CN108847731A - 一种车用永磁同步电机转子结构及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车驱动电机技术领域，公开了一种车用永磁同步电机转子结构及车辆，包括转子冲片，所述转子冲片设有偶数N个对称设置的径向永磁体槽和空气槽，所述永磁体槽内嵌设永磁体，相邻两个所述永磁体槽之间设有q轴隔磁孔，所述空气槽包括梯形槽和曲棍型槽，所述曲棍型槽包括分别位于所述梯形槽两侧的左曲棍型槽和右曲棍型槽。通过设置空气槽和q轴隔磁孔，减小q轴磁路磁阻，增大d轴磁路磁阻，提高磁阻转矩，减小永磁转矩部分，有力控制电机峰值反电势，提高电机控制功率器件全工况允许可靠性；q轴隔磁孔优化主气隙磁场波形，减小谐波损耗，降低转矩脉动，提升电动汽车驾驶平顺性和经济性，提高整车效率。

Description

一种车用永磁同步电机转子结构及车辆
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动电机技术领域，特别是涉及一种车用永磁同步电机转子结构及车辆。
背景技术
电动汽车永磁同步电机广泛采用内置永磁型转子，内置式永磁转子具有转矩密度高、磁极不易退磁、冲片强度高、弱磁扩速能力强等优点，可通过提高电机最高运行转速减小电机体积。
永磁同步电机的转矩与永磁磁链和定子电流成正比，永磁磁链的大小和定子电流的大小直接受限于控制器及电池的额定电压和最大持续工作电流。电机空载反电动势随转速增加线性增大，当电动汽车运行于高速下坡滑行工况时，需防止反电动势峰值超过控制器功率管承受电压限值，避免功率管被击穿。
常用的电机控制器功率模块可承受的反向电压略大于1000V，对于大转矩要求的物流通勤车等应用场合，由于大转矩需要更大的永磁磁链和定子电流，使得限制高转速区电机空载反电动势峰值难度很大。另一方面，大转矩车用永磁电机的设计还应兼顾减小转矩脉动和电机重量的需求，这进一步加大了大转矩车用永磁同步电机设计难度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种车用永磁同步电机转子结构及车辆，以解决现有永磁同步电机存在的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种车用永磁同步电机转子结构，包括转子冲片，所述转子冲片设有偶数N个对称设置的径向永磁体槽和空气槽，所述永磁体槽内嵌设永磁体，相邻两个所述永磁体槽之间设有q轴隔磁孔，所述空气槽包括梯形槽和曲棍型槽，所述曲棍型槽包括分别位于所述梯形槽两侧的左曲棍型槽和右曲棍型槽。
其中，所述永磁体槽包括设于所述转子冲片外圆内侧的一字槽和V字槽。
其中，所述一字槽、所述V字槽、所述梯形槽、所述曲棍型槽沿径向依次设置在所述转子冲片上。
其中，所述一字槽与所述V字槽之间设有减重孔。
其中，相邻两个所述永磁体槽内的所述永磁体的磁化方向相反。
其中，所述永磁体槽内设有限位凸角，用以防止所述永磁体滑移。
其中，所述梯形槽与所述曲棍型槽之间设有减重孔。
其中，所述q轴隔磁孔设于所述转子冲片外圆内侧，所述q轴隔磁孔自身沿q轴对称。
其中，所述左曲棍型槽与所述右曲棍型槽沿d轴对称。
本发明还提供一种车辆，所述车辆设有安装有如以上任一项所述的转子结构的永磁同步电机。
(三)有益效果
本发明提供的一种车用永磁同步电机转子结构及车辆，通过设置空气槽和q轴隔磁孔，减小q轴磁路磁阻，增大d轴磁路磁阻，提高磁阻转矩，减小永磁转矩部分，有力控制电机峰值反电势，提高电机控制功率器件全工况允许可靠性；q轴隔磁孔优化主气隙磁场波形，减小谐波损耗，降低转矩脉动，提升电动汽车驾驶平顺性和经济性；在保证转子机械强度的前提下，显著减小电机转子重量，提高整车效率。
附图说明
图1为本发明实施例电机转子结构的示意图；
图2为本发明实施例电机转子结构的局部放大图；
图3为本发明实施例电机转子结构的磁路结构图。
图中，1：转子冲片；2：一字槽；3：V字槽；4：永磁体；5：梯形槽；6：左曲棍型槽；7：右曲棍型槽；8：q轴隔磁孔；9：减重孔；10：一字槽隔磁磁桥；11：V字槽隔磁磁桥；12：q轴隔磁磁桥；13：限位凸角；Q：q轴磁路；D：d轴磁路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明实施例提供一种车用永磁同步电机转子结构，包括转子冲片1，转子冲片1设有偶数N个对称设置的径向永磁体槽和空气槽，永磁体槽内嵌设永磁体4，相邻两个永磁体槽之间设有q轴隔磁孔8，空气槽包括梯形槽5和曲棍型槽，曲棍型槽包括分别位于梯形槽5两侧的左曲棍型槽6和右曲棍型槽7。
进一步的，包括呈圆环形的转子冲片1，转子冲片1设有偶数N个对称设置的径向永磁体槽和空气槽，常见的，N取8-12，本实施例以N取8为例。
其中，永磁体槽包括括设于转子冲片1外圆内侧的一字槽2和V字槽3，一字槽2内嵌设矩形永磁体4，一字槽2两侧与转子冲片1之间形成对称的一字槽隔磁磁桥10，用以减小一字槽2内永磁体4漏磁场，一字槽2与V字槽3之间设有减重孔9，起到减重的同时不影响q轴磁路磁阻。
进一步的，V字槽3位于1字槽2的内侧，并相隔一定距离，V字槽3内嵌入两个矩形永磁体4，形成低磁阻的q轴磁路Q，V字槽3的开口角度为120°-150°，优选135°。
其中，永磁体4沿垂直磁体表面方向充磁，一字槽2和V字槽3内均设有限位凸角13，用以防止电机运行过程中永磁体4滑移。
进一步的，相邻两个永磁体槽之间设有q轴隔磁孔8，q轴隔磁孔8设于转子冲片1外圆内侧，q轴隔磁孔8自身沿q轴对称，q轴隔磁孔8与转子冲片1内圆形成q轴隔磁磁桥12，减小q轴磁路漏磁；q轴隔磁孔8与V字槽3形成V字槽隔磁磁桥11，用以减小V字槽3内的永磁体4漏磁场，同时，V字槽隔磁磁桥11自然形成加强筋，抵抗高速运转时离心力，增加转子冲片1机械强度。
其中，q轴隔磁孔8对于永磁体电机气隙磁密波形有显著的优化作用，可降低3次、5次、7次谐波含量，使气隙磁密波形更接近正弦波，降低电机铁耗，减小转矩脉动，同时，q轴隔磁孔8还减小电机转子的重量，兼作通风冷却通道。
进一步的，空气槽包括梯形槽5和曲棍型槽，一字槽2、V字槽3、梯形槽5、曲棍型槽沿径向依次设置在转子冲片1上，梯形槽5与曲棍型槽之间设有减重孔9，起到减重的同时不影响q轴磁路磁阻。
其中，梯形槽5位于V型槽3内侧，两者在转子冲片1上相隔一定距离，并形成低磁阻的q轴磁路，梯形槽5开口角度与V型槽3相当，梯形槽5大幅减小电机转子的重量，同时梯形槽5两端细中间粗，使得d轴磁阻增加，q轴磁阻影响尽可能小，从而显著提高磁阻转矩。
其中，曲棍型槽包括分别位于梯形槽5两侧的左曲棍型槽6和右曲棍型槽7，左曲棍型槽6和右曲棍型槽7沿d轴对称布置，形成低磁阻的q轴磁路，同时增加d轴磁阻，左曲棍型槽6和右曲棍型槽7两端细中间粗，细端近乎与q轴平行，使得d轴磁阻增加的同时，q轴磁阻影响尽可能小，从而显著提高磁阻转矩。左曲棍型槽6和右曲棍型槽7之间形成加强筋，提升转子冲片1的机械强度。
进一步的，如图1所示，永磁体4上标注的箭头表示磁化方向，相邻两个永磁体槽内的永磁体4的磁化方向相反，呈N、S交替。
其中，梯形槽5、左曲棍型槽6、右曲棍型槽7、q轴隔磁孔8相互结合共同作用下，显著增加了永磁同步电机磁阻转矩，降低永磁转矩占比，对于大转矩应用场合，降低了高速区的反电动势峰值，大转矩车用永磁同步电机在高速滑行过程中，最大空载峰值反电动势仍满足电控功率模块反向电压限值要求，确保电机运行可靠性；同时，本发明实施例的转子结构优化了气隙磁密波形，降低了电机铁耗及杂散损耗，提高了电机效率和驱动平顺性，并且还大幅降低了电机转子重量，提高了整车效率。
本发明实施例还提供一种车辆，该车辆设有安装有如以上所述的转子结构的永磁同步电机。
本发明提供的一种车用永磁同步电机转子结构及车辆，通过设置空气槽和q轴隔磁孔，减小q轴磁路磁阻，增大d轴磁路磁阻，提高磁阻转矩，减小永磁转矩部分，有力控制电机峰值反电势，提高电机控制功率器件全工况允许可靠性；q轴隔磁孔优化主气隙磁场波形，减小谐波损耗，降低转矩脉动，提升电动汽车驾驶平顺性和经济性；在保证转子机械强度的前提下，显著减小电机转子重量，提高整车效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，包括转子冲片，所述转子冲片设有偶数N个对称设置的径向永磁体槽和空气槽，所述永磁体槽内嵌设永磁体，相邻两个所述永磁体槽之间设有q轴隔磁孔，所述空气槽包括梯形槽和曲棍型槽，所述曲棍型槽包括分别位于所述梯形槽两侧的左曲棍型槽和右曲棍型槽。
2.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述永磁体槽包括设于所述转子冲片外圆内侧的一字槽和V字槽。
3.如权利要求2所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述一字槽、所述V字槽、所述梯形槽、所述曲棍型槽沿径向依次设置在所述转子冲片上。
4.如权利要求2所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述一字槽与所述V字槽之间设有减重孔。
5.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，相邻两个所述永磁体槽内的所述永磁体的磁化方向相反。
6.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述永磁体槽内设有限位凸角，用以防止所述永磁体滑移。
7.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述梯形槽与所述曲棍型槽之间设有减重孔。
8.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述q轴隔磁孔设于所述转子冲片外圆内侧，所述q轴隔磁孔自身沿q轴对称。
9.如权利要求1所述的车用永磁同步电机转子结构，其特征在于，所述左曲棍型槽与所述右曲棍型槽沿d轴对称。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设有安装有如权利要求1-9任一项所述的转子结构的永磁同步电机。
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