CN109450133A - 一种电动汽车斜v型磁钢永磁同步电机 - Google Patents

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严兵
刘剑
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Abstract

本发明公开了一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，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、不锈钢环和加强肋、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；每对磁钢外侧开有辅助槽并插入加强肋，由两个不锈钢环固定。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；可有效弱化电枢反应对波形的畸变影响，气隙磁密更接近正弦。可以有效防止硅钢片变形。

Description

一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，属于电动汽车技术领域。
背景技术
永磁同步电机是一种由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。按照永磁体的安装位置分类：表面永磁同步电机（SPMSM）和内置式永磁同步电机（IPMSM）。按照定子绕组反应电势波形分类：正弦波永磁同步电机、无刷永磁直流电机。永磁同步电机具有功率因数大、损耗低、形状和尺寸灵活、结构简单、和功率高等优势。但是永磁同步电机的存在抗震能力差、总谐波含量高、起动困难和易受电枢反应影响等缺点。
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：永磁同步电机转子和永磁同步电机，申请号：201510562547.5，公开了一种新型的电机结构，在两个V型永磁体中间加入一个径向永磁体且径向永磁体的极性与相邻两侧永磁体的极性相同，优化气隙磁场波形，减小齿槽转矩。公告的中国专利：双定子永磁同步电机，申请号：201810235009.9，公开了一种采用分数槽集中绕组的双定子永磁同步电机，双定子绕组对应相错位，使两个电枢的合成磁动势与电动势谐波含量减少，降低永磁体的涡流损耗，提高电机效率和可靠性。公告的中国专利：永磁同步电机转子，申请号：201610459737.9，公开了一种具有中空的隔磁环的永磁同步电机转子结构，转子本体上开有滑槽并安装有磁场屏蔽块，转速的改变会带动磁场屏蔽块的位置改变，从而降低漏磁通，增大励磁磁通。
目前，多数的永磁同步电机磁钢为对称型布置，但是对于经常用于单项转动工况的电动汽车来说，这样的布置不利于气隙磁密的正弦性，也不利于提高电机的效率和稳定性。
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斜V型磁钢的永磁同步电机，该电机结构为8极51槽的内转子永磁同步电机，每对磁钢为斜V型的布置且磁钢的长度不同，至少长的磁钢为弧形且其曲率中心在定子上，磁钢外侧开有辅助槽，加强肋插入辅助槽内用来防止硅钢片的变形，也能弱化电枢反应对波形的畸变影响，降低总的谐波含量，电机两端安装有不锈钢环用来固定加强肋，不锈钢环紧压在转子铁心上且伸出部分用螺栓固定。
发明内容
本发明公开了一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机。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前提下，将磁钢布置成斜V型，并安装加强肋防止硅钢片变形和弱化电枢反应对波形畸变的影响，所采用的技术方案如下：
一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，包括外壳、定子、转子铁心、安装在转子铁心上的磁钢、不锈钢环、加强肋和轴。
所述电机的转子铁心内有8对斜V型的长槽并安装有8对磁钢，每对磁钢有两个长度不同的磁钢组成，且至少较长的磁钢截面呈圆弧形；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，同一对两块磁钢所在的长槽近端不连通且长槽夹角为90°~110°；每对斜V型的磁钢的两个远端所处的圆弧机械角大于25°且小于30°；所有的磁钢的最外缘距离轴心距离相等；所有的磁钢的最内缘距离轴心距离相等。
每对斜V型的磁钢夹抱的区域内靠近长度短的一侧磁钢开有辅助槽，辅助槽内嵌有加强肋，加强肋为贯穿整个转子铁心的非导磁长条；两个不锈钢环分别压紧在转子铁心的两侧，加强肋伸出转子铁心和不锈钢环的部位利用铆接或螺栓固定。
所述加强肋的截面为L形，且L形较长的一条指向定子。所述槽的长度为同一对磁钢之间弧长的一半。
所述加强肋的截面为三角形，且其中一个角朝向定子。
如上所述的一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，其特征在于：
定子为51槽结构，定子槽内插入高宽比合适的矩形漆包线。
本发明的有益效果如下：
1.磁钢采用斜V型布置，有利于提高电机效率；
2.磁钢设置成斜V型圆弧形，聚磁能力更强，磁密更大；
3.安装加强肋防止硅钢片发生变形；
4.加强肋为非导磁材料，可以弱化电枢反应对波形畸变的影响；
5.采用高宽比合适的矩形漆包线，槽满率更高，降低了铜损；
6.气隙磁密更接近正弦，提高电机的稳定性。
附图说明
图1所示为本发明一种电动汽车斜V型磁钢的永磁同步电机图。其中加强肋的横截面为“L”形，1、外壳，2、定子铁心，3、矩形漆包线，4、转子铁心，5、磁钢，6、加强肋，7、轴。
图2所示为本发明一种电动汽车斜V型磁钢的永磁同步电机图。其中加强肋的横截面为三角形。
图3所示为本发明一种电动汽车斜V型磁钢的夹角图。其中，θ为每对两块磁钢的夹角，θm为斜V型磁钢远端的机械角。
图4所示为不锈钢环的位置示意图。其中，8、不锈钢环。
图5所示为本发明一种电动汽车斜V型磁钢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斜V型磁钢的永磁同步电机，所示电机为内转子结构，包括外壳、定子、转子铁心、安装在转子铁心上的磁钢、不锈钢环、加强肋和轴。
所述电机的转子铁心内有8对斜V型的长槽并安装有8对磁钢，每对磁钢有两个长度不同的磁钢组成，且至少较长的磁钢截面呈圆弧形；所有的磁钢的最外缘距离轴心距离相等；所有的磁钢的最内缘距离轴心距离相等；每对斜V型的磁钢夹抱的区域内靠近长度短的一侧磁钢开有辅助槽，所述辅助槽的长度为同一对磁钢之间弧长的一半。L形较长的一条指向定子。
所述电机的定子为51槽结构，定子内插入高宽比合适的矩形漆包线。
如图2所示本发明一种电动汽车斜V型磁钢的永磁同步电机，所示电机加强肋的截面为三角形，加强肋的截面为三角形，且其中一个角朝向定子。
如图3所示本发明一种电动汽车斜V型磁钢的夹角图，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，同一对两块磁钢所在的长槽近端不连通且长槽夹角为90°~110°；每对斜V型的磁钢的两个远端所处的圆弧机械角大于25°且小于30°。
如图4所示不锈钢环的位置示意图，所示电机的辅助槽内嵌有加强肋，加强肋为贯穿整个转子铁心的非导磁长条；两个不锈钢环分别压紧在转子铁心的两侧，加强肋伸出转子铁心和不锈钢环的部位利用铆接或螺栓固定。
图5所示为本发明一种电动汽车斜V型磁钢的永磁同步电机电枢反应原理图。所述电机中安装的加强肋为非导磁长条，能够起到隔绝一部分磁的作用，加强肋在磁钢外侧并非均匀分布，加强肋厚的地方能够隔绝部分磁，能够起到弱化电枢磁势磁场的作用。
磁钢布置成斜V型，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。
磁钢采用斜V型布置，使得不对称V型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。
本发明的电机经常应用于高速旋转的场合，斜V型磁钢所受的离心力与速度的平方呈正比，硅钢片的硬度不够大且斜V型磁钢外缘的隔磁桥很薄，易受到磁钢离心力的作用产生严重的变形，加强肋的硬度要大于硅钢片，安装非导磁材料的加强肋，在弱化电枢反应对波形畸变的影响的同时，能够有效防止硅钢片变形。

Claims (3)

1.一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，其特征在于：包括外壳、定子、转子铁心、安装在转子铁心上的磁钢、不锈钢环、加强肋和轴；
所述电机的转子铁心内有8对斜V型的长槽并安装有8对磁钢，每对磁钢有两个长度不同的磁钢组成，且至少较长的磁钢截面呈圆弧形；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，同一对磁钢所在的长槽近端不连通且两个长槽夹角为90°~110°；所有的磁钢的最外缘距离轴心距离相等；
所有的磁钢的最内缘距离轴心距离相等；
每对斜V型的磁钢夹抱的区域内靠近长度短的一侧磁钢开有辅助槽，辅助槽内嵌有加强肋，加强肋为贯穿整个转子铁心的非导磁长条；
每对斜V型的磁钢的两个远端所处的圆弧机械角大于25°且小于30°；
两个不锈钢环分别压紧在转子铁心的两侧，加强肋伸出转子铁心和不锈钢环的部位利用铆接或螺栓固定。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，其特征在于：
所述加强肋的截面为L形，且L形较长的一条指向外侧的定子。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车斜V型磁钢永磁同步电机，其特征在于：
所述加强肋的截面为三角形，且其中一个角朝向定子。
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