CN108336844B - 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和外层永磁体。转子本体上开设有磁钢槽组，磁钢槽组包括外层磁钢槽，外层磁钢槽包括多个磁钢槽段，多个磁钢槽段中至少有两个磁钢槽段沿转子本体的径向方向相对地设置并位于转子本体的直轴的两侧。外层永磁体设置于磁钢槽段内，其中，位于两个相对设置的磁钢槽段中的外层永磁体的长度为L，两个相对设置的磁钢槽段之间的最大距离为C，其中，0.8×C≤L。通过对转子本体上磁钢槽组的外层磁钢槽的布置，使得单位转子体积内，放置更多的永磁体，产生较大的永磁转矩，提高电机q轴电感，增大电机效率，降低电机转矩脉动，降低电机振动、噪声，提高电机的退磁能力。

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
电动汽车具有节能、环保等特点，得到了迅速的发展。现有的电动汽车驱动电机为了实现电机的高功率密度、高效率等功能，越来越多的电机采用高性能稀土永磁电机。稀土永磁电机能够实现高效率和高功率密度，主要依赖于高性能的稀土永磁体，目前应用最多的是钕铁硼稀土永磁体。但稀土是一种不可再生资源，价格较为昂贵，并且稀土价格的波动也较大，导致电动汽车驱动电机的生产成本较高，这对于推动电动汽车全面发展是非常不利的。进一步地，现有技术中了还将铁氧体永磁辅助同步磁阻电机应用于电动汽车，但该种电机存在噪声大、易退磁、效率低等问题。
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效率低的问题。
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，转子本体上开设有磁钢槽组，磁钢槽组包括外层磁钢槽，外层磁钢槽包括多个磁钢槽段，多个磁钢槽段中至少有两个磁钢槽段沿转子本体的径向方向相对地设置并位于转子本体的直轴的两侧；外层永磁体，外层永磁体设置于磁钢槽段内，其中，位于两个相对设置的磁钢槽段中的外层永磁体的长度为L，两个相对设置的磁钢槽段之间的最大距离为C，其中，0.8×C≤L。
进一步地，多个磁钢槽段包括：第一磁钢槽段，第一磁钢槽段的第一端朝向转子本体的转轴孔延伸设置，第一磁钢槽段的第二端朝向转子本体的外边沿延伸设置，第一磁钢槽段位于直轴的第一侧；第二磁钢槽段，第二磁钢槽段与第一磁钢槽段相对地设置并位于与直轴的第一侧相对的第二侧，第二磁钢槽段的第一端朝向转轴孔延伸设置，第二磁钢槽段的第二端朝向转子本体的外边沿延伸设置。
进一步地，外层磁钢槽还包括：第一折槽，第一折槽的第一端与第一磁钢槽段的第二端相连通，第一折槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐靠近转子本体的交轴；第二折槽，第二折槽的第一端与第二磁钢槽段的第二端相连通，第二折槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐靠近交轴。
进一步地，第一折槽和第二折槽中的的宽度沿转子本体的径向方向向外逐渐减小。
进一步地，多个磁钢槽段还包括：第三磁钢槽段，第三磁钢槽段的第一端与第一磁钢槽段的第一端相连通，第三磁钢槽段的第二端与第二磁钢槽段的第一端相连通。
进一步地，第一磁钢槽段、第二磁钢槽段形成V形结构磁钢槽，或者，第一磁钢槽段、第二磁钢槽段和第三磁钢槽段形成U形结构磁钢槽。
进一步地，第一折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磁钢槽段的几何中心线，与第一折槽的第二端的靠近转子本体的外边沿处的侧壁的延长线的交点的距离为D3，第一磁钢槽段的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤D3。
进一步地，第一折槽的第二端与转子本体的外边沿之间形成第一隔磁桥，其中，0.4×M≤，或者，0.4×M≤≤2×M，M为第一磁钢槽段的第二端的端部的宽度，H为第一磁钢槽段的第二端至转子本体的外边沿的距离，H1为第一隔磁桥的宽度。
进一步地，0.25×M≤D1≤0.8×M，或者，0.3×M≤D1≤0.45×M，其中，M为第一磁钢槽段的第二端的端部的宽度，D1为第一折槽的第二端的宽度。
进一步地，磁钢槽组还包括内层磁钢槽，内层磁钢槽位于外层磁钢槽的内侧并靠近转轴孔设置，外层磁钢槽与内层磁钢槽之间形成导磁通道，内层磁钢槽包括依次设置的第一内层磁钢槽段、第二内层磁钢槽段和第三内层磁钢槽段，第一内层磁钢槽段、第二内层磁钢槽段和第三内层磁钢槽段依次连通以形成开口朝向转子本体的外边缘的U形结构，或者，第一内层磁钢槽段、第二内层磁钢槽段和第三内层磁钢槽段依次间隔地设置，第一内层磁钢槽段、第二内层磁钢槽段和第三内层磁钢槽段中相邻的两个之间形成有第二隔磁桥。
进一步地，第一内层磁钢槽段包括第三折槽，第三折槽的第一端与第一内层磁钢槽段的靠近转子本体的外边缘的端部相连通，第三折槽的第二端朝向转子本体的外边缘延伸并逐渐靠近交轴；第三内层磁钢槽段包括第四折槽，第四折槽的第一端与第三内层磁钢槽段的靠近转子本体的外边缘的端部相连通，第四折槽的第二端朝向转子本体的外边缘延伸并逐渐靠近交轴。
进一步地，第一折槽和第二折槽的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A1，第一磁钢槽段和第二磁钢槽段的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A，其中，2×A≤A1。
进一步地，第三折槽和第四折槽的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B1，第一内层磁钢槽段和第三内层磁钢槽段的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B，其中，2×B≤B1。
进一步地，1.1×B1≤A1。
进一步地，转子结构还包括内层永磁体，内层永磁体设置于内层磁钢槽内。
进一步地，外层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表面，与转子本体的圆心的连线与转子本体的直轴之间形成有第五夹角α1，内层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表面，与转子本体的圆心的连线与转子本体的直轴之间形成有第六夹角α2，其中，1.3×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤2×(sinα1/sinα2)，S1为外层永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积，S2为内层永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积；优选地，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)。
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，通过对转子本体上磁钢槽组的外层磁钢槽的布置，可以使得单位转子体积内，放置更多的永磁体，产生较大的永磁转矩，提高电机q轴电感，增大电机效率，降低电机转矩脉动，降低电机振动、噪声，提高电机的抗退磁能力。
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示出了转子结构的内、外层磁钢槽面积比值对磁链影响示意图；
图10示出了转子结构的永磁体厚度占比与转矩关系的示意图；
图11示出了转子结构的磁钢槽末端折槽长度对电机性能影响的示意图；
图12示出了根据本发明的转子结构的折槽末端宽度对电机参数影响的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转子本体；11、外层磁钢槽；12、内层磁钢槽；13、转轴孔；
111、第一磁钢槽段；112、第二磁钢槽段；113、第一折槽；114、第二折槽；115、第三磁钢槽段；
121、第一内层磁钢槽段；122、第二内层磁钢槽段；123、第三内层磁钢槽段；
124、第三折槽；125、第四折槽；
20、外层永磁体；
30、内层永磁体；
40、定子；41、定子绕组。
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12所示，根据本发明的实施例，提供了一种转子结构。
具体地，该转子结构包括转子本体和外层永磁体。转子本体10上开设有磁钢槽组，磁钢槽组包括外层磁钢槽11，外层磁钢槽11包括多个磁钢槽段，多个磁钢槽段中至少有两个磁钢槽段沿转子本体10的径向方向相对地设置并位于转子本体10的直轴的两侧。外层永磁体20设置于磁钢槽段内，其中，位于两个相对设置的磁钢槽段中的外层永磁体20的长度为L，两个相对设置的磁钢槽段之间的最大距离为C，其中，0.8×C≤L。
在本实施例中，通过对转子本体上磁钢槽组的外层磁钢槽的布置，可以使得单位转子体积内，放置更多的永磁体，产生较大的永磁转矩，提高电机q轴电感，增大电机效率，降低电机转矩脉动，降低电机振动、噪声，提高电机的抗退磁能力。
如图1所示，多个磁钢槽段包括第一磁钢槽段111和第二磁钢槽段112。第一磁钢槽段111的第一端朝向转子本体10的转轴孔13延伸设置，第一磁钢槽段111的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸设置，第一磁钢槽段111位于直轴的第一侧。第二磁钢槽段112与第一磁钢槽段111相对地设置并位于与直轴的第一侧相对的第二侧，第二磁钢槽段112的第一端朝向转子本体10的转轴孔13延伸设置，第二磁钢槽段112的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸设置。这样设置便于导磁通道内的磁力线高效的导入。
在本实施例中，外层磁钢槽11还包括第一折槽113，第一折槽113的第一端与第一磁钢槽段111的第二端相连通，第一折槽113的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离直轴。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
其中，外层磁钢槽11还包括第二折槽114，第二折槽114的第一端与第二磁钢槽段112的第二端相连通，第二折槽114的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐靠近转子本体的交轴。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
进一步地，第一折槽113和第二折槽114中的至少一个的宽度沿转子本体10的径向方向向外逐渐减小。这样设置进一步调节各导磁通道的磁力线分布，减少局部饱和。
在本实施例中，多个磁钢槽段还包括第三磁钢槽段115，第三磁钢槽段115的第一端与第一磁钢槽段111的第一端相连通，第三磁钢槽段115的第二端与第二磁钢槽段112的第一端相连通。这样设置便于导磁通道内的磁力线高效的导入。
在本实施例中，第一磁钢槽段111、第二磁钢槽段112和第三磁钢槽段115形成V形结构磁钢槽，或者，第一磁钢槽段111、第二磁钢槽段112和第三磁钢槽段115形成U形结构磁钢槽。这样设置可以更好的引导定子磁力线更均匀的进入各导磁通道。
在本实施例中，第一折槽113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磁钢槽段111的几何中心线，与第一折槽113的第二端的靠近转子本体10的外边沿处的侧壁的延长线的交点的距离为D3，第一磁钢槽段111的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤D3。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
进一步地，第一折槽113的第二端与转子本体10的外边沿之间形成第一隔磁桥，其中，0.4×M≤H-H1，或者，0.4×M≤H-H1≤2×M，M为第一磁钢槽段111的第二端的端部的宽度，H为第一磁钢槽段111的第二端至转子本体10的外边沿的距离，H1为第一隔磁桥的宽度。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
其中，0.25×M≤D1≤0.8×M，或者，0.3×M≤D1≤0.45×M，其中，M为第一磁钢槽段111的第二端的端部的宽度，D1为第一折槽113的第二端的宽度。这样设置使得磁力线很容易从转子磁钢槽与转子外圆之间的隔磁桥通过，从而获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩。
在本实施例中，磁钢槽组还包括内层磁钢槽12，内层磁钢槽12位于外层磁钢槽11的内侧并靠近转子本体10的转轴孔13设置，外层磁钢槽11与内层磁钢槽12之间形成导磁通道，内层磁钢槽12包括依次设置的第一内层磁钢槽段121、第二内层磁钢槽段122和第三内层磁钢槽段123，第一内层磁钢槽段121、第二内层磁钢槽段122和第三内层磁钢槽段123依次连通以形成开口朝向转子本体10的外边缘的U形结构，或者，第一内层磁钢槽段121、第二内层磁钢槽段122和第三内层磁钢槽段123依次间隔地设置，第一内层磁钢槽段121、第二内层磁钢槽段122和第三内层磁钢槽段123中相邻的两个之间形成有第二隔磁桥。这样设置增强了转子的机械强度。
在本实施例中，第一内层磁钢槽段121包括第三折槽124，第三折槽124的第一端与第一内层磁钢槽段121的靠近转子本体10的外边缘的端部相连通，第三折槽124的第二端朝向转子本体10的外边缘延伸并逐渐靠近交轴。第三内层磁钢槽段123包括第四折槽125，第四折槽125的第一端与第三内层磁钢槽段123的靠近转子本体10的外边缘的端部相连通，第四折槽125的第二端朝向转子本体10的外边缘延伸并逐渐靠近交轴。设置磁钢槽折槽部分的夹角，可以更加有效的引导定子40的q轴磁链线更均匀的进入各导磁通道，增大电机的q轴电感，提升电机的磁阻转矩。
进一步地，第一折槽113和第二折槽114的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A1，第一磁钢槽段111和第二磁钢槽段112的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A，其中，2×A≤A1。这样设置可以更加有效的引导定子q轴磁链线更均匀的进入各导磁通道。
在本实施例中，第三折槽124和第四折槽125的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B1，第一内层磁钢槽段121和第三内层磁钢槽段123的靠近直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B，其中，2×B≤B1。这样设置可以更加有效的引导定子q轴磁链线更均匀的进入各导磁通道。
其中，1.1×B1≤A1。这样设置可以更好的引导磁力线更均匀的进入各导磁通道。
在本实施例中，转子结构还包括内层永磁体，内层永磁体设置于内层磁钢槽内。这样设置便于内层永磁体的安装。
在本实施例中，外层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表面，与转子本体的圆心的连线与转子本体的直轴之间形成有第五夹角α1，内层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表面，与转子本体的圆心的连线与转子本体的直轴之间形成有第六夹角α2，其中，1.3×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤2×(sinα1/sinα2)，S1为外层永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积，S2为内层永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积；优选地，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)。通过将外层永磁体的排布形状以及内、外层永磁体厚度比值的设置，可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁的平均工作电机更高。
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。
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。
具体地，电机包含定子和转子，定子包含定子铁芯及其嵌入定子铁芯的定子绕组41，转子上含有放置永磁体的槽以及放置在槽中的永磁体，转子同一个磁极上包含两层永磁体，同一磁极内的永磁体朝定子方向具有相同的极性，永磁体槽具朝转子内侧凸起的形状，永磁体槽的两端靠近转子外圆，永磁体槽的中心靠近转子内侧，外层永磁体槽大致程V型，V型永磁体槽中一侧永磁体的长度为L，V型排布永磁体的最大宽度为C，满足0.8*C≤L。内层永磁体30槽大致程U型，至少由三段永磁体组成，如图1所示。通过上述设置，可以使用单位转子体积内，放置更多的永磁体，产生较大的永磁转矩，实现电机效率的提升。
进一步地，外层永磁体和内层永磁体30靠近转子外侧的表面积比值为S1/S2，外层永磁体和内层永磁体30靠近转子外表面末端的外侧顶点与转子中心形成的夹角分别为2×α1、2×α2，满足一下关系：1.3×sinα1/sinα2≤S1/S2≤2×sinα1/sinα2。
通过将外层永磁体的排布形状以及内、外层永磁体面积比值的设置，可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁的平均工作电机更高，内层永磁体30中磁力线进入外层永磁体和直接进入定子40的比例更加合理，增加了电机的永磁体磁链，提升了电机的效率和功率因数。内、外层永磁体表面积比值对电机磁链的影响如图所示，通过将内、外层永磁体表面积比值设置成1.3×sinα1/sinα2≤S1/S2≤2×sinα1/sinα2，可以获得较大的电机空载磁链。优选地，1.5×sinα1/sinα2≤S1/S2≤1.8×sinα1/sinα2。
其中，电机转子永磁体为铁氧体永磁体，以转子中心为圆心作圆弧，圆弧经过从最外层永磁体外边线的中心点P，圆弧处转子永磁体厚度的总和与该圆弧圆周长的比值为45％-70％。在电机转子永磁体为铁氧体时，通过将永磁体的厚度设置在这个范围内，使得永磁体厚度比导磁通道厚度的比值处于比较优的范围，既可以保证永磁体工作点较高，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。优选地，圆弧处转子永磁体厚度的总和与该圆弧圆周长的比值为55％-65％。
在本实施例中，为了增强转子的机械强度，各层磁钢槽中间具有1个或多个隔磁桥。并且，转子内层磁钢槽在靠近转子外圆的两端放置平板永磁体。第二层磁钢槽靠近转子外圆的末端放置平板永磁体。通过在磁钢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，提升电机的效率和抗退磁能力。
在本实施例中，转子最内层两侧平板永磁体厚度M2大于第二层末端平板永磁体的厚度M1，1.1×M1≤M2≤1.8×M1，研究发现，在定子40施加方向磁场时，内、外层永磁体的工作点并不相同，内层永磁体30的工作点要低于外层永磁体，使得内层永磁体30更容易出现局部退磁，影响电机整体抗退磁能力，为了缓解这一现象，将内层永磁体30厚度M2设置成大于外层永磁体M1，为了使得内、外层永磁体抗退磁能力一致，1.1×M1≤M2≤1.8×M1。优选地，1.1×M1≤M2≤1.3×M1。
其中，内、外层矩形永磁体形成导磁通道宽度不相等，导磁通道宽度靠近转子外表面宽度越小。通过逐渐变小的导磁通道宽度设计，可以更好的调节内、外层永磁体的磁通面积，实现内、外层永磁体工作点的一致性调节。
如图4所示，转子外层永磁体槽的末端具有一段朝内层永磁体30槽末端方向偏转的转折，这样设置能更好的引导磁力线的走向。
如图2所示，研究发现电机定子40通入三相对称的交流电时，定子40各个齿上的磁力线并不均匀，越靠近分界线的位置，定子40齿上的磁力线越多。q轴磁链线f有分别从定子齿进入转子的3个导磁通道，导磁通道f3是由两个相邻磁极的最内层磁钢槽之间形成，导磁通道f2是由最内层磁钢槽和第二层磁钢槽之间形成，导磁通道f1是第二层磁钢槽到转子外圆之间的导磁区域形成，由于磁力线在定子齿上的不均匀分布，进入导磁通道f3的磁力线最多，进入导磁通道f1的磁力线最少，导磁通道f3和导磁通道f2的磁路较为饱和，当电机负载较重时，电机的q轴电感会大幅度下降，影响电机的磁阻转矩利用。尤其是采用铁氧体的永磁辅助同步磁阻电机，为了提升电机的效率和抗退磁能力，永磁体较厚，导磁通道的宽度很难增加时，这一现象变得更为严重。为此，本方案提出了导磁通道末端朝内层永磁体30方向偏转的转折，该电机的q轴磁力线f分布示意图如图7所示。通过在导磁通道末端设置一段朝内层磁钢槽末端偏转的转折，可以有效引导定子q轴磁力线f的走向，将原来进入高磁饱和区域的磁力线，如图中进入磁通道f2的磁力线，改为进入低磁饱和区域，如图中的磁通道f1，在相同的激磁电流下产生了更多的磁通，提高了电机的q轴电感，增大了电机的磁阻转矩，提高了电机的效率和功率密度。
进一步的，磁钢槽末端发生转折部分的宽度从靠近转子外表面朝里逐渐增加。通过将磁钢槽转折部分的宽度设置成外窄内宽，一方面可以减少磁钢槽偏转后，导磁通道f2入口宽度变小，导致的q轴磁通下降，另一方面还可以更好的引导原从进入导磁通道f2的磁力线，变成从导磁通道f3进入转子。
在本实施例中，为了更好的引导磁力线从高磁饱和导磁通道通过转为从低磁饱和导磁通道通过，将转折后的第二层磁钢槽末端边线的中点与转折前第二层磁钢槽末端边线的中点的距离定义为D3，第二层磁钢槽未转折部分靠近过转子末端的宽度为M，0.6M≤D3。导磁通道末端未转折前的形状由下述方法确定，当磁钢槽内安装平板永磁体时，延长磁钢槽的两条边线，磁钢槽靠近转子的外边线与转子外圆的距离与磁钢槽转折后相同；当磁钢槽内安装弧形永磁体时，在弧形磁钢槽的端点作弧形的相切线，并延长切线，磁钢槽靠近转子的外边线与转子外圆的距离与转折后相同。通过控制磁钢槽末端偏转的幅度，将D3设置成大于等于0.6M，可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
在本实施例中，转折后的第二层磁钢槽末端边线的靠近外侧的端点与转折前的第二层磁钢槽末端边线的靠近内侧的端点相比，更靠近转子的q轴。这样设置是为了实现更好的磁力线引导效果。
进一步的，转折后的第二层磁钢槽末端边线靠近外侧的端点与转折前的第二层磁钢槽末端边线靠近内侧的端点的距离为Ga，Ga的距离大致等于定转子气隙长度g的整数倍。通过将Ga的距离设置成定转子气隙长度g的整数倍，有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，这里范围是0.95倍到1.05倍。
进一步的，第二层磁钢槽末端转折部位的长度为H-H1，磁钢槽未转折部分末端的宽度为M，满足0.4×M≤H-H1。其中H为磁钢槽转折部分的外边线到转子外圆的距离，H1为永磁体转子转折部分与转子外圆形成的磁桥厚度，磁钢槽未转折部分末端的宽度为M。
如图5所示，研究发现磁钢槽转折部分的长度对电机q轴电感和电机磁链有较大影响，当0.4×M≤H-H1时，可以明显提升q轴电感，但大于2×M，会导致第二层永磁体磁通面积减少，导致电机空载磁链下降，因此，优选地，0.4×M≤H-H1≤2×M。
如图5所示，为了更好的固定永磁体，第二层磁钢槽末端转折部位的靠近转子内侧的宽度Md小于磁钢槽未转折部分末端的宽度M。第二层磁钢槽转折部分末端的宽度D1小于第二层磁钢槽未转折部分末端的宽度M，0.25×M≤D1≤0.8×M，优选地，0.3×M≤D1≤0.45×M。
研究发现，磁钢槽转折部分末端的宽度D1对于电机的交、直轴电感都有一定影响，如图6所示，当宽度D1大于0.8×M时，磁钢槽末端对q轴磁通阻挡较多，会导致q轴电感下降，如果宽度D1小于0.25×M时，d轴电感的磁力线很容易从转子磁钢槽与转子外圆之间的隔磁桥通过，为了获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩，0.25×M≤D1≤0.8×M，进一步更优的，0.3×M≤D1≤0.45×M。另外，磁钢槽末端发生转折的部分不放置永磁体，可以有效减缓末端永磁体的局部退磁，提升电机的抗退磁能力。
在本实施例中，外层磁钢槽转折部分外边线的夹角为A1，外层磁钢槽未转折部分外边线的夹角为A，2×A≤A1，内层磁钢槽末端外表面具有切边，内层磁钢槽切边部分外边线的夹角为B1，磁钢槽未切边部分外边线的夹角为B，2×B≤B1，并且1.1×B1≤A1。通过设置磁钢槽未转折部分外边线的夹角与未转折部分的夹角，可以更加有效的引导定子q轴磁链线更均匀的进入各导磁通道，增大电机的q轴电感，提升电机的磁阻转矩。转子内层磁钢槽的外表面末端具有切边，斜切后磁钢槽端部的宽度为D1，磁钢槽未斜切部分端部的宽度为D2，D1≤0.6×D2。通过切边减少内层磁钢槽末端的宽度，可以有效增加定子磁通进入转子，提升了电机的q轴电感。内层磁钢槽末端具有一段朝磁极分界线向偏转的转折，可以更好的分配进入导磁通道f2和导磁通道f3的磁力线数量，减少导磁通道的局部饱和，提升电机的磁阻转矩。所有磁钢槽末端具有一段朝磁极分界线向偏转的转折，可以进一步调节各导磁通道的磁力线分布，减少局部饱和。所有转子磁极在圆周上均匀分布。
以上所述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 (21)

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)上开设有磁钢槽组，所述磁钢槽组包括外层磁钢槽(11)，所述外层磁钢槽(11)包括多个磁钢槽段，多个所述磁钢槽段中至少有两个所述磁钢槽段沿所述转子本体(10)的径向方向相对地设置并位于所述转子本体(10)的直轴的两侧；
外层永磁体(20)，所述外层永磁体(20)设置于所述磁钢槽段内，其中，位于两个相对设置的所述磁钢槽段中的所述外层永磁体(20)的长度为L，两个相对设置的所述磁钢槽段之间的最大距离为C，其中，0.8×C≤L；
多个所述磁钢槽段包括：第一磁钢槽段(111)，所述第一磁钢槽段(111)的第一端朝向所述转子本体(10)的转轴孔(13)延伸设置，所述第一磁钢槽段(111)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸设置，所述第一磁钢槽段(111)位于所述直轴的第一侧；
所述外层磁钢槽(11)还包括：第一折槽(113)，所述第一折槽(113)的第一端与所述第一磁钢槽段(111)的第二端相连通，所述第一折槽(113)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐靠近所述转子本体(10)的交轴；
所述第一折槽(113)的第二端与所述转子本体(10)的外边沿之间形成第一隔磁桥，其中，0.4×M≤(H-H1)，M为所述第一磁钢槽段(111)的第二端的端部的宽度，H为所述第一磁钢槽段(111)的第二端至所述转子本体(10)的外边沿的距离，H1为所述第一隔磁桥的宽度。
2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，多个所述磁钢槽段包括：
第二磁钢槽段(112)，所述第二磁钢槽段(112)与所述第一磁钢槽段(111)相对地设置并位于与所述直轴的第一侧相对的第二侧，所述第二磁钢槽段(112)的第一端朝向所述转轴孔(13)延伸设置，所述第二磁钢槽段(112)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸设置。
3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述外层磁钢槽(11)还包括：
第二折槽(114)，所述第二折槽(114)的第一端与所述第二磁钢槽段(112)的第二端相连通，所述第二折槽(114)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸并逐渐靠近所述交轴。
4.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述第一折槽(113)和所述第二折槽(114)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减小或逐渐增加。
5.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，多个所述磁钢槽段还包括：
第三磁钢槽段(115)，所述第三磁钢槽段(115)的第一端与所述第一磁钢槽段(111)的第一端相连通，所述第三磁钢槽段(115)的第二端与所述第二磁钢槽段(112)的第一端相连通。
6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述第一磁钢槽段(111)、所述第二磁钢槽段(112)和所述第三磁钢槽段(115)形成U形结构磁钢槽。
7.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述第一折槽(113)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磁钢槽段(111)的几何中心线，与所述第一折槽(113)的第二端的靠近所述转子本体(10)的外边沿处的侧壁的延长线的交点的距离为D3，所述第一磁钢槽段(111)的第二端的端部的宽度为M，其中，0.6M≤D3。
8.根据权利要求7所述的转子结构，其特征在于，0.4×M≤(H-H1)≤2×M。
9.根据权利要求7所述的转子结构，其特征在于，0.25×M≤D1≤0.8×M，其中，M为所述第一磁钢槽段(111)的第二端的端部的宽度，D1为所述第一折槽(113)的第二端的宽度。
10.根据权利要求7所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢槽组还包括内层磁钢槽(12)，所述内层磁钢槽(12)位于所述外层磁钢槽(11)的内侧并靠近所述转轴孔(13)设置，所述外层磁钢槽(11)与所述内层磁钢槽(12)之间形成导磁通道，所述内层磁钢槽(12)包括依次设置的第一内层磁钢槽段(121)、第二内层磁钢槽段(122)和第三内层磁钢槽段(123)，
所述第一内层磁钢槽段(121)、所述第二内层磁钢槽段(122)和所述第三内层磁钢槽段(123)依次连通以形成开口朝向所述转子本体(10)的外边缘的U形结构，或者，
所述第一内层磁钢槽段(121)、所述第二内层磁钢槽段(122)和所述第三内层磁钢槽段(123)依次间隔地设置，所述第一内层磁钢槽段(121)、所述第二内层磁钢槽段(122)和所述第三内层磁钢槽段(123)中相邻的两个之间形成有第二隔磁桥。
11.根据权利要求10所述的转子结构，其特征在于，
所述第一内层磁钢槽段(121)包括第三折槽(124)，所述第三折槽(124)的第一端与所述第一内层磁钢槽段(121)的靠近所述转子本体(10)的外边缘的端部相连通，所述第三折槽(124)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边缘延伸并逐渐靠近所述交轴；
所述第三内层磁钢槽段(123)包括第四折槽(125)，所述第四折槽(125)的第一端与所述第三内层磁钢槽段(123)的靠近所述转子本体(10)的外边缘的端部相连通，所述第四折槽(125)的第二端朝向所述转子本体(10)的外边缘延伸并逐渐靠近所述交轴。
12.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述第一折槽(113)和所述第二折槽(114)的靠近所述直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A1，所述第一磁钢槽段(111)和所述第二磁钢槽段(112)的靠近所述直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角A，其中，2×A≤A1。
13.根据权利要求11所述的转子结构，其特征在于，所述第三折槽(124)和所述第四折槽(125)的靠近所述直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B1，所述第一内层磁钢槽段(121)和所述第三内层磁钢槽段(123)的靠近所述直轴的一侧的侧壁之间的延长线具有夹角B，其中，2×B≤B1。
14.根据权利要求13所述的转子结构，其特征在于，1.1×B1≤A1。
15.根据权利要求11所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括内层永磁体(30)，所述内层永磁体(30)设置于所述内层磁钢槽(12)内。
16.根据权利要求根据权利要求15所述的转子结构，其特征在于，所述外层永磁体(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)的边沿处的表面，与所述转子本体(10)的圆心的连线与所述转子本体(10)的直轴之间形成有第五夹角α1，所述内层永磁体(30)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)的边沿处的表面，与所述转子本体(10)的圆心的连线与所述转子本体(10)的直轴之间形成有第六夹角α2，其中，1.3×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤2×(sinα1/sinα2)，S1为所述外层永磁体(20)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧的表面积，S2为所述内层永磁体(30)的靠近所述转子本体(10)的直轴一侧的表面积。
17.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述第一磁钢槽段(111)、所述第二磁钢槽段(112)形成V形结构磁钢槽。
18.根据权利要求7所述的转子结构，其特征在于，0.3×M≤D1≤0.45×M。
19.根据权利要求根据权利要求15所述的转子结构，其特征在于，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)。
20.一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19中任一项所述的转子结构。
21.一种电动汽车，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至19中任一项所述的转子结构。
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