CN110994837B - 电机转子、磁阻电机和电动汽车 - Google Patents

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)包括多个磁障组，每个磁障组包括至少两个磁通屏障(2)，相邻的磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，磁通屏障(2)内设置有永磁体(4)，同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障(2)的极弧张角为ψ，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障(2)的极弧张角为ψ1，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障(2)的极弧张角为ξ，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障(2)的极弧张角为ξ1，其中ψ＞ψ1，ξ＞ξ1。根据本申请的电机转子，能够降低前沿导磁通道的磁密，减小局部漏磁，提高电机的输出转矩。

Description

电机转子、磁阻电机和电动汽车

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

随着电机技术的发展，除了异步电机、稀土永磁电机外，电机行业出现了很多新型电机。同步磁阻电机利用磁通总是沿磁阻最小路径闭合的磁阻最小原理，通过在转子内交替布置多层导磁通道及空气磁障，形成d轴与q轴的电感差值，从而产生转矩进行工作，但是由于没有永磁体励磁，导致同步磁阻电机控制比较困难，电机性能无法与稀土永磁电机媲美。永磁辅助同步磁阻电机同时利用永磁体励磁和磁阻最小原理，转子使用成本更低，抗高温退磁能力更强的铁氧体，节约了永磁体的使用，提升了电机效率，是目前行业较热门的一种电机。

对于铁氧体永磁辅助电机，由于铁氧体剩磁和矫顽力相比于稀土永磁体较低，为保证电机整体输出转矩，常采用双层或者多层永磁体。同时尽大可能的提高电机输出转矩，常在磁钢槽末端进行折弯处理，来增大极弧张角，但在电机运转过程中发现前沿到磁通道处磁密容易饱和，后沿导磁通道磁密相对较小，不容易饱和，这就导致永磁辅助同步磁阻电机在旋转方向前沿位置处容易饱和，导致其在前沿处漏磁严重，降低电机的整体输出转矩。

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，能够降低前沿导磁通道的磁密，减小局部漏磁，提高电机的输出转矩。

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，转子铁芯包括沿周向设置的多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，磁通屏障内设置有永磁体，同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障的极弧张角为ψ，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障的极弧张角为ψ1，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障的极弧张角为ξ，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障的极弧张角为ξ1，其中ψ＞ψ1，ξ＞ξ1。

优选地，磁障组包括设置在径向最内侧的平底V形磁通屏障和设置在径向最外侧的V字形磁通屏障，平底V形磁通屏障和V字形磁通屏障的两个侧边沿径向延伸，侧边的径向外侧末端设置有折弯段，折弯段向着远离D轴的方向弯折。

优选地，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段弯折角度；和/或，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段弯折角度。

优选地，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段具有靠近D轴的第一边线，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的磁通屏障具有靠近D轴的第一侧壁，第一边线和第一侧壁延长线之间形成夹角θ1；位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段具有远离D轴的第二边线，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的磁通屏障具有远离D轴的第二侧壁，第二边线和第二侧壁延长线之间形成夹角θ2；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段具有远离D轴的第三边线，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障具有远离D轴的第三侧壁，第三边线和第三侧壁延长线之间形成夹角θ3；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段具有靠近D轴的第四边线，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障具有靠近D轴的第四侧壁，第四边线和第四侧壁延长线之间形成夹角θ4；其中θ3＞θ2，θ1＞θ4。

优选地，第一边线和第二边线的径向内端点之间的连线距离为L1，第三边线和第四边线的径向内端点之间的连线距离为L2，其中L1＞L2。

优选地，位于D轴旋转方向前沿的导磁通道厚度大于位于D轴旋转方向后沿的导磁通道厚度。

优选地，永磁体为铁氧体永磁体。

优选地，平底V形磁通屏障包括三段，分别为两侧的第一侧边段和底部的底边段，三段磁通屏障之间间隔设置，且相邻的磁通屏障之间形成隔磁桥；V字形磁通屏障包括两段第二侧边段，两段第二侧边段相对间隔设置，两端第二侧边段之间形成隔磁桥。

优选地，磁通屏障的隔断的形状不同。

优选地，两个第二侧边段在径向外侧设置有第一切边；和/或，两个第一侧边段在径向内侧形成尖角；和/或，底边段为等腰梯形。

优选地，磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障具有曲率ρ2，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障具有曲率ρ1，其中ρ1＜ρ2。

优选地，磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障具有第二切边，第二切边与径向最内侧磁通屏障的径向外侧边的切线之间形成夹角θ5，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障具有第三切边，第三切边与径向最内侧磁通屏障的径向外侧边的切线之间形成夹角θ6，θ5＞θ6。

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。

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，转子铁芯包括沿周向设置的多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，磁通屏障内设置有永磁体，同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障的极弧张角为ψ，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障的极弧张角为ψ1，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障的极弧张角为ξ，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障的极弧张角为ξ1，其中ψ＞ψ1，ξ＞ξ1。通过对位于D轴旋转方向前沿的磁通屏障的极弧张角和位于D轴旋转方向后沿的磁通屏障的极弧张角进行区别设计，能够使得电机转子在旋转方向前沿和后沿形成极弧张角不对称的结构，可以增大电机旋转方向前沿的极弧张角，降低转动方向前沿的导磁通道的磁密，降低局部磁饱和风险，减小局部漏磁，提高电机整体输出转矩。

附图说明

图1为本申请第一实施例的电机转子的结构示意图；

图2为本申请第一实施例的电机转子的局部放大结构示意图；

图3为本申请第一实施例的电机转子的转动前沿的结构尺寸图；

图4为本申请第一实施例的电机转子的转动后沿的结构尺寸图；

图5为本申请第二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导磁通道磁密云图；

图7为本申请实施例的电机转子与现有技术电机的输出转矩对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、磁通屏障；3、导磁通道；4、永磁体；5、折弯段；6、第一边线；7、第二边线；8、第三边线；9、第四边线；10、第一侧边段；11、底边段；12、第二侧边段；13、第一切边；14、第二切边；15、第三切边。

具体实施方式

结合参见图1至图7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包括沿周向设置的多个磁障组，每个磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的磁通屏障2，相邻的磁通屏障2之间形成导磁通道3，磁通屏障2内设置有永磁体4，同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障2的极弧张角为ψ，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障2的极弧张角为ψ1，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障2的极弧张角为ξ，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障2的极弧张角为ξ1，其中ψ＞ψ1，ξ＞ξ1。

通过对位于D轴旋转方向前沿的磁通屏障的极弧张角和位于D轴旋转方向后沿的磁通屏障2的极弧张角进行区别设计，能够使得电机转子在旋转方向前沿和后沿形成磁通屏障极弧张角不对称的结构，可以增大电机旋转方向前沿的极弧张角，降低转动方向前沿的导磁通道的磁密，降低局部磁饱和风险，减小局部漏磁，提高电机整体输出转矩。

在本申请中，由于同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障2的极弧张角大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障2的极弧张角，且位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障2的极弧张角大于位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障2的极弧张角，因此能够对位于径向最外侧的磁通屏障2和位于径向最内侧的磁通屏障2进行合理限定，从而能够从整体上对前沿侧的极弧张角和后沿侧的极弧张角之间的关系进行限定，增大转动前沿的极弧张角，降低磁密，减小局部漏磁，提高D、Q轴电感差值，提高电机磁阻转矩。

在本申请中，电机转子包括两层磁通屏障2，对于大机座号或者不同的槽极配合，可以选择三层或者以上的结构。

磁障组包括设置在径向最内侧的平底V形磁通屏障2和设置在径向最外侧的V字形磁通屏障2，平底V形磁通屏障2和V字形磁通屏障2的两个侧边沿径向延伸，侧边的径向外侧末端设置有折弯段5，折弯段5向着远离D轴的方向弯折。

通过在磁通屏障2的径向外侧末端进行折弯处理，能够增大电机极弧张角，提高D、Q轴电感差值，提高电机输出转矩。

位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段5弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段5弯折角度。

位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段5弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段5弯折角度。

通过限定转动前沿折弯段5与转动后沿折弯段5的弯折角度的关系，能够使得电机转动前沿折弯角度大于电机运转后沿折弯角度，即电机转动前后沿极弧张角关于磁极中心线不对称，从而使得电机在转动前沿折弯段5处的导磁通道3宽度大于电机在转动后沿折弯段5处的导磁通道3宽度，降低转动前沿磁密，减小局部漏磁，提高电机磁阻转矩。

位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段5具有靠近D轴的第一边线6，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的磁通屏障2具有靠近D轴的第一侧壁，第一边线6和第一侧壁延长线之间形成夹角θ1；位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段5具有远离D轴的第二边线7，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的磁通屏障2具有远离D轴的第二侧壁，第二边线7和第二侧壁延长线之间形成夹角θ2；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段5具有远离D轴的第三边线8，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障2具有远离D轴的第三侧壁，第三边线8和第三侧壁延长线之间形成夹角θ3；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段5具有靠近D轴的第四边线9，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障2具有靠近D轴的第四侧壁，第四边线9和第四侧壁延长线之间形成夹角θ4；其中θ3＞θ2，θ1＞θ4。

优选地，第一边线6和第二边线7的径向内端点之间的连线距离为L1，第三边线8和第四边线9的径向内端点之间的连线距离为L2，其中L1＞L2。

通过上述的限定，可以保证位于电机转动前沿的导磁通道3的宽度大于位于电机转动后沿的导磁通道3的宽度，使得电机在运转时前沿导磁通道可以通过更多的磁力线，降低单位体积上的磁密，减小局部饱和进而降低该处的漏磁，提高电机输出转矩，如图7所示。

优选地，位于D轴旋转方向前沿的导磁通道3厚度大于位于D轴旋转方向后沿的导磁通道3厚度。

优选地，永磁体4为铁氧体永磁体4，永磁体采用铁氧体作为磁钢，剩磁和矫顽力相对稀土比较小，通过在磁通屏障2的径向外侧末端进行折弯处理，能够增大电机极弧张角，提高D、Q轴电感差值，提高电机输出转矩，同时可以有效降低稀土材料的使用，降低电机成本。

在本实施例中，平底V形磁通屏障2包括三段，分别为两侧的第一侧边段10和底部的底边段11，三段磁通屏障2之间间隔设置，且相邻的磁通屏障2之间形成隔磁桥；V字形磁通屏障2包括两段第二侧边段12，两段第二侧边段12相对间隔设置，两端第二侧边段12之间形成隔磁桥。

优选地，磁通屏障2的隔断的形状不同，能够使得各磁通屏障2形成形状差异化设计，从而能够提高永磁体4安装时的效率和准确性，提高转子制作效率。

在本实施例中，两个第二侧边段12在径向外侧设置有第一切边13；和/或，两个第一侧边段10在径向内侧形成尖角；和/或，底边段11为等腰梯形，从而能够更加方便将各个磁通屏障区别开，避免永磁体差错的问题。

磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障2，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障2具有曲率ρ2，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障2具有曲率ρ1，其中ρ1＜ρ2。

磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障2，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障2具有第二切边14，第二切边14与径向最内侧磁通屏障2的径向外侧边的切线之间形成夹角θ5，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障2具有第三切边15，第三切边15与径向最内侧磁通屏障2的径向外侧边的切线之间形成夹角θ6，θ5＞θ6。

通过上述的结构限定，对于采用弧形磁通屏障2的电机而言，也可以有效增大电机转动前沿极弧张角，减小电机转动后沿极弧张角，减小电机转动前沿的导磁通道3的磁密，增加电机输出转矩。由于圆弧型磁通屏障内外层本身具有差异性，因此在转子制作时不需要特殊设计结构区分磁钢。

根据本申请的实施例，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。

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 (14)

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)包括沿周向设置的多个磁障组，每个所述磁障组包括至少两个沿径向间隔设置的磁通屏障(2)，相邻的所述磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，所述磁通屏障(2)内设置有永磁体(4)，同一极下，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障(2)的极弧张角为ψ，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障(2)的极弧张角为ψ1，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障(2)的极弧张角为ξ，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障(2)的极弧张角为ξ1，其中ψ＞ψ1，ξ＞ξ1。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述磁障组包括设置在径向最内侧的平底V形磁通屏障(2)和设置在径向最外侧的V字形磁通屏障(2)，所述平底V形磁通屏障(2)和所述V字形磁通屏障(2)的两个侧边沿径向延伸，所述侧边的径向外侧末端设置有折弯段(5)，所述折弯段(5)向着远离D轴的方向弯折。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段(5)弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段(5)弯折角度；和/或，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段(5)弯折角度大于位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段(5)弯折角度。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的折弯段(5)具有靠近D轴的第一边线(6)，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧的磁通屏障(2)具有靠近D轴的第一侧壁，第一边线(6)和第一侧壁延长线之间形成夹角θ1；位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的折弯段(5)具有远离D轴的第二边线(7)，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧的磁通屏障(2)具有远离D轴的第二侧壁，第二边线(7)和第二侧壁延长线之间形成夹角θ2；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段(5)具有远离D轴的第三边线(8)，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障(2)具有远离D轴的第三侧壁，第三边线(8)和第三侧壁延长线之间形成夹角θ3；位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的折弯段(5)具有靠近D轴的第四边线(9)，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧的磁通屏障(2)具有靠近D轴的第四侧壁，第四边线(9)和第四侧壁延长线之间形成夹角θ4；其中θ3＞θ2，θ1＞θ4。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一边线(6)和所述第二边线(7)的径向内端点之间的连线距离为L1，所述第三边线(8)和所述第四边线(9)的径向内端点之间的连线距离为L2，其中L1＞L2。

6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，位于D轴旋转方向前沿的导磁通道(3)厚度大于位于D轴旋转方向后沿的导磁通道(3)厚度。

7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体(4)为铁氧体永磁体(4)。

8.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述平底V形磁通屏障(2)包括三段，分别为两侧的第一侧边段(10)和底部的底边段(11)，三段磁通屏障(2)之间间隔设置，且相邻的磁通屏障(2)之间形成隔磁桥；所述V字形磁通屏障(2)包括两段第二侧边段(12)，两段第二侧边段(12)相对间隔设置，两端第二侧边段(12)之间形成隔磁桥。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述磁通屏障(2)的隔断的形状不同。

10.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，两个所述第二侧边段(12)在径向外侧设置有第一切边(13)；和/或，所述两个第一侧边段(10)在径向内侧形成尖角；和/或，所述底边段(11)为等腰梯形。

11.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障(2)，位于D轴旋转方向前沿的径向最外侧磁通屏障(2)具有曲率ρ2，位于D轴旋转方向后沿的径向最外侧磁通屏障(2)具有曲率ρ1，其中ρ1＜ρ2。

12.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述磁障组包括沿径向间隔设置的弧形磁通屏障(2)，位于D轴旋转方向前沿的径向最内侧磁通屏障(2)具有第二切边(14)，所述第二切边(14)与径向最内侧磁通屏障(2)的径向外侧边的切线之间形成夹角θ5，位于D轴旋转方向后沿的径向最内侧磁通屏障(2)具有第三切边(15)，所述第三切边(15)与径向最内侧磁通屏障(2)的径向外侧边的切线之间形成夹角θ6，θ5＞θ6。

13.一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至12中任一项所述的电机转子。

14.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的电机转子或权利要求13所述的磁阻电机。

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