CN110957830A - 电机转子、磁阻电机和电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电机转子、磁阻电机和电动汽车。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)包括内环部(2)和外环部(3)，内环部(2)沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的内磁通屏障(4)，相邻的两个内磁通屏障(4)之间形成内导磁通道(5)，外环部(3)沿周向间隔设置有多个外磁通屏障(6)，相邻的外磁通屏障(6)之间形成沿径向延伸的外导磁通道(7)。根据本申请的电机转子，能够改变磁阻电机的气隙波形，优化波形，增加正弦度，提升电机效率，降低电机转矩脉动。
Description
技术领域
本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种电机转子、磁阻电机和电动汽车。
背景技术
电机是现代社会的重要组成，每年电机耗电量占人类社会用电比例30％以上，具有高效率的永磁同步电机需要使用稀有资源稀土金属，使用常规材料的异步电机能效难以有较大突破。永磁辅助同步磁阻电机转子开设多层磁障，磁障中放置铁氧体磁钢，具有接近稀土永磁电机的高效率，同时成本大大低于稀土电机，可以很好得解决这个问题。
永磁辅助同步磁阻电机转子由多片转子冲片构成，每片转子冲片上开设有多层空气槽，称为磁障，磁障中放置一定的永磁体。每两层磁障之间为导磁通道，磁场通过转子外圆的导磁通道穿过气隙，再通向定子齿部。气隙磁密波形好坏很大程度上取决于磁障布置，气隙磁密波形正弦度差将导致电机铁损大，效率降低，转矩脉动增大。受限于转子空间和加工难度，永磁辅助同步磁阻电机磁障层数和摆放位置调整空间不大，因此难以有效降低铁损，提高能效，削弱转矩脉动。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子、磁阻电机和电动汽车，能够改变磁阻电机的气隙波形，优化波形，增加正弦度，提升电机效率，降低电机转矩脉动。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括内环部和外环部，内环部沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的内磁通屏障，相邻的两个内磁通屏障之间形成内导磁通道，外环部沿周向间隔设置有多个外磁通屏障，相邻的外磁通屏障之间形成沿径向延伸的外导磁通道。
优选地，外磁通屏障的数量大于内磁通屏障数量的两倍。
优选地，内导磁通道与其径向外侧的外导磁通道的延伸方向一致。
优选地，内磁通屏障内设置有永磁体，内导磁通道沿Q轴方向延伸。
优选地，外导磁通道平行于其所在极的D轴方向。
优选地，外磁通屏障的径向外缘靠近D轴的一侧设置有斜切边。
优选地，外磁通屏障的中心线与D轴的夹角为ω，其中0°≤ω≤20°。
优选地，外磁通屏障的层数为C1，内磁通屏障的层数为C2，C1与C2的最大公约数GCD(C1，C2)＝1。
优选地，内磁通屏障为V形，永磁体设置在内磁通屏障的两个侧槽内；或，内磁通屏障为平底V形，永磁体设置在内磁通屏障的两个侧槽内；或，内磁通屏障为平底V形，永磁体设置在内磁通屏障的底槽内；或，内磁通屏障为U形，永磁体设置在内磁通屏障的两个侧槽内；或，内磁通屏障为U形，永磁体设置在内磁通屏障的底槽内。
根据本申请的另一方面，提供了一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。
优选地，电机转子包括斜切边时，电机定子包括定子齿靴，外导磁通道的出口宽度为wd，定子齿靴的内周壁宽度为wt，其中0.25wt≤wd≤0.4wt。
优选地，外磁通屏障的层数为C1，电机定子的定子齿数为Z，C1与Z的最大公约数为GCD(Z，C1)，其中GCD(Z，C1)≤3。
根据本申请的另一方面，提供了一种电动汽车，包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。
本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括内环部和外环部，内环部沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的内磁通屏障，相邻的两个内磁通屏障之间形成内导磁通道，外环部沿周向间隔设置有多个外磁通屏障，相邻的外磁通屏障之间形成沿径向延伸的外导磁通道。通过将转子铁芯沿径向方向分为内环部和外环部两个区域，可以利用转子外圆相对空间较大的特点，对内环部和外环部的导磁通道进行不同的结构设计，能够根据内环部的磁通屏障和导磁通道的结构对外环部的磁通屏障和导磁通道进行规划，可以使得外环部的磁通屏障的层数和摆放位置较优，从而能够改变气隙波形，优化波形，增加正弦度，提升电机效率，降低转矩脉动。
附图说明
图1为本申请实施例的电机转子的结构示意图；
图2为本申请实施例的电机转子的导磁通道走向结构示意图；
图3为本申请实施例的电机转子的外磁通屏障的设置结构图；
图4为本申请另一实施例的电机转子的结构示意图；
图5为本申请再一实施例的电机转子的结构示意图；
图6为本申请实施例的电机转子的尺寸结构图；
图7为本申请实施例的电机转子不同外磁通屏障层数的气隙磁密对比图；
图8为本申请实施例的电机转子的外磁通屏障层数对转矩脉动的影响图；
图9为本申请实施例的电机转子的外磁通屏障转折角度对转矩输出的影响图；
图10为本申请实施例的电机转子的齿宽与外导磁通道出口宽度比值对转矩脉动的影响曲线图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；2、内环部；3、外环部；4、内磁通屏障；5、内导磁通道；6、外磁通屏障；7、外导磁通道；8、斜切边；9、永磁体；10、电机定子；11、定子齿靴。
具体实施方式
结合参见图1至图10所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯1，转子铁芯1包括内环部2和外环部3，内环部2沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的内磁通屏障4，相邻的两个内磁通屏障4之间形成内导磁通道5，外环部3沿周向间隔设置有多个外磁通屏障6，相邻的外磁通屏障6之间形成沿径向延伸的外导磁通道7。其中内磁通屏障4和外磁通屏障6之间沿径向间隔设置。
在本实施例中，各外磁通屏障6的径向内周壁位于同一圆周上，各内磁通屏障4的径向外周壁位于同一圆周上，且外磁通屏障6所在的圆周直径大于内磁通屏障4所在的圆周直径。
气隙磁密波形由转子磁场与定子磁场合成决定，对于永磁辅助同步磁阻电机，通常定子齿数大于转子磁障层数，因此气隙磁场波形正弦度较差，谐波含量相对较高，谐波损耗较大，且转矩脉动较高；同时定转子磁场正对面积小，漏磁较多，导致转矩输出不高，效率较低。
本申请通过将转子铁芯1沿径向方向分为内环部2和外环部3两个区域，可以利用转子外圆相对空间较大的特点，对内环部2和外环部3的导磁通道进行不同的结构设计，能够根据内环部2的磁通屏障和导磁通道的结构对外环部3的磁通屏障和导磁通道进行规划，可以使得外环部3的磁通屏障的层数和摆放位置较优，从而克服现有技术中转子磁障层数过少的问题，能够更加有效地改变气隙波形，优化波形，增加正弦度，提升电机效率，降低转矩脉动。
优选地，外磁通屏障6的数量大于内磁通屏障4数量的两倍。在本实施例中，在同一极下，外磁通屏障6的数量为位于该极下的外磁通屏障6的总数，内磁通屏障4的数量为内磁通屏障4沿径向方向设置的层数，由于每个内磁通屏障4的两端均设置有外磁通屏障6，因此，外磁通屏障6的数量大于内磁通屏障4数量的两倍，可以保证在内磁通屏障4两端的外磁通屏障6的数量均而大于内磁通屏障4的层数，从而利用外磁通屏障6的数量较多的优势优化转子磁场与定子磁场相交处的气隙磁密，同时改变定子槽数与转子磁障层数的关系，达到优化气隙磁密，降低转矩脉动的目的，如图8所示。
对于外磁通屏障6而言，外磁通屏障6的层数是指，在同一极下，位于该极中心线一侧的外磁通屏障6的数量。
在内导磁通道5与其径向外侧的外导磁通道7的延伸方向一致，能够在改变定转子间气隙波形的同时，使得内外导磁通道的延伸方向一致性较好，保证磁力线能够更加快速有效地经过气隙，降低漏磁，提高电机工作效率。
在本实施例中，内磁通屏障4内设置有永磁体9，内导磁通道5沿Q轴方向延伸。通过设置永磁体9，可以利用永磁体9对磁阻电机进行辅助，进而提高电机效率和功率因数。
本申请的永磁辅助同步磁阻电机转子由多片转子冲片叠压而成，每片转子冲片冲压出多个空气槽，称为磁障，磁障中放有一定量的铁氧体永磁体，每两层磁障之间有硅钢片，称为导磁通道，导磁通道和磁障总是成对出现。永磁辅助同步磁阻电机转子磁障中放置有铁氧体磁钢，产生转子磁场，沿导磁通道方向通过，经过两臂的导磁通道，最后从转子外圆的导磁通道穿出进入气隙。
优选地，外导磁通道7平行于其所在极的D轴方向，从而使得磁场能够顺利通过气隙进入或者流出电机转子，降低磁场流动阻力，提高磁场流动效率，提高电机工作性能，提高电机输出转矩。
外磁通屏障6的径向外缘靠近D轴的一侧设置有斜切边8，斜切边8能够引导转子磁场和定子磁场相交的位置，从而能够有效优化转矩脉动，降低电机转动噪音。
外磁通屏障6的中心线与D轴的夹角为ω，其中0°≤ω≤20°，从而可以避免外磁通屏障6的中心线与D轴之间的夹角过大导致磁场流动阻力过大，降低外磁通屏障6对电机输出转矩造成的不利影响。
外磁通屏障6的层数为C1，内磁通屏障4的层数为C2，C1与C2的最大公约数GCD(C1，C2)＝1，可以增大磁场交变的周期数，减小交变幅值，对气隙磁密和转矩脉动形成进一步的优化，更加有效地降低转矩脉动，提高电机转矩输出。在本实施例中，内磁通屏障4的层数为4，外磁通屏障6的层数为7。
在其中一个实施例中，内磁通屏障4为V形，永磁体9设置在内磁通屏障4的两个侧槽内。
在另外一个实施例中，内磁通屏障4为平底V形，永磁体9设置在内磁通屏障4的两个侧槽内。
在另外一个实施例中，内磁通屏障4为平底V形，永磁体9设置在内磁通屏障4的底槽内。
在另外一个实施例中，内磁通屏障4为U形，永磁体9设置在内磁通屏障4的两个侧槽内。
在另外一个实施例中，内磁通屏障4为U形，永磁体9设置在内磁通屏障4的底槽内。
在另外一个实施例中，内磁通屏障4为平底V形，永磁体9同时设置在内磁通屏障4的底槽和两个侧槽内。
在其他实施例中，内磁通屏障4也可以为圆弧形，永磁体9可以设置在内磁通屏障4的两端，也可以设置在内磁通屏障4的底部。
在本申请中，由于内磁通屏障4的设置必须满足一定的结构要求，保证磁力线能够顺利经相邻的内磁通屏障4之间的内导磁通道5进出电机转子，因此内导磁通道5的导磁方向很多时候并非是最优的，磁力线在从内导磁通道5流出或者进入内导磁通道5的过程中，会经过较大的角度转折，不仅会降低转矩输出，而且会增加转矩脉动。而通过在外环部3上设置外磁通屏障6，可以将外磁通屏障6的设置方向独立于内磁通屏障4的设置方向，从而使得外导磁通道7的导磁方向与内导磁通道5的导磁方向不同，进而可以通过调整外导磁通道7的导磁方向，减小磁力线流动过程中的转折角度，降低磁力线的流动阻力，提高电机的转矩输出，减小转矩脉动。
上述的永磁体9例如为铁氧体永磁体或者钕铁硼永磁体。
根据本申请的实施例，磁阻电机包括电机转子和电机定子10，该电机转子为上述的电机转子。
优选地，电机转子包括斜切边8时，电机定子10包括定子齿靴11，外导磁通道7的出口宽度为wd，定子齿靴11的内周壁宽度为wt，其中0.25wt≤wd≤0.4wt，从而能够使得外导磁通道7的出口宽度与定子齿靴11的内周壁宽度更加匹配，能够更加有效地优化转矩脉动。
外磁通屏障6的层数为C1，电机定子10的定子齿数为Z，C1与Z的最大公约数为GCD(Z，C1)，其中GCD(Z，C1)≤3，此时，电机的气隙磁密和转矩脉动优化效果较好，如图7所示。
根据本申请的实施例，电动汽车包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (13)
1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)包括内环部(2)和外环部(3)，所述内环部(2)沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的内磁通屏障(4)，相邻的两个所述内磁通屏障(4)之间形成内导磁通道(5)，所述外环部(3)沿周向间隔设置有多个外磁通屏障(6)，相邻的所述外磁通屏障(6)之间形成沿径向延伸的外导磁通道(7)。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述外磁通屏障(6)的数量大于所述内磁通屏障(4)数量的两倍。
3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述内导磁通道(5)与其径向外侧的外导磁通道(7)的延伸方向一致。
4.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述内磁通屏障(4)内设置有永磁体(9)，所述内导磁通道(5)沿Q轴方向延伸。
5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述外导磁通道(7)平行于其所在极的D轴方向。
6.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述外磁通屏障(6)的径向外缘靠近D轴的一侧设置有斜切边(8)。
7.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述外磁通屏障(6)的中心线与D轴的夹角为ω，其中0°≤ω≤20°。
8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述外磁通屏障(6)的层数为C1，所述内磁通屏障(4)的层数为C2，C1与C2的最大公约数GCD(C1，C2)＝1。
9.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述内磁通屏障(4)为V形，所述永磁体(9)设置在所述内磁通屏障(4)的两个侧槽内；或，所述内磁通屏障(4)为平底V形，所述永磁体(9)设置在所述内磁通屏障(4)的两个侧槽内；或，所述内磁通屏障(4)为平底V形，所述永磁体(9)设置在所述内磁通屏障(4)的底槽内；或，所述内磁通屏障(4)为U形，所述永磁体(9)设置在所述内磁通屏障(4)的两个侧槽内；或，所述内磁通屏障(4)为U形，所述永磁体(9)设置在所述内磁通屏障(4)的底槽内。
10.一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子(10)，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至9中任一项所述的电机转子。
11.根据权利要求10所述的磁阻电机，其特征在于，所述电机转子包括斜切边(8)时，所述电机定子(10)包括定子齿靴(11)，所述外导磁通道(7)的出口宽度为wd，所述定子齿靴(11)的内周壁宽度为wt，其中0.25wt≤wd≤0.4wt。
12.根据权利要求10所述的磁阻电机，其特征在于，所述外磁通屏障(6)的层数为C1，所述电机定子(10)的定子齿数为Z，C1与Z的最大公约数为GCD(Z，C1)，其中GCD(Z，C1)≤3。
13.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电机转子或权利要求10至12中任一项所述的磁阻电机。
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Cited By (2)
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| WO2024078113A1 (zh) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 永磁辅助同步磁阻电机及压缩机 |
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| CN114629261A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 沃尔沃汽车公司 | 电机 |
| WO2024078113A1 (zh) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 永磁辅助同步磁阻电机及压缩机 |
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