CN112018917A - 冲片结构和永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冲片结构及永磁同步电机，包括转子冲片和定子冲片，所述转子冲片上设置有轴心孔和多个周向均匀设置在轴心孔外侧的永磁极槽组，所述永磁极槽组包括径向排列的内层永磁体槽和外层永磁体槽，所述内层永磁体槽和外层永磁体槽内均设置有永磁体；外层永磁体槽两端的外端点分别与转子中心的连线的夹角为Φ1，内层永磁体槽两端的内端点(b)与转子中心的连线的夹角为Φ2，Φ1与Φ2的关系为：1.05×L/(πD)≤Φ2‑Φ1≤1.25×L/(πD)，其中，L为定子冲片的一个定子齿的极靴弧长，D为定子内径。通过该冲片结构及永磁同步电机，优化了转矩脉动，降低了电机径向力，改善了电机的NVH。

Description

冲片结构和永磁同步电机
技术领域
本发明涉及新能源纯电动汽车驱动电机技术领域，尤其涉及一种冲片结构和永磁同步电机。
背景技术
驱动电机系统作为新能源汽车的核心，其驱动电机的NVH特性决定了驾驶员的驾车舒适性体验。因此驱动电机的NVH优化是现代电动汽车动力总成设计不可或缺的一部分。如若驱动电机的NVH差，会严重影响乘客的乘坐体验，甚至会引起顾客抱怨。现有技术方案多采用分布和短距的双层绕组形式，可以改善电动势和磁动势波形，以减小电机NVH，但效果不明显；同时还有采用斜极或斜槽，降低电磁力，但增加电机的工艺难度，并且会降低电机的输出转矩，影响整车性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲片结构和永磁同步电机，能优化转矩脉动，降低电机径向力，以及改善电机的NVH。
为实现上述目的，本发明提供了一种冲片结构，包括转子冲片和定子冲片，所述转子冲片上设置有轴心孔和多个周向均匀设置在轴心孔外侧的永磁极槽组，所述永磁极槽组包括径向排列的内层永磁体槽和外层永磁体槽，所述内层永磁体槽和外层永磁体槽内均设置有永磁体；外层永磁体槽两端的外端点分别与转子中心的连线的夹角为Φ1，内层永磁体槽两端的内端点(b)与转子中心的连线的夹角为Φ2，Φ1与Φ2的关系为：1.05×L/(πD)≤Φ2-Φ1≤1.25×L/(πD)，其中，L为定子冲片的一个定子齿的极靴弧长，D为定子内径。
进一步，所述内层永磁体槽的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔；所述内层永磁体槽包括第一磁体槽和第二磁体槽，所述第一磁体槽的第一端和第二磁体槽的第一端构成所述V形的尖端，所述第一磁体槽的第二端和第二磁体槽的第二端构成V形的两个端部。
进一步，外层永磁体槽的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔；所述外层永磁体槽开口的张角大于内层永磁体槽开口的张角；所述外层永磁体槽包括第三磁体槽和第四磁体槽，所述第三磁体槽的第一端和第四磁体槽的第一端构成V形的尖端，所述第三磁体槽的第二端和第四隔磁槽的第二端构成V形的两个端部。
进一步，每个磁体槽组中的所述第一磁体槽和第三磁体槽设置在其对应d轴的一侧，每个磁体槽组中的所述第二磁体槽和第四磁体槽设置在其对应d轴的另一侧；每个磁体槽组中的第一磁体槽的第二端和第三磁体槽第二端之间、以及第二隔磁槽的第二端和第四隔磁槽的第二端之间均设置有一个隔磁孔。
进一步，外层永磁体槽的形状为一字形。
进一步，每个磁体槽组中的外层永磁体槽的第一端和所述第一磁体槽的第二端设置在其对应d轴的一侧；每个磁体槽组中的外层永磁体槽的第二端和第二磁体槽的第二端设置在其对应d轴的另一侧；每个磁体槽组中的外层永磁体槽的第一端和所述第一磁体槽的第二端之间、以及外层永磁体槽的第二端和第二磁体槽的第二端之间均设置一个隔磁孔。
进一步，所述隔磁孔的形状为圆形。
进一步，所述隔磁孔的圆心到内层永磁体槽和外层永磁体槽的最短距离m相等，最短距离m的取值范围为：(0.5+β/2)≤m≤(1+β/2)，其中圆形孔的直径为β。
进一步，β的取值范围为：0.8mm≤β≤1.2mm。
本发明还提供一种永磁同步电机，包括所述的冲片结构。
本发明与现有技术相比较具有以下优点：
本发明的冲片结构及电机，采用双层磁极结构用以增大磁阻转矩，满足新能源汽车高输出的特性；磁极结构布置上采用双“V”布置，并通过增加圆形隔磁孔来优化磁路结构用以改善磁路流向，从而降低了电机的转矩脉动，改善了电机的反电势波型正弦度降低径向力，提升了电机NVH。
附图说明
图1为本发明冲片结构的结构示意图；
图2为图1中转子冲片的局部结构示意图；
图3为本发明与现有技术的转矩脉动对比图；
图4为本发明与现有技术电磁力对比图。
图中：1-转子冲片，2-轴心孔，3-永磁体槽，31-内层永磁体槽，311-第一磁体槽，312-第二磁体槽，32-外层永磁体槽，321-第三磁体槽，322-第四磁体槽，4-定子冲片，5-定子齿极靴，6-隔磁孔，a-外端点，b-内端点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参见图1所示，本实施例公开了一种冲片结构，包括转子冲片1和定子冲片4，所述转子冲片上设置有轴心孔2和多个周向均匀设置在轴心孔2外侧的永磁极槽组3，所述永磁极槽组3包括径向排列的内层永磁体槽31和外层永磁体槽32，所述内层永磁体槽31和外层永磁体槽32内均设置有永磁体；外层永磁体槽32两端的外端点a分别与转子中心的连线的夹角为Φ1，内层永磁体槽31两端的内端点b与转子中心的连线的夹角为Φ2，Φ1与Φ2的关系为：
1.05×L/(πD)≤Φ2-Φ1≤1.25×L/(πD)，其中，L为定子冲片的一个定子齿的极靴弧长，D为定子内径。此时电机有最佳极弧系数，可合理分布磁路流向，改善电机反电动势波形，减小谐波含量，降低电机转矩脉动，降低电磁力，提升电机NVH。其中内层永磁体槽31指靠近转子冲片1的轴心孔2的永磁体槽，外层永磁体槽32指靠近转子冲片外圆的永磁体槽。
在本实施例中，所述内层永磁体槽31的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔2；所述内层永磁体槽31包括第一磁体槽311和第二磁体槽312，所述第一磁体槽311的第一端和第二磁体槽312的第一端构成所述V形的尖端，所述第一磁体槽311的第二端和第二磁体槽312的第二端构成V形的两个端部。
在本实施例中，外层永磁体槽32的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔2；所述外层永磁体槽32开口的张角大于内层永磁体槽31开口的张角；所述外层永磁体槽32包括第三磁体槽321和第四磁体槽322，所述第三磁体槽321的第一端和第四磁体槽322的第一端构成V形的尖端，所述第三磁体槽321的第二端和第四隔磁槽322的第二端构成V形的两个端部。
在本实施例中，每个磁体槽组3中的所述第一磁体槽311和第三磁体槽321设置在其对应d轴的一侧，每个磁体槽组3中的所述第二磁体槽312和第四磁体槽322设置在其对应d轴的另一侧；，每个磁体槽组3中的第一磁体槽311的第二端和第三磁体槽321第二端之间、以及第二隔磁槽312的第二端和第四隔磁槽322的第二端之间均设置有一个隔磁孔6。d轴为具有对称极性布置的每个磁体对的永磁体之间的轴线。
在本实施例中，外层永磁体槽32的形状为一字形。一字结构同样可以增加隔磁桥，增加电机的转子强度，提升电机的稳定性及可靠性。
在本实施例中，每个磁体槽组3中的外层永磁体槽32的第一端和所述第一磁体槽311的第二端设置在其对应d轴的一侧；每个磁体槽组3中的外层永磁体槽32的第二端和第二磁体槽312的第二端设置在其对应d轴的另一侧；每个磁体槽组3中的外层永磁体槽32的第一端和所述第一磁体槽311的第二端之间、以及外层永磁体槽32的第二端和第二磁体槽312的第二端之间均设置一个隔磁孔6。
在本实施例中，所述隔磁孔6的形状为圆形。
在本实施例中，所述隔磁孔6的圆心到内层永磁体槽31和外层永磁体槽32的最短距离m相等，最短距离m的取值范围为：(0.5+β/2)≤m≤(1+β/2)，其中圆形孔的直径为β。该设置使得NVH优化更为明显，可明显改善永磁体端部的磁通路径，分散该处的磁阻力矩，使得使得永磁体端部与定子齿产生的电磁力矩错开或相互抵消，进一步减小转矩脉动，提升电机NVH。
在本实施例中，β的取值范围为：0.8mm≤β≤1.2mm。β的取值范围，能够在不影响转子冲片加工的前提下，避免隔磁孔6直径过大以及隔磁孔6到两侧永磁体槽的距离过小，进而影响电机的转子强度。
本发明还公开一种永磁同步电机，包括上述的冲片结构。将上述电机冲片运用于永磁同步电机上，经实际制作电机搭载应用于某一款电驱系统上，测的电驱系统NVH主观感受有明显降低，并且经过装整车客观数据测试分析，整车NVH改善明显，提升整车驾乘舒适性。
参见图3所示，在不降低电机转矩的情况下，仿真得到的转矩脉动与现有技术相比下降80％，转矩脉动波动率低于1.5％，并且仿真对比电磁力，各阶次电磁力都有明显降低；参见图4所示，经实际制作电机搭载应用于某一款电驱系统上，测的电驱系统NVH主观感受有明显降低，并且经过装整车客观数据测试分析，电机噪声下降2.5dB，整车NVH改善明显，提升整车驾乘舒适性。
本发明的冲片结构及电机，采用双层磁极结构用以增大磁阻转矩，满足新能源汽车高输出的特性；磁极结构布置上采用双“V”布置，并通过增加圆形隔磁孔来优化磁路结构用以改善磁路流向，从而降低了电机的转矩脉动，改善了电机的反电势波型正弦度降低径向力，提升了电机NVH。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冲片结构，包括转子冲片(1)和定子冲片(4)，所述转子冲片上设置有轴心孔(2)和多个周向均匀设置在轴心孔(2)外侧的永磁极槽组(3)，所述永磁极槽组(3)包括径向排列的内层永磁体槽(31)和外层永磁体槽(32)，所述内层永磁体槽(31)和外层永磁体槽(32)内均设置有永磁体；其特征在于，
外层永磁体槽(32)两端的外端点(a)分别与转子中心的连线的夹角为Φ1，内层永磁体槽(31)两端的内端点(b)与转子中心的连线的夹角为Φ2，Φ1与Φ2的关系为：1.05×L/(πD)≤Φ2-Φ1≤1.25×L/(πD)，其中，L为定子冲片的一个定子齿的极靴弧长，D为定子内径。
2.根据权利要求1所述的冲片结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(31)的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔(2)；所述内层永磁体槽(31)包括第一磁体槽(311)和第二磁体槽(312)，所述第一磁体槽(311)的第一端和第二磁体槽(312)的第一端构成所述V形的尖端，所述第一磁体槽(311)的第二端和第二磁体槽(312)的第二端构成V形的两个端部。
3.根据权利要求2所述的冲片结构，其特征在于，外层永磁体槽(32)的形状为V形，所述V形的尖端朝向所述轴心孔(2)；所述外层永磁体槽(32)开口的张角大于内层永磁体槽(31)开口的张角；所述外层永磁体槽(32)包括第三磁体槽(321)和第四磁体槽(322)，所述第三磁体槽(321)的第一端和第四磁体槽(322)的第一端构成V形的尖端，所述第三磁体槽(321)的第二端和第四隔磁槽(322)的第二端构成V形的两个端部。
4.根据权利要求3所述的冲片结构，其特征在于，每个磁体槽组(3)中的所述第一磁体槽(311)和第三磁体槽(321)设置在其对应d轴的一侧，每个磁体槽组(3)中的所述第二磁体槽(312)和第四磁体槽(322)设置在其对应d轴的另一侧；每个磁体槽组(3)中的第一磁体槽(311)的第二端和第三磁体槽(321)第二端之间、以及第二隔磁槽(312)的第二端和第四隔磁槽(322)的第二端之间均设置有一个隔磁孔(6)。
5.根据权利要求2所述的冲片结构，其特征在于，外层永磁体槽(32)的形状为一字形。
6.根据权利要求5所述的冲片结构，其特征在于，每个磁体槽组(3)中的外层永磁体槽(32)的第一端和所述第一磁体槽(311)的第二端设置在其对应d轴的一侧；每个磁体槽组(3)中的外层永磁体槽(32)的第二端和第二磁体槽(312)的第二端设置在其对应d轴的另一侧；每个磁体槽组(3)中的外层永磁体槽(32)的第一端和所述第一磁体槽(311)的第二端之间、以及外层永磁体槽(32)的第二端和第二磁体槽(312)的第二端之间均设置一个隔磁孔(6)。
7.根据权利要求4或6所述的冲片结构，其特征在于，所述隔磁孔(6)的形状为圆形。
8.根据权利要求7所述的冲片结构，其特征在于，所述隔磁孔(6)的圆心到内层永磁体槽(31)和外层永磁体槽(32)的最短距离m相等，最短距离m的取值范围为：(0.5+β/2)≤m≤(1+β/2)，其中圆形孔的直径为β。
9.根据权利要求8所述的冲片结构，其特征在于，β的取值范围为：0.8mm≤β≤1.2mm。
10.一种永磁同步电机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的冲片结构。
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