CN111769668A - 一种内置式永磁体电机转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置式永磁体电机转子结构。该转子结构包括转轴和设置在转轴上的铁芯，铁芯内部周向上设置有多个磁钢槽，磁钢槽内可设置磁钢；磁钢槽靠近铁芯圆周边缘的边线与铁芯圆周边缘的距离不相等，使得形成的隔磁桥宽度变化不等，从而减少电机漏磁；和/或,磁钢槽靠近铁芯圆周边缘的长边侧的至少一个端部形成有与磁钢槽连通的防退磁槽，防退磁槽的边线向铁芯圆周边缘方向倾斜；和/或，磁钢槽与铁芯圆周边缘之间设置有若干个工艺槽，工艺槽用于增加电机凸极率和磁阻转矩。上述技术方案可以增加电机凸极率，减少电机转子的漏磁和增加转子抗退磁能力，使得采用低牌号磁钢成为可能，从而降低电机生产成本。

Description

一种内置式永磁体电机转子结构
技术领域
本发明属于电机转子技术领域，特别涉及一种内置式永磁体电机转子结构。
背景技术
随着世界各国对环境保护，能源安全重视程度的加深，传统的内燃汽车逐渐被其他能源领域动力系统取代，电气化新能源汽车越来越受到重视，近期市场对新能源车续航里程及安全性要求越来越高，由此，电机功率密度要求越来越高，在不改变拓扑结构的情况下，如何在满足强度的基础上，减少电机漏磁，增加电机凸极率，显得尤为重要。
并且，在电机高速运转时，磁钢发热严重，磁钢边角处容易退磁，如何降低磁钢边角处退磁，增加电动汽车安全性，也是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种内置式永磁体电机转子结构，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种内置式永磁体电机转子结构，其特征在于，所述转子结构包括转轴和设置在转轴上的铁芯，所述铁芯内部周向上设置有多个磁钢槽，所述磁钢槽内可设置磁钢；
所述磁钢槽靠近铁芯圆周边缘的边线与所述铁芯圆周边缘的距离不相等，使得形成的隔磁桥宽度变化不等，减少电机漏磁；和/或，
所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的长边侧的至少一个端部形成有与所述磁钢槽连通的防退磁槽，所述防退磁槽的边线向所述铁芯圆周边缘方向倾斜；和或，
所述磁钢槽与所述铁芯圆周边缘之间设置有若干个工艺槽，所述工艺槽用于增加电机凸极率和磁阻转矩，并减轻电机转子的重量。
可选地，所述多个磁钢槽分成若干组，各组内包括若干个所述磁钢槽，且各所述磁钢槽的任一个端部或两个所述端部设置有所述防退磁槽。
可选地，所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的边线为倾斜的第一直线段或第一弧线段。
可选地，所述防退磁槽的边线包括与磁钢长边连接的第五直线段或第六直线段，所述第五直线段或第六直线段与所述磁钢长边不平行。
可选地，所述防退磁槽的边线还包括与所述第五直线段连接的第三直线段，所述第三直线段与所述磁钢长边也不平行；或者，
所述防退磁槽的边线还包括与所述第五直线段连接的第四直线段和第三直线段，所述第五直线段、第四直线段和第三直线段依次连接，且所述第三直线与所述磁钢长边也不平行。
可选地，所述防退磁槽的边线包括若干个第二弧线段或第三弧线段，所述第二弧线段或第三弧线段向所述铁芯圆周边缘延伸。
可选地，所述防退磁槽的边线包括如下的任一种或几种：第二弧线段、第三弧线段、第三直线段、第四直线段、第五直线段或第六直线段。
可选地，所述工艺槽沿电机直轴对称设置。
可选地，所述工艺槽设置在电机直轴前后预设的角度范围内，且所述工艺槽的面积与所述磁钢槽面积的比例大于等于5％。
可选地，所述预设的角度范围为(0-120)/p度，其中p为电机极对数，所述比例为5％-50％。
本发明的优点及有益效果是：
本发明在磁钢尖角处增加防退磁槽，既可减少转子重量，又可改善电机退磁，增加电机退磁余量，提高电机运行安全性；
本发明隔磁桥宽度变化不等，在满足电机强度基础上，减少电机漏磁，增大电机扭矩，相同扭矩下可用低牌号磁钢，降低电机成本；
本发明在d轴及d轴附近开工艺槽，既可减少转子重量，又可增加电机凸极率，增加电机磁阻转矩，从而提高电机功率密度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的一个实施例中内置式永磁体电机转子(局部)的结构示意图；
图2为本发明的图1中V处的局部放大图；
图3为本发明的图1中V处的另一种局部放大图；
图4为本发明的另一个实施例中内置式永磁体电机转子(局部)的结构示意图。
图中：1-第一直线段或第一弧线段，2-第二直线段，3-第三直线段，4-第四直线段，5-第五直线段，6-第六直线段，7-磁钢长边，8-圆周边缘弧线，9-工艺槽，10-工艺槽，11-第二弧线段，12-第三弧线段。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1示出了本发明一个实施例中的内置式永磁体电机转子结构的局部示意图，该实施例的电机转子整体结构由多个图1中结构，整体为圆柱形。
该实施例的所述转子结构包括转轴(图1未示出)和设置在转轴上的铁芯(图1中示出铁芯的局部结构)，所述铁芯内部周向上设置有多个磁钢槽，所述磁钢槽内可设置磁钢。
所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的边线1(此时可不设置防退磁槽)与所述铁芯圆周边缘的距离不相等，使得形成的隔磁桥宽度变化不等，从而减少电机漏磁。
或者，在所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的长边侧的至少一个端部形成有与所述磁钢槽连通的防退磁槽，所述两个端部的防退磁槽可以相同亦可以不同，根据图1所示，磁钢上下的两个防退磁槽形状可以相同或不同，其边线包括直线段3、4、5、6，当然也可以仅包括直线段3、4、5、6中的部分线段。优选地，所述防退磁槽的直线段5、6向所述铁芯圆周边缘方向倾斜。
此时，若设置靠近铁芯圆周边缘的边线1，则该边线1设置在所述防退磁槽的上顶端。
或者，所述磁钢槽与所述铁芯圆周边缘之间设置有若干个工艺槽9、10，所述工艺槽9、10用于增加电机凸极率和磁阻转矩，并减轻转子的重量，从而提高电机功率密度。其中，上述工艺槽可为多边形、圆形、椭圆形或不规则形状，且数量不限。
综上，该实施例公开的转子上可通过设置隔磁桥宽度变化不等结构，用于减少电机漏磁；转子上可通过设置防退磁槽结构，既减少转子重量，又能够改善电机退磁，增加电机退磁余量，提高电机运行安全性；转子上还可设置工艺槽，用于增加电机凸极率和磁阻转矩，并减轻转子的重量，从而提高电机功率密度。
在一个实施例中，所述多个磁钢槽分成若干组，各组内包括若干个所述磁钢槽，且各所述磁钢槽的两个所述端部可设置有所述防退磁槽。其中，各组磁钢槽可形成一个磁极，且各组内的若干个磁钢槽可呈一字形、V、V+1、双V等，对该若干个磁钢槽组成的形状在此可不作具体限定，均在该实施例的保护范围之内。
优选地，根据图1和图2，所述多个磁钢槽分成若干对，各对所述磁钢槽呈V字形，且各所述磁钢槽的两个所述端部均设置有所述防退磁槽，并且也可以在铁芯圆周边缘位置设置宽度变化不等的隔磁桥结构。
在一个实施例中，继续参见图1，所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的边线为倾斜的第一直线段或第一弧线段1。
在一个优选实施例中，所述防退磁槽的边线包括与所述磁钢长边连接的第五直线段5或第六直线段6，其中所述第五直线段5位于顶端的防退磁槽上，而第六直线段6则位于底端的防退磁槽上，并且所述第五直线段5或第六直线段6与所述磁钢长边7均不平行。
进一步地，根据图2和3，所述防退磁槽的边线还包括与所述第五直线段5直接或间接连接的第三直线段3。其中图2中所述防退磁槽的边线中包括与所述第五直线段5和第三直线段3均连接的第四直线段4，而图3中并未包括第四直线段4，并且所述第三直线段3与所述磁钢长边7也不平行。同样地，在第一直线段1和第三直线段3之间还可以设置第二直线段2。根据图1可知，所述第一直线段或弧线段1可与第二直线段2相连接，并且与所述第二直线段2设置有圆形倒角。
上述不平行或者倾斜设置的直线段是为了改善改变转子磁力线的分布，从而改善电机转子退磁的情况。
并且，所述磁钢槽上下端部位置处还可设置有限位线段，所述限位线段用于限定磁钢在该磁钢槽内的位置，避免该磁钢活动。
在一个实施例中，根据图4，所述防退磁槽的边线由若干个第二弧线段11或第三弧线段12组成，该第二弧线段11或第三弧线段12与磁钢长边7连接的位置向铁芯圆周边缘倾斜，而对该第二弧线段组成的防退磁槽形状、大小以及位置不限。
同样地，防退磁槽上弧线段边线设置也是为了改变转子磁力线的分布，从而能够改善退磁的情况。
在一个实施例中，防退磁槽的边线还包括如下的任一种或几种：第二弧线段11、第三弧线段12、第三直线段3、第四直线段4、第五直线段5或第六直线段6。或者所述防退磁槽由任意几条直线段和/或弧线段组成，其他至少部分的线段向所述铁芯圆周边缘倾斜或延伸，即靠近圆周边缘弧线8，从而改变转子磁力线的分布。
在一个实施例中，所述若干个工艺槽9可沿电机d直轴对称设置。其中的对称设置既包括单一工艺槽的对称分布，也包括多个工艺槽之间相对所述d直轴对称布置，从而获得较好的电机凸极率。
需要说明的是，在永磁同步电机控制中，为了能够得到类似直流电机的控制特性，在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d直轴，垂直于转子磁场方向为q交轴，将电机的数学模型转换到此坐标系下，可实现d轴和q轴的解耦，从而得到良好控制特性。
电机凸极效应是永磁同步电机直轴d轴电感与交轴q轴电感不一致，d轴磁导率比q轴小，d轴电感小于q轴电感，电机的输出扭矩就多一部分磁阻转矩，电机在相同电流下可以输出更大的扭矩和功率。
对永磁体电机来说，负载功率因数较高时，凸极效应对外特性的影响较大，选择合理的电枢反应电抗值和凸极系数，可以有效地降低固有电压变化率。而本发明的工艺槽9和工艺槽10的设置正是为了提高电机凸极率和磁阻转矩，获得更好的电机功率转换效率。
在一个实施例中，根据图4，工艺槽10设置在电机直轴前后的预设角度范围内，如图4中α角所示，该图中，α角为10度，且所述工艺槽的面积大于等于所述磁钢槽面积的预设比例，即工艺槽的面积不能低于预设比例从而提高凸极率，比如可限定工艺槽的面积与所述磁钢槽面积不能低于5％。
优选地，所述预设的角度范围为(0-120)/p度，其中p为电机转子中形成的N、S磁极的极对数，所述比例为5％-50％，上述两个范围的设置保证电机转子获得更好的凸极率。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内置式永磁体电机转子结构，其特征在于，所述转子结构包括转轴和设置在转轴上的铁芯，所述铁芯内部周向上设置有多个磁钢槽，所述磁钢槽内可设置磁钢；
所述磁钢槽靠近铁芯圆周边缘的边线与所述铁芯圆周边缘的距离不相等，使得形成的隔磁桥宽度变化不等，从而减少电机漏磁；和/或，
所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的长边侧的至少一个端部形成有与所述磁钢槽连通的防退磁槽，所述防退磁槽的边线向所述铁芯圆周边缘方向倾斜；和或，
所述磁钢槽与所述铁芯圆周边缘之间设置有若干个工艺槽，所述工艺槽用于增加电机凸极率和磁阻转矩，并减轻电机转子的重量。
2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述多个磁钢槽分成若干组，各组内包括若干个所述磁钢槽，且各所述磁钢槽的任一个端部或两个所述端部设置有所述防退磁槽。
3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢槽靠近所述铁芯圆周边缘的边线为倾斜的第一直线段或第一弧线段。
4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述防退磁槽的边线包括与磁钢长边连接的第五直线段或第六直线段，所述第五直线段或第六直线段与所述磁钢长边不平行。
5.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于，所述防退磁槽的边线还包括与所述第五直线段连接的第三直线段，所述第三直线段与所述磁钢长边也不平行；或者，
所述防退磁槽的边线还包括与所述第五直线段连接的第四直线段和第三直线段，所述第五直线段、第四直线段和第三直线段依次连接，且所述第三直线段与所述磁钢长边也不平行。
6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述防退磁槽的边线包括若干个第二弧线段或第三弧线段，所述第二弧线段或第三弧线段向所述铁芯圆周边缘延伸。
7.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述防退磁槽的边线包括如下的任一种或几种：第二弧线段、第三弧线段、第三直线段、第四直线段、第五直线段或第六直线段。
8.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述工艺槽沿电机直轴对称设置。
9.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述工艺槽设置在电机直轴前后预设的角度范围内，且所述工艺槽的面积与所述磁钢槽面积的比例大于等于5％。
10.根据权利要求9所述的转子结构，其特征在于，所述预设的角度范围为(0-120)/p度，其中p为电机极对数，所述比例为5％-50％。
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