CN111224486A - 一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构；包括转子和磁钢，转子设置有若干个对称的磁极，相邻磁极之间的极性相反，磁极均包括组成多层槽体结构的若干个开口朝向转子外圆表面的V形磁钢槽，磁钢分别安装于V形磁钢槽中，磁极均设置有多个贯穿转子外圆表面形成不同R径缺口的辅助槽；本发明的有益效果体现为：在转子的各个磁极中采用双层V槽的结构提高凸极比和磁阻转矩，降低永磁体用量以降低成本，每个磁极的转子外圆表面上设置4个不同R径圆弧缺口，使其与定子间形成非均匀的气隙，有效消除谐波，降低转矩脉动和齿槽转矩，转子采用直槽叠压工艺取代传统的斜槽叠压工艺，简化生产工艺，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构
技术领域
本发明涉及驱动电机转子技术领域，特指一种用于新能源汽车驱动电机、低速电动车驱动电机、伺服电机等领域的动力总成中提高磁阻转矩比例占比的新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构。
背景技术
为了解决能源危机和环境污染的问题，汽车行业已逐步迈向新能源产业化的进程，在新能源汽车中都会内置永磁同步电机，其转矩由磁阻转矩和永磁转矩两部分构成,传统的永磁电机转子通常是由多个单V槽构成磁极，其普遍存在功率密度低，高速恒功率范围窄、力矩波动大、过载能力低和可靠性差等缺陷，致使其永磁转矩和磁阻转矩的比例难以满足新能源汽车的使用要求，为了改进永磁转矩和磁阻转矩的比例，需要使用高磁阻的技术，从而降低成本和反电动势，为了实现上述目的，市采用转子斜槽或斜极是最常用减小力矩波动的方法，但斜槽和斜极对方波电机气隙磁感应强度平顶宽度有影响，且永磁体的用量大，增加生产成本，使定子槽面积减小，降低出力，加上定子斜槽处理，使生产工艺和结构复杂，不便于生产使用，实用性较差。
同时，根据
Figure BDA0002428146130000011
E0＝ψm*w，提供磁阻转矩比例能够降低反电动势限值和电流限值之间的矛盾，反电动势要求控制的越低，控制器器件的耐击穿电压要求也越低，成本也越低，因此从新能源汽车动力系统角度而言，降低反电动势的也是达到了新能源汽车动力总成低成本的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种驱动电机的转子，特指一种用于新能源汽车驱动电机、低速电动车驱动电机、伺服电机等领域的动力总成中提高磁阻转矩比例占比的新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构。
实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，包括相互配合的转子和若干个磁钢，所述转子设置有若干个相互对称的磁极，相邻的所述磁极之间的极性相反，若干个所述磁极均包括组成多层槽体结构的若干个开口端朝向所述转子外圆表面的V形磁钢槽，若干个所述磁钢分别对称地安装于所述V形磁钢槽中，若干个所述磁极均设置有多个贯穿所述转子外圆表面形成不同R径缺口的辅助槽。
优选的，所述V形磁钢槽至少为两个，其包括第一磁钢槽和位于所述第一磁钢槽内侧且靠近于所述转子外圆处的第二磁钢槽，所述辅助槽包括第一辅助缺口和第二辅助缺口，所述第一辅助缺口分布于第一磁钢槽和所述第二磁钢槽之间，所述第二辅助缺口分布于所述第二磁钢槽内。
优选的，所述辅助槽至少为四个，包括两个分别为R1、R4的所述第一辅助缺口和两个分别为R2、R3的所述第二辅助缺口，两个所述第一辅助缺口分别位于所述第一磁钢槽和第二磁钢槽之间的两端端部，两个所述第二辅助缺口分别呈一定间距地设置于所述第二磁钢槽开口端覆盖的所述转子区间内。
优选的，所述第一磁钢槽由两个非连通且沿磁极轴线a呈V字形相对称设置的永磁槽组成，所述第二磁钢槽由两个相互连通且沿磁极轴线a呈V字形对称设置的永磁槽组成，所述第一磁钢槽的V形夹角小于所述第二磁钢槽的V形夹角。
优选的，所述第一辅助缺口R1、R4和所述第二辅助缺口R2、R3均为沿着所述转子轴心方向凹陷所形成的具有不同R角的圆弧缺口。
优选的，所述转子的外侧套设有定子，所述定子的内圆表面与所述转子外圆表面上的所述辅助槽形成非均匀的气隙。
优选的，所述辅助槽均为贯穿于所述转子外圆表面且平行于所述转子轴心的直槽。
本发明的有益效果体现为：本发明旨在提供一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，通过在转子的各个磁极中均采用双层V槽的结构以提高凸极比和磁阻转矩，实现降低永磁体的用量而降低成本，整体采用了8极36槽整数槽设计以改善NVH性能，同时，在每个磁极的转子外圆表面上设置4个不同R径圆弧缺口，使其与定子间形成非均匀的气隙，既能有效地消除谐波，且能进一步降低各工况下的转矩脉动和齿槽转矩，整体采用直槽取代传统的斜槽工艺，简化转子结构和生产工艺，有效降低生产成本，方便生产组装，加快生产效率，实用性强。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明转子的结构示意图。
图3为本发明转子截面结构示意图。
图4为本发明图3中A部分单个磁极的放大结构示意图。
图5为本发明直槽齿槽转矩峰峰值的示意图。
图6为本发明最大转矩波形和转矩脉动的示意图。
附图标注说明：
1-转子；2-磁钢；3-磁极；4-辅助槽；5-第一磁钢槽；6-第二磁钢槽；7-第一辅助缺口；8-第二辅助缺口；9-定子。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
如图1-4所示，一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，包括相互配合的转子和若干个磁钢2，所述转子设置有若干个相互对称的磁极3，相邻的所述磁极3之间的极性相反，若干个所述磁极3均包括组成多层槽体结构的若干个开口端朝向所述转子外圆表面的V形磁钢2槽，若干个所述磁钢2分别对称地安装于所述V形磁钢2槽中，若干个所述磁极3均设置有多个贯穿所述转子外圆表面形成不同R径缺口的辅助槽4。
优选的，所述V形磁钢2槽至少为两个，其包括第一磁钢槽5和位于所述第一磁钢槽5内侧且靠近于所述转子外圆处的第二磁钢槽6，所述辅助槽4包括第一辅助缺口7和第二辅助缺口8，所述第一辅助缺口7分布于第一磁钢槽5和所述第二磁钢槽6之间，所述第二辅助缺口8分布于所述第二磁钢槽6内。
优选的，所述辅助槽4至少为四个，包括两个分别为R1、R4的所述第一辅助缺口7和两个分别为R2、R3的所述第二辅助缺口8，两个所述第一辅助缺口7分别位于所述第一磁钢槽5和第二磁钢槽6之间的两端端部，两个所述第二辅助缺口8分别呈一定间距地设置于所述第二磁钢槽6开口端覆盖的所述转子区间内。
优选的，所述第一磁钢槽5由两个非连通且沿磁极3轴线a呈V字形相对称设置的永磁槽组成，所述第二磁钢槽6由两个相互连通且沿磁极3轴线a呈V字形对称设置的永磁槽组成，所述第一磁钢槽5的V形夹角小于所述第二磁钢槽6的V形夹角。
优选的，所述第一辅助缺口7R1、R4和所述第二辅助缺口8R2、R3均为沿着所述转子轴心方向凹陷所形成的具有不同R角的圆弧缺口。
优选的，所述转子的外侧套设有定子9，所述定子9的内圆表面与所述转子外圆表面上的所述辅助槽4形成非均匀的气隙。
优选的，所述辅助槽4均为贯穿于所述转子外圆表面且平行于所述转子轴心的直槽。
本发明一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其整体包括转子和设置于转子上的若干个磁钢2，其中，转子上最优但不限定地设置为八个磁极3，八个磁极3沿着转子的芯部轴对称地均匀分布于该转子上，并且相邻的两个磁极3的极性相反，每一个磁极3都为双层槽体结构，双层槽体结构具体地由双层V形磁钢2槽所组成，以提高凸极比和磁阻转矩，从而减少永磁体用量，降低成本，增加磁阻转矩比例，达到高磁阻永磁同步技术路线，双层V形磁钢2槽包括靠近于转子芯部的第一磁钢槽5和位于该第一磁钢槽5内侧且靠近于转子外圆表面的第二磁钢槽6，第一磁钢槽5和第二磁钢槽6的V形开口端均朝向转子的外圆表面，第一磁钢槽5和第二磁钢槽6均以磁极3轴线a为对称轴被构造成左右对称的结构，其中，第一磁钢槽5由两个相互独立且以该磁极3轴线a为对称轴的永磁槽组成，第二磁钢槽6则由两个相互连通且以该磁极3轴线a为对称轴的永磁槽组成，在第一磁钢槽5和第二磁钢槽6中均设置有若干个呈V形对称的磁钢2。
进一步地，在转子的每个磁极3上都设置有多个贯穿转子外圆表面形成不同R径缺口的辅助槽4，该辅助槽4最优但不限定地选择设置为四个，该四个辅助槽4包括两个分别为R1、R4的第一辅助缺口7和两个分别为R2、R3的第二辅助缺口8，如图3所示，第一辅助缺口7R1、R4分别设置于第一磁钢槽5和第二磁钢槽6之间且靠近于转子外圆表面的两端端脚处，第二辅助缺口8R2、R3分别设置于第二磁钢槽6的开口端所覆盖的转子区间内，其中，第二辅助缺口8R2、R3分别呈一定间距地分布在靠近第二磁钢槽6两端端脚的内侧，通过在每个磁极3上采用四个不同R径的圆弧缺口设计，使其与套设在转子外侧的定子9相互之间形成非均匀气隙，从而对不同的高次谐波进行削弱，通过不同位置大小的R角来调制磁场，如图5和图6，使得气隙磁密正弦性提高、转矩脉动减少，其反向直槽齿槽转矩峰峰值±0.075Nm。
进一步地，转子采用双层V形磁钢2槽的磁极3结构以提高凸极比和磁阻转矩，同时这种结构能够较好的平衡低速大载和高速轻载两种工况的效率，提高高效面积，与传统高磁阻技术路线的结构相比，更能够减少永磁体用量，从而降低整体20％以上的成本，且能降低17％以上的反电动势。
进一步地，为改善NVH性能，采用了八极转子和三十六槽定子9的整数槽设计，转子外圆表面的多个辅助槽4可以降低各工况下的转矩脉动和齿槽转矩，通过定子9的内径与转子外圆表面辅助缺口R1、R2、R3及R4共同构成非均匀的气隙，削弱高次谐波，并且采用直槽设计取代传统的斜槽工艺，极大地简化了生产工艺，缩短生产周期，提高生产效率，其正弦度高，致使气隙磁场中仅含有较少的高次谐波，整体电机在运行过程中的转矩波动较小，乃至使用不均匀气隙设计能将均匀气隙电机的超过20％的转矩脉动降低至10％以下，电磁噪声也较小而且对谐波的削弱更彻底，从而使控制器的设计更简单。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，包括相互配合的转子和若干个磁钢，其特征在于：所述转子设置有若干个相互对称的磁极，相邻的所述磁极之间的极性相反，若干个所述磁极均包括组成多层槽体结构的若干个开口端朝向所述转子外圆表面的V形磁钢槽，若干个所述磁钢分别对称地安装于所述V形磁钢槽中，若干个所述磁极均设置有多个贯穿所述转子外圆表面形成不同R径缺口的辅助槽。
2.一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述V形磁钢槽至少为两个，其包括第一磁钢槽和位于所述第一磁钢槽内侧且靠近于所述转子外圆处的第二磁钢槽，所述辅助槽包括第一辅助缺口和第二辅助缺口，所述第一辅助缺口分布于第一磁钢槽和所述第二磁钢槽之间，所述第二辅助缺口分布于所述第二磁钢槽内。
3.根据权利要求2所述一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述辅助槽至少为四个，包括两个分别为R1、R4的所述第一辅助缺口和两个分别为R2、R3的所述第二辅助缺口，两个所述第一辅助缺口分别位于所述第一磁钢槽和第二磁钢槽之间的两端端部，两个所述第二辅助缺口分别呈一定间距地设置于所述第二磁钢槽开口端覆盖的所述转子区间内。
4.根据权利要求2所述一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述第一磁钢槽由两个非连通且沿磁极轴线a呈V字形相对称设置的永磁槽组成，所述第二磁钢槽由两个相互连通且沿磁极轴线a呈V字形对称设置的永磁槽组成，所述第一磁钢槽的V形夹角小于所述第二磁钢槽的V形夹角。
5.根据权利要求3所述一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述第一辅助缺口R1、R4和所述第二辅助缺口R2、R3均为沿着所述转子轴心方向凹陷所形成的具有不同R角的圆弧缺口。
6.根据权利要求1所述一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述转子的外侧套设有定子，所述定子的内圆表面与所述转子外圆表面上的所述辅助槽形成非均匀的气隙。
7.根据权利要求3所述一种新能源汽车驱动电机的高磁阻永磁同步转子结构，其特征在于：所述辅助槽均为贯穿于所述转子外圆表面且平行于所述转子轴心的直槽。
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