CN111064289A - 一种永磁同步电机、转子、转子磁钢及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种永磁同步电机、转子、转子磁钢及车辆，其中的永磁电机转子包括永磁电机转子磁钢。其包括依次布置、且镝含量逐渐升高的至少三个磁钢单元。基于本公开上述实施例提供的永磁同步电机、转子及转子磁钢及车辆，通过将磁钢进行分段，并根据位置不同而采用不同的镝含量的磁钢，不仅可以解决现有技术的磁钢退磁问题，同时还能改进现有的磁钢反电动势波形不良的问题，得到的反电势波形谐波含量低，正弦度好，由此产生的噪音较小，转矩脉动小，使得驾驶感受得到提升。

Description

一种永磁同步电机、转子、转子磁钢及车辆

技术领域

本公开涉及汽车及自动化工业技术领域，尤其是一种永磁同步电机、转子及转子磁钢及车辆。

背景技术

近年来，随着电动汽车发展势头迅猛，行业对车用驱动电机的要求越来越高。永磁同步电机基于其效率高，体积小，功率密度大的特点，成为新能源汽车驱动电机的主要选择。

对于永磁同步电机来讲，永磁磁钢的退磁问题是影响到电机寿命与可靠性的核心因素之一，目前，如图2所示，常规的永磁同步电机的磁钢设计大多为V字形，或者部分V型的结构，该结构可以有效提高波形正弦度与磁通密度。

现有V型磁钢的UVW某一相的反电势波形如下图1所示，波形如果按照傅里叶分解，谐波含量较高，正弦度差，会使产生噪音，转矩脉动等，影响驾驶感受。

另外，这种结构设计的磁钢设计，磁钢四个角是电磁有限元仿真的校核关键，使用过程中由于过热及强退磁磁场可能导致磁钢四角退磁；为了避免退磁，需要增加钕铁硼磁钢的金属镝含量，但金属镝价格昂贵，增加磁钢的使用成本外，也会一定程度降低磁钢磁密。同时，设计余量大，会导致电机性能无法充分发挥，浪费成本，并降低功率和扭矩密度。基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

本公开实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种永磁同步电机、转子及转子磁钢及车辆，以解决现有技术的磁钢退磁问题及反电动势波形不良的问题。

本公开实施例提供的一种永磁电机转子磁钢，其包括依次布置、且镝含量逐渐升高的至少三个磁钢单元。

进一步地，随着距转子边缘距离的减小，所述磁钢单元的镝含量逐渐增加。

进一步地，包括依次排列的低镝含量磁钢单元、中镝含量磁钢单元和高镝含量磁钢单元。

进一步地，通过仿真对比分析，确定每段所述磁钢单元的尺寸。

进一步地，所述高镝含量磁钢单元的镝含量为6wt-7wt％；

所述中镝含量磁钢单元的镝含量为4wt-5wt％；

所述低镝含量磁钢单元的镝含量为2.8wt-3.2wt％。

进一步地，所述仿真对比分析包括，通过有限元分析，获取反电动势波形达到预计正弦度时的每段所述磁钢单元的尺寸。

进一步地，通过每段所述磁钢单元的预计空载主磁通调整每段所述磁钢单元的尺寸。

进一步地，每段所述磁钢的尺寸根据如下公式计算：

λ_n＝σ₀λ_δ

λ_o＝(σ₀-1)λ_δ

A_m＝2×L_m×b_m

其中，Λ_δ为主磁导，μ₀为真空磁导率；μ_r为永磁材料相对回复磁导率；λ_δ为主磁导标么值；σ₀为空载漏磁系数；λ_n为合成磁导标么值；λ_σ为漏磁导标么值；B_r为剩余磁感应强度；h_m为磁钢厚度；L_m为磁钢长度；b_m为磁钢宽度。

进一步地，还包括壳体，所述壳体内设置有多个与所述磁钢单元尺寸相适应的单元腔，多个所述磁钢单元分别安置在所述单元腔内。

本公开实施例提供的一种永磁电机转子，其特征在于，包括铁芯本体，所述铁芯本体上设置有多个V型排列的磁钢槽，每个所述磁钢槽内安置一个上述的永磁电机转子磁钢。

进一步地，每个所述磁钢槽内包括多个并列排布的腔体，每个所述腔体内设置一个所述磁钢单元。

本公开实施例提供的一种永磁同步电机，包括上述的永磁电机转子磁钢。

本公开实施例提供的一种车辆，其包括上述的永磁电机转子磁钢。

基本本公开上述实施例提供的永磁同步电机、转子及转子磁钢及车辆，将磁钢进行分段，并根据位置不同而采用不同的镝含量的磁钢，不仅可以解决现有技术的磁钢退磁问题，同时还能改进现有的磁钢反电动势波形不良的问题。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同描述一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开现有技术的V型磁钢的一相反电势波形图；

图2为本公开现有技术的V型磁钢的结构示意图；

图3为本公开一实施例的永磁电机转子的结构示意图；

图4为本公开一实施例的永磁电机转子磁钢的结构示意图；

图5为本公开一实施例的永磁电机转子磁钢一相反电势波形图；

图6为本公开一实施例的永磁电机转子的热仿真分析图；

图7为本公开一实施例的永磁电机转子的两种镝含量的剩磁和矫顽力曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图3，图4所示，本发明的一些实施例公开了一种永磁电机转子磁钢1，其包括依次布置、且镝含量逐渐升高的至少三个磁钢单元。通过分段设置镝含量不同的磁钢单元，可以有效提高电机磁钢的利用率，提升电机功率密度，防止永磁电机磁钢退磁，提高电机性能的同时，降低成本。

本发明一些实施例所公开的永磁电机转子磁钢1，随着距转子边缘距离的减小，所述磁钢单元的镝含量逐渐增加。这是因为，如图6所示，通过热仿真分析，永磁电机转子边缘部位温度最高，因此，需要采用镝含量高的永磁体，以提高磁钢的居里温度和矫顽力，防止永久退磁。由图7可以看出，对于镝含量不同的磁钢，镝含量增加，剩磁Br略有下降，但矫顽力Hc提升明显，抗退磁能力明显增强。

如图3，图4所示，本发明一些实施例所公开的用于永磁电机转子2的永磁电机转子磁钢1，包括依次排列的低镝含量磁钢单元11、中镝含量磁钢单元12和高镝含量磁钢单元13。可以通过仿真对比分析，确定每段所述磁钢单元的尺寸。通过将尺寸和镝含量两方面进行控制，不仅可以使磁钢内的镝含量保持在合理水平，避免镝含量过高产生的成本浪费，同时避免镝含量过低产生的退磁；还可以更好地减少磁钢产生的噪音，转矩脉动等，提高使用体验。

如图4所示的实施例所公开的永磁电机转子磁钢1，所述高镝含量磁钢单元13的镝含量为6wt-7wt％；所述中镝含量磁钢单元12的镝含量为4wt-5wt％；所述低镝含量磁钢单元11的镝含量为2.8wt-3.2wt％。本发明的实施例中，根据需要可以仅为三段磁钢单元，也可以将三段磁钢单元进行进一步分段，例如，本实施例中的高镝含量磁钢单元可以由多个磁钢片组成，根据需要多个磁钢片可以相同或者不同的镝含量，或者该单元中多个磁钢片的镝含量可以依次升高。中镝含量磁钢单元和低镝含量磁钢单元的设置方式也可以与高低含量磁钢单元相同。

本发明一些实施例所公开的永磁电机转子磁钢，在上述实施例的基础上，所述仿真对比分析包括，通过有限元分析，获取反电动势波形达到预计正弦度时的每段所述磁钢单元的尺寸。一些具体的实施方式中，可通过每段所述磁钢单元的预计空载主磁通调整每段所述磁钢单元的尺寸。即根据想要得到的波形图，选取每段磁钢单元所预期的预计空载主磁通，然后根据该预计空载主磁通确定磁钢单元的长度、宽度、厚度。

具体地，每段所述磁钢的尺寸可根据如下公式计算：

λ_n＝σ₀λ_δ

λ_o＝(σ₀-1)λ_δ

A_m＝2×L_m×b_m

其中，Λ_δ为主磁导，μ₀为真空磁导率；μ_r为永磁材料相对回复磁导率；λ_δ为主磁导标么值；σ₀为空载漏磁系数；λ_n为合成磁导标么值；λ_σ为漏磁导标么值；B_r为剩余磁感应强度；h_m为磁钢厚度；L_m为磁钢长度；b_m为磁钢宽度。

空载主磁通Φ_δ0决定了正弦波波形的幅值，不同段的磁钢设置不同的幅值可以优化合成波形的正弦度。其中，A_m＝2×L_m×b_m。上述公式中，各段磁钢的hm，Am，Br都可以通过计算调整(非线性关系)，最后通过有限元分析，最终可以得到最优化的数值组合和如图5所示的最接近正弦波的波形。

本发明一些实施例所公开的永磁电机转子磁钢，在上述实施例的基础上，还包括壳体，所述壳体内设置有多个与所述磁钢单元尺寸相适应的单元腔，多个所述磁钢单元分别安置在所述单元腔内。具体地，壳体包括框体和上盖，框体内可以根据每个磁钢单元的尺寸设置尺寸的空腔，可以直接将磁钢单元装在所述空腔内，也可以将磁钢单元粘合在空腔内，上盖的内部同时设置于磁钢外形相适应的表面，待磁钢单元安置好后，扣上上盖。空腔内壁上还可以设置弹性卡扣，以将磁钢卡在空腔内。即可以设置成一体结构的磁钢，对应于永磁电机转子中，设置与壳体外形相适应的长槽，使用时，将该壳体直接安置于长槽中即可，安装方便，还可以方便地进行磁钢的替换。

本发明一些实施例所公开的一种永磁同步电机，其中的永磁电机转子包括铁芯本体，所述铁芯本体上设置有多个V型排列的磁钢槽，每个所述磁钢槽内安置一个永磁电机转子磁钢。每个所述磁钢槽内包括多个并列排布的腔体，每个所述腔体内设置一个所述磁钢单元。

本发明一些实施例还公开了采用上述永磁电机转子磁钢的车辆，由于特殊的磁钢设计，得到的反电势波形谐波含量低，正弦度好，由此产生的噪音较小，转矩脉动小，使得驾驶感受得到提升。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种永磁电机转子磁钢，其特征在于，包括依次布置、且镝含量逐渐升高的至少三个磁钢单元。

2.根据权利要求1所述的永磁电机转子磁钢，其特征在于，随着距转子边缘距离的减小，所述磁钢单元的镝含量逐渐增加。

3.根据权利要求1所述的永磁电机转子磁钢，其特征在于，包括依次排列的低镝含量磁钢单元、中镝含量磁钢单元和高镝含量磁钢单元。

4.根据权利要求1或2或3所述的永磁电机转子磁钢，其特征在于，通过仿真对比分析，确定每段所述磁钢单元的尺寸。

5.根据权利要求4所述的永磁电机转子磁钢，其特征在于，每段所述磁钢的尺寸根据如下公式计算：

λ_n＝σ₀λ_δ

λ_σ＝(σ₀-1)λ_δ

A_m＝2×L_m×b_m

其中，Λ_δ为主磁导，μ₀为真空磁导率；μ_r为永磁材料相对回复磁导率；λ_δ为主磁导标么值；σ₀为空载漏磁系数；λ_n为合成磁导标么值；λ_σ为漏磁导标么值；B_r为剩余磁感应强度；h_m为磁钢厚度；L_m为磁钢长度；b_m为磁钢宽度。

6.根据权利要求1-3、8中任意一项所述的永磁电机转子磁钢，其特征在于，还包括壳体，所述壳体内设置有多个与所述磁钢单元尺寸相适应的单元腔，多个所述磁钢单元分别安置在所述单元腔内。

7.一种永磁电机转子，其特征在于，包括铁芯本体，所述铁芯本体上设置有多个V型排列的磁钢槽，每个所述磁钢槽内安置一个如权利要求1-5任意一项所述的永磁电机转子磁钢。

8.根据权利要求7所述的永磁电机转子，其特征在于，每个所述磁钢槽内包括多个并列排布的腔体，每个所述腔体内设置一个所述磁钢单元。

9.一种永磁同步电机，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的永磁电机转子磁钢。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的永磁电机转子磁钢。

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