CN109412294A - 一种电动汽车不对称v形磁钢的永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，属于电动汽车技术领域。包括外壳、定子、转子铁心、安装在转子铁心上的磁钢和轴，每对磁钢由长度不同的两块磁钢组成，磁钢采用不对称布置结构且其中至少较长的磁钢设计为弧形，能够更好地聚磁；每对磁钢内侧开有楔形的槽作为辅助气隙；定子铁心上插入高宽比合适的矩形漆包线。与现有的永磁同步电机相比，本发明具有更好的聚磁能力，齿槽的转矩小，谐波低；可有效利用电枢反应的磁阻转矩，气隙磁密更接近正弦。

Description

一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机
技术领域
本发明设计一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，属于电动汽车技术领域。
背景技术
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。按照永磁体结构分类：表面永磁同步电机（SPMSM）、内置式永磁同步电机（IPMSM）。按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电机、无刷永磁直流电动机。永磁同步电机具有结构简单、功率因数大、损耗低和效率高等优势。但永磁同步电机存在起动困难、抗震能力差、总谐波含量高、易受电枢反应影响等缺陷。
目前已有一些永磁同步电机的方案被提出。例如：公告的中国专利：一种是用于高性能电机的准V形磁钢结构转子，申请号：201611054959.9，公开了一种准V形的磁钢的电机结构，将传统的V形磁钢布置成病态的U型结构布置并添加了散热通道，具有更高的气隙磁密和更低的总谐波含量，同时有效的针对了永磁同步电机的温升问题。公告的中国专利：新能源汽车用非对称型永磁电机，申请号：201610004524.7，公开了一种非对称布置磁钢的永磁电机，将多个永磁体组合成类U型的结构，降低了力矩波动，使d轴和q轴的径向力趋向于平衡，降低了机械振动、噪声，提高了电机的综合性能。公告的中国专利：车载永磁同步电机，申请号：201711400232.6，公开了一种车载永磁同步电机，包括电机、功率板、散热板、控制器。该车载永磁同步电机能够在电机工作时加快散热，避免由于局部过热而导致的电路损坏。
目前，大多数永磁同步电机的磁钢为对称型布置，但对于常用于单向转动工况的电动汽车来说，磁钢对称型布置不利于提高电机效率，还会使得电机气隙磁密更加不接近于正弦，因此提出一种磁钢布置为非对称V形的永磁同步电机是很有必要的。
本发明在保证电机成本不发生大的改变和制作工艺不增加难度的基础上，提出了一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，该电机结构为8极51槽的外转子永磁同步电机，磁钢为非对称的V形布置且长度不同，长的磁钢为弧形且曲率中心在电机上，磁钢外有楔形槽作为辅助气隙来弱化电枢反应对波形的畸变影响，降低了总谐波含量，使气隙磁密更加接近正弦，提高了电机效率。
发明内容
本发明公开了一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，在保证电机成本和制作工艺不发生大的改变的前提下，将磁钢布置为不对称V形，并在转子铁心上开了楔形的槽作为辅助气隙来弱化电枢反应和降低总谐波含量，所采用的技术方案如下：
一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，所述永磁同步电机为外转子结构，转子铁心上有8对不对称V形的长槽，长槽内嵌入并粘贴有8对磁钢，不对称V形长槽的V形开口指向转子圆心；每对不对称V形长槽近端不连通且两个长槽夹角为90°~110°，所述近端表示同一对V形长槽距离靠近的一端。
每对磁钢由长度不同的两块磁钢组成，且其中至少较长的一个磁钢为圆弧形。
若令每对磁钢的中心线为d轴，相邻两对磁钢的中心线为q轴，则长度短的磁钢与d轴夹角小，长度大的磁钢与d轴夹角大。
相邻两对不对称V形磁钢之间的弧长大于一对不对称V形磁钢之间弧长的一半，且小于一对不对称V形磁钢之间弧长。
转子铁心的每对不对称V形长槽的内侧有圆弧形的楔形槽作为辅助气隙，楔形槽厚的一端靠近较短的磁钢，楔形槽薄的一端靠近较长的磁钢，圆弧形楔形槽最大厚度小于4mm，且楔形槽的内侧与转子内圆弧平行。
所述楔形的辅助气隙的长度为同一对磁钢之间弧长的一半。
如上所述的一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，其特征在于：
定子为51槽结构，定子槽内插入横截面为矩形漆包线。
本发明的有益效果如下：
1）磁钢采用不对称V形布置，有利于提高电机效率；
2）磁钢设置成V形弧形，聚磁能力更强，磁密更大；
3）辅助气隙可以弱化电机的电枢反应；
4）使用矩形漆包线取代圆铜线，提高了槽满率，降低了铜损；
5）气隙磁密更接近正弦，提高了电机工作的平稳性。
附图说明
图1所示为本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机图。其中：1、外壳，2、转子铁心， 3、磁钢， 4、矩形漆包线， 5、辅助气隙， 6、定子铁心， 7、轴。
图2所示为本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的夹角图。其中，θ为每对磁钢的夹角。
图3所示为本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机电枢反应原理图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1所示本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，所述永磁同步电机为外转子结构，转子铁心上有8对不对称V形的长槽，长槽内嵌入并粘贴有8对磁钢，不对称V形长槽的V形开口指向转子圆心。每对磁钢由长度不同的两块磁钢组成，且其中至少较长的一个磁钢为圆弧形。相邻两对不对称V形磁钢之间的弧长大于一对不对称V形磁钢之间弧长的一半，且小于一对不对称V形磁钢之间弧长。转子铁心的每对不对称V形长槽的内侧有圆弧形的楔形槽作为辅助气隙，楔形槽厚的一端靠近较短的磁钢，楔形槽薄的一端靠近较长的磁钢，圆弧形楔形槽最大厚度小于4mm，且楔形槽的内侧与转子内圆弧平行。楔形辅助气隙的长度为同一对磁钢之间弧长的一半。
定子为51槽结构，定子槽内插入横截面为矩形漆包线。
如图2所示本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的夹角图。若令每对磁钢的中心线为d轴，相邻两对磁钢的中心线为q轴，则长度短的磁钢与d轴夹角小，长度大的磁钢与d轴夹角大；每对不对称V形长槽近端不连通且夹角为90°~110°，所述近端表示同一对V形长槽距离靠近的一端。
如图3所示本发明一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机电枢反应原理图。磁钢布置成不对称V形，且至少将长的磁钢设置成圆弧形，改变了磁路的几何形状，有效的避免了磁力线的相互排斥；在磁钢长度相同的前提下增大了永磁体的体积，同时改变了永磁体的表面积。由于磁通密度和面积有关，磁通量相同时，截面积越小，则磁通密度越大，更容易实现聚磁，产生大的转矩，有利于电机长时间运行于高速状态。
磁钢采用不对称V形布置，使得不对称V形转子结构每极磁钢所产生的磁通相对于在转子铁心上的该极分度线的中心线在圆周方向上偏移分布，因此能够实现抑制q轴磁通饱和并利用磁阻转矩，提高磁铁转矩。
电枢绕组所产生的电枢反应磁场进行吸引排斥产生磁铁转矩，此时d轴电感要比q轴电感大。由于电枢反应引起的q轴磁通容易饱和，无法充分利用磁阻转矩。在转子上开有楔形的槽作为辅助气隙，能够有效改变d轴电感与q轴电感的比值，防止q轴磁通饱和，从而能更充分的利用磁阻转矩。同时，辅助气隙的不均匀，会使电枢反应产生的电枢磁势下降的不均匀，经过辅助气隙的电枢磁势与永磁磁势合成的合成磁势会更接近与正弦。

Claims (3)

1.一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，包括外壳、定子、转子铁心、安装在转子铁心上的磁钢和轴，其特征在于：
所述永磁同步电机为外转子结构，转子铁心上有8对不对称V形的长槽，长槽内嵌入并粘贴有8对磁钢，不对称V形长槽的V形开口指向转子圆心；每对不对称V形长槽近端不连通且两个长槽夹角为90°~110°；
每对磁钢由长度不同的两块磁钢组成，且其中至少较长的一个磁钢为圆弧形；
若令每对磁钢的中心线为d轴，相邻两对磁钢的中心线为q轴，则长度短的磁钢与d轴夹角小，长度大的磁钢与d轴夹角大；
相邻两对不对称V形磁钢之间的弧长大于一对不对称V形磁钢之间弧长的一半，且小于一对不对称V形磁钢之间弧长；
转子铁心的每对不对称V形长槽的内侧有圆弧形的楔形槽作为辅助气隙，楔形槽厚的一端靠近较短的磁钢，楔形槽薄的一端靠近较长的磁钢，圆弧形楔形槽最大厚度小于4mm，且楔形槽的内侧与转子内圆弧平行。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，其特征在于：
所述楔形的辅助气隙的长度为同一对磁钢之间弧长的一半。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车不对称V形磁钢的永磁同步电机，其特征在于：
定子为51槽结构，定子槽内插入横截面为矩形漆包线。
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