沿径向方向的几何中心线与所述第四永磁体槽段(121)的长度方向的几何中心线具有第二夹角。
7.根据权利要求6所述的转子结构，其特征在于，0≤α1≤α2＜60°，其中，α1为所述第二夹角，α2为所述第一夹角。
8.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，
所述第一导磁通道(31)的宽度为ht，其中，0.5mm≤ht＜1mm，和/或，
所述第二导槽通道(32)的宽度为hb，其中，0.5mm≤hb＜1mm。
9.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述第五导磁通道(35)的长度方向的几何中心线与所述第五永磁体槽段(122)的长度方向的几何中心线之间具有夹角β1，所述第二导槽通道(32)的长度方向的几何中心线与所述第二永磁体槽段(112)的几何中心线具有夹角β2，其中，360°/2p/2≤β1≤β2＜90°+360°/2p/2，其中，p为转子结构的极对数。
10.根据权利要求9所述的转子结构，其特征在于，β2-β1≤45°。
11.根据权利要求6所述的转子结构，其特征在于，所述转子本体(10)上还开设有第四空气槽(24)，所述第四空气槽(24)的第一端与所述第六永磁体槽段(123)的第二端相邻的设置以形成第八导磁通道(38)，所述第八导磁通道(38)与所述第七导磁通道(37)关于直轴对称地设置，所述第四空气槽(24)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿设置并逐渐远离所述直轴设置。
12.根据权利要求4至7任一项所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(11)和所述内层永磁体槽(12)中的至少一个为多个。
13.根据权利要求4至7任一项所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(11)和所述内层永磁体槽(12)中的至少一个的宽度沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加。
14.根据权利要求13所述的转子结构，其特征在于，所述第一永磁体槽段(111)位于所述转子本体(10)的直轴的第一侧，所述第一永磁体槽段(111)的第一端朝向所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)处延伸并逐渐靠近所述转子本体(10)的直轴设置，所述第一永磁体槽段(111)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述转子本体(10)的直轴设置，所述第一永磁体槽段(111)的第一端至所述第一永磁体槽段(111)的第二端的宽度逐渐增加，所述第三永磁体槽段(113)位于与所述转子本体(10)的直轴的第一侧相对的第二侧，所述第三永磁体槽段(113)的第一端朝向所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)处延伸并逐渐靠近所述转子本体(10)的直轴设置，所述第三永磁体槽段(113)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述转子本体(10)的直轴设置，所述第三永磁体槽段(113)的第一端至所述第三永磁体槽段(113)的第二端的宽度逐渐增加。
15.根据权利要求14所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(11)还包括：
第五空气槽(25)，所述第五空气槽(25)的第一端与所述第一永磁体槽段(111)的第一端相连通，所述第五空气槽(25)的第二端与所述第三永磁体槽段(113)的第一端相连通。
16.根据权利要求1至11任一项所述的转子结构，其特征在于，所述第一空气槽(21)的第一端至所述第一空气槽(21)的第二端的宽度逐渐减小。
17.根据权利要求15所述的转子结构，其特征在于，所述第一空气槽(21)的第二端的靠近所述转子本体(10)的外边沿处的侧壁的中点与所述第一永磁体槽段(111)的几何中心线的距离为A，所述第一永磁体槽段(111)的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤A。
18.根据权利要求2至11任一项所述的转子结构，其特征在于，所述第一空气槽(21)的靠近所述转子本体(10)的直轴的一侧的侧壁末端至所述第一永磁体槽段(111)的远离所述转子本体(10)的直轴的一侧的侧壁的延长线的距离为Ga，其中，Ga＝N×g，g为定子与转子之间的气隙长度，N为整数。
19.根据权利要求4至7、9至11任一项所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括：
永磁体(20)，所述永磁体(20)为多个，多个所述永磁体(20)分别设置于所述第一永磁体槽段(111)、所述第三永磁体槽段(113)和所述内层永磁体槽(12)内，所述永磁体(20)的最小宽度为L1，所述永磁体(20)的最大宽度为L2，其中，L2/L1＝T1，T1≥1.2。
20.根据权利要求17所述的转子结构，其特征在于，所述第五空气槽(25)的靠近所述转子本体(10)的边沿的侧壁的中点至所述转子本体(10)的边沿处的连线的中点为P，以所述转子本体(10)的圆心至点P的距离作为半径，并沿所述转子本体(10)的周向作圆弧，与所述圆弧相交处的所述永磁体(20)的厚度总和为M1，所述圆弧的周长为C1，其中，M1/C1＝T2，55％≤T2≤65％。
21.根据权利要求19所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体(20)的长度为L，设置于所述第一永磁体槽段(111)和所述第三永磁体槽段(113)内的所述永磁体(20)的最大宽度为C，其中，0.8×C≤L。
22.根据权利要求19所述的转子结构，其特征在于，设置于所述第一永磁体槽段(111)内的所述永磁体(20)，该所述永磁体(20)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧且靠近所述转子本体(10)的边沿处的侧壁，与所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)的连线与所述转子本体(10)的直轴之间形成有第四夹角α1，设置于所述内层永磁体槽(12)内的所述永磁体(20)，该所述永磁体(20)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧且靠近所述转子本体(10)的边沿处的侧壁，与所述转子本体(10)的所述转轴孔(13)的连线与所述转子本体(10)的直轴之间形成有第五夹角α2，其中，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)，S1为设置于所述第一永磁体槽段(111)和所述第三永磁体槽段(113)内的所述永磁体(20)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧的表面积之和，S2为设置于所述内层永磁体槽(12)内的所述永磁体(20)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧的表面积。
23.根据权利要求19所述的转子结构，其特征在于，设置于所述第一永磁体槽段(111)和所述第三永磁体槽段(113)内的所述永磁体(20)的充磁方向垂直于该所述永磁体(20)的长度方向的几何中心线。
24.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(12)还包括：
第三空气槽(23)，所述第三空气槽(23)的第一端与所述第四永磁体槽段(121)的第二端相连通，所述第三空气槽(23)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述转子本体(10)的直轴设置，所述第三空气槽(23)的几何中心线与所述第四永磁体槽段(121)的几何中心线具有第六夹角。
25.根据权利要求24所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(12)还包括：
第四空气槽(24)，所述第四空气槽(24)的第一端与所述第六永磁体槽段(123)的第二端相连通，所述第四空气槽(24)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐远离所述转子本体(10)的直轴设置，所述第四空气槽(24)的几何中心线与所述第六永磁体槽段(123)的几何中心线具有第七夹角。
26.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(12)关于所述转子本体(10)的直轴对称地设置，所述第一永磁体槽段(111)与所述第三永磁体槽段(113)关于所述转子本体(10)的直轴对称地设置。
27.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽组为多个，多个所述永磁体槽组沿所述转子本体(10)的周向均匀地设置。
28.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体槽(11)的槽壁之间设置有第九导磁通道，所述第九导磁通道为多个，多个所述第九导磁通道将所述外层永磁体槽(11)分隔成多个第一空腔，多个所述第一空腔的横截面沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同，和/或，
所述内层永磁体槽(12)的槽壁之间设置有第九导磁通道，所述第九导磁通道为多个，多个所述第九导磁通道将所述内层永磁体槽(12)分隔成多个第二空腔，多个所述第二空腔的横截面沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加或逐渐减小或相同。
29.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第一空气槽(21)为两个，两个所述第一空气槽(21)关于所述直轴对称地设置，两个所述第一空气槽(21)分别与所述外层永磁体槽(11)的两端相邻地设置以形成所述第一导磁通道(31)。
30.一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29中任一项所述的转子结构。
31.一种电动汽车，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至29中任一项所述的转子结构。
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