CN112448502A - 一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆永磁驱动电机及其中使用的表贴式转子。转子包括：转子铁心(1)；以及沿所述转子铁心的周向分布安装在所述转子铁心(1)外表面上的多个永磁体(2)，其中所述转子铁心(1)在任意相邻的两个永磁体(2)之间具有凸极(4)。

Description

一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子

技术领域

本发明涉及车辆永磁驱动电机，更具体的，涉及一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子。

背景技术

永磁驱动电机的永磁体布置结构主要有内置式永磁体结构和表贴式永磁体结构两种。这两种结构各有利弊。

内置式永磁体结构(例如V型内置式永磁体布置结构)能够最大程度利用电机的磁阻转矩，从而提高电机总的输出转矩。然而，这种永磁体布置结构存在的问题是永磁体置于铁心内部，永磁体磁路在铁心内部会形成磁路短路，虽然通过隔磁桥能够减少短路的程度，但总体来说存在一定的漏磁，从而减小永磁转矩。表贴式永磁电机将永磁体置于转子的表面，形成表贴式的结构，避免了永磁体的漏磁，但其主要问题是没有磁阻转矩，与内置式永磁体结构相比，转矩和功率输出能力偏弱。综合这两方面，目前用于车辆的永磁驱动电机为提高电机转矩主要采用V型内置式永磁体结构，因而不得不承受漏磁问题。

因此，希望有一种改进的用于车辆的永磁驱动电机。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本发明旨在提供一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子，其克服了传统永磁电机没有磁阻转矩的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子，所述转子包括：

转子铁心(1)；以及

沿所述转子铁心的周向分布安装在所述转子铁心(1)外表面上的多个永磁体(2)，

其中所述转子铁心(1)在任意相邻的两个永磁体(2)之间具有凸极(4)。

根据本发明的一个进一步实施例，所述凸极(4)与同其相邻的永磁体(2)之间具有空隙。

根据本发明的一个进一步实施例，所述永磁体(2)通过粘接材料(3)粘接在所述转子铁心(1)上。

根据本发明的一个进一步实施例，所述转子还包括绑扎在所述转子铁心(1)外表面的带状材料(5)。

根据本发明的一个进一步实施例，所述带状材料(5)为以下材料的任意一种：

无纬带；

玻璃纤维；或者

碳纤维。

根据本发明的一个进一步实施例，所述多个永磁体(2)中相同极性的永磁体彼此等间隔地分布在所述转子铁心(1)表面，并且所述多个永磁体(2)整体上非等间隔地分布在所述转子铁心(1)表面。

根据本发明的一个进一步实施例，一对相邻的不同极性的永磁体(2)之间的夹角基于使所述车辆永磁驱动电机的转矩脉动最小来确定。

根据本发明的一个进一步实施例，所述凸极(4)的高度至少根据所述车辆永磁驱动电机的磁阻转矩大小、所述车辆永磁驱动电机的转矩脉动、以及所述永磁体(2)的厚度来确定。

根据本发明的一个进一步实施例，每一个所述永磁体(2)在轴向上被分割成多个分段。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁驱动电机，该永磁驱动电机采用了本发明中所描述的表贴式转子。

与现有技术中的方案相比，本发明所提供的车辆永磁驱动电机的表贴式转子至少具有以下优点：

通过将转子的永磁体结构从内置式改为采用表贴式，减小了永磁体的漏磁。同时在表贴式永磁体的各永磁体之间设置有铁心凸极，从而使电机获得了附加的磁阻转矩。因此，与传统内置V型永磁体转子结构的驱动电机相比，本发明永磁电机在输出同样的扭矩下，可以大大减少永磁体的用量，降低了电机成本。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是根据本发明的一个实施例的示出永磁电机转子的一对磁极的结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的图1中示出的永磁表贴式转子的局部放大图。

图3是根据本发明的一个实施例的沿图2中的A-A方向的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

作为一个非限制性示例，以下将以一台16极72槽永磁同步电机为例来说明本发明的原理。本领域技术人员应该理解，本发明并不限于特定磁极数和槽数，其它磁极数和槽数的永磁电机也同样适用于以下要描述的本发明的发明构思和结构。

图1是根据本发明的一个实施例示出永磁电机转子的一对磁极的结构示意图。如之前所提到的，该示例永磁电机为16极72槽永磁同步电机，因此一对磁极(即2个磁极)为整体转子的1/8，转子的其余部分则以该1/8部分为周期重复。为了方便说明，此处截取的是从中间间隔有一个磁极的两个磁极的中心向转子圆心径向地截取，因此在图1中示出的这一1/8个转子中，包含了两个1/2的磁极以及夹在这两个1/2磁极中的一个完整磁极。如所显示的，这一部分的角度为45°(360°的1/8)。作为一个示例，在图1所截取的1/8个转子中，中间完整磁极为N极沿径向向外的磁极(以下简称为“N极永磁体”)，位于两侧的磁极为N极沿径向向内的磁极(以下简称为“S极永磁体”)。

如图1中所示，1为转子铁心，2为永磁体。永磁体2被固定地安装在转子铁心1的外表面上。在一个实施例中，永磁体2通过粘接材料3间隔地粘接在转子铁心1上。在其它实施例中，永磁体2也可通过其它固定方式安装在转子铁心表面，例如通过设置定位卡槽、通过螺栓固定等等。在转子如图1中所示，W1为永磁体宽度，H1为永磁体厚度。根据一个非限制性示例，N极和S极的永磁体具有相同的宽度W1和厚度H1。与传统转子铁心不同，本发明的转子铁心1上在各个相邻永磁体2之间的间隔处设置有凸极4。为了减小永磁体的漏磁，每一个永磁体2的两侧与凸极之间存在一定的空间间隙W2。通过将铁心凸极4置于一对两极永磁体2之间，电机除了永磁体产生的永磁转矩以外，还会因铁心凸极4产生附加的磁阻转矩，从而提高电机的整体转矩。

凸极4具有高度H2，高度H2的大小与磁阻转矩大小有关，H2越大，磁阻转矩越大，但同时电机的转矩脉动也增大。电机转矩脉动指的是电机在运行过程中，转矩时而大时而小。转矩脉动大的话，拖动负载，其稳定性就低，或者简单来说，就是抖动很大，而且也影响了速度的稳定性，电机能耗增加。因此，转矩脉动希望是能被控制得越小越好。同时，高度H2也与永磁体厚度相关。一般来说，凸极4的高度H2可大致接近于永磁体的厚度H1，但并不需要完全相同。永磁体厚度H1与电机磁路设计有关，因此高度H2可根据电机磁阻转矩大小、转矩脉动情况、永磁体厚度等综合考虑来确定。

在图1中，N极朝外的永磁体的中线与相邻的N极朝内的永磁体的中线(图1中为水平线)之间呈一定角度α。可以理解，当所有的N极永磁体与S极永磁体整体呈等间隔分布时，该角度α恰巧等于22.5°。然而，根据本发明的一个示例，N极永磁体与S极永磁体并不一定需要整体呈等间隔分布。通过仿真，发明人发现，角度α若在0－22.5°间取不同值，电机转矩脉动大小会不同。因此，为使电机的转矩脉动尽可能小，一组相邻永磁体之间的夹角α可以在0－22.5°间取不同值，并通过仿真来确定一个转矩脉动最小的角度。此外，可以理解的是，图1的示例中的永磁体的极性也可以互换。另外，以上的角度α在0－22.5°间取不同值仅仅是因为该示例为16极电机，而360°的1/16为22.5°。换言之，只要N极永磁体与S极永磁体各自之间呈等间隔，则相邻的一组N极永磁体与S极永磁体之间可以是非等间隔的，并通过仿真来确定最合适的夹角。

图2是根据本发明的一个实施例的图1中示出的永磁表贴式转子的局部放大图。如之前提到的，根据本发明的一个实施例，永磁体2是通过粘接材料3粘接在转子铁心1上的。这种固定方式与传统的设置定位卡槽或者使用螺栓等固定方式相比，对于磁场和转矩的干扰显著降低。然而，使用粘接材料3也可能存在粘结的牢固程度不足的风险，在电机转子高速旋转引起的离心力作用下，存在永磁体2脱落飞出的风险。因此，在图2所示出的示例中，转子表面整体采用带状材料5进行绑扎，从而保护通过粘接材料3粘接在转子铁心1上的永磁体2不会因为电机转子高速旋转引起的离心力甩出。在一个实施例中，带状材料5可以是无纬带、玻璃纤维、碳纤维或其它任何合适的轻质带状材料。

图3是根据本发明的一个实施例的沿图2中的A-A方向的剖面图。更具体的，A-A剖面是一个经过转子旋转轴轴心的沿转子旋转轴的轴向方向切开的剖面。如图3中所示，在A-A剖面中，可以看到沿转子径向由内向外依次分布的转子铁心1、粘结材料3、永磁体2、以及带状材料5。作为本发明的一个优选实施例，永磁体2在轴向上被进一步分割成若干个分段。永磁体2这一轴向分段的作用是减小永磁体内部的涡流损耗。在图3的示例中，永磁体2被分成六段。然而，本领域技术人员可以理解，永磁体2的分段数可以根据具体分析和设计来确定。

按照一般的永磁电机设计思路，通常可以首先根据电机所需要的驱动功率、电机尺寸等因素来确定电机的磁极数和槽数，随后可确定所采用的永磁体的规格，进而也就可以确定永磁体的宽度W1和厚度H1。当永磁体的宽度W1和厚度H1，随后就可以设计凸极4的高度H2、凸极4与永磁体之间的间隙W2、以及相邻的一组不同极性永磁体之间的夹角α。在理想状态下，一般希望永磁电机的磁阻转矩越大越好，同时转矩脉动越小越好。如之前提到的，这几个参数都会对磁阻转矩和转矩脉动产生影响，并且彼此之间也会有影响。因此，很难仅仅通过计算就找出各个参数的最优方案。因此，最终包括凸极4的高度H2、凸极4与永磁体之间的间隙W2、以及相邻的一组不同极性永磁体之间的夹角α在内的各个参数需要根据永磁电机的设计、电机磁阻转矩大小、转矩脉动情况、永磁体厚度等综合考虑，并通过仿真来确定。尽管如此，可以肯定的是，通过在转子铁心1上设置凸极4，克服了传统表贴式永磁转子没有磁阻转矩、转矩和功率输出能力偏弱的缺陷，并且通过永磁体的非等间隔分布的结构，可以进一步克服提高磁阻转矩增大时随之带来的转矩脉动也增大的问题。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种车辆永磁驱动电机的表贴式转子，其特征在于，所述转子包括：

转子铁心(1)；以及

沿所述转子铁心的周向分布安装在所述转子铁心(1)外表面上的多个永磁体(2)，

其中所述转子铁心(1)在任意相邻的两个永磁体(2)之间具有凸极(4)。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述凸极(4)与同其相邻的永磁体(2)之间具有空隙。

3.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体(2)通过粘接材料(3)粘接在所述转子铁心(1)上。

4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子还包括绑扎在所述转子铁心(1)外表面的带状材料(5)。

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述带状材料(5)为以下材料的任意一种：

无纬带；

玻璃纤维；或者

碳纤维。

6.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个永磁体(2)中相同极性的永磁体彼此等间隔地分布在所述转子铁心(1)表面，并且所述多个永磁体(2)整体上非等间隔地分布在所述转子铁心(1)表面。

7.如权利要求6所述的转子，其特征在于，一对相邻的不同极性的永磁体(2)之间的夹角基于使所述车辆永磁驱动电机的转矩脉动最小来确定。

8.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述凸极(4)的高度至少根据所述车辆永磁驱动电机的磁阻转矩大小、所述车辆永磁驱动电机的转矩脉动、以及所述永磁体(2)的厚度来确定。

9.如权利要求1所述的转子，其特征在于，每一个所述永磁体(2)在轴向上被分割成多个分段。

10.一种永磁驱动电机，其特征在于，所述永磁驱动电机采用如权利要求1－9中任意一项所述的转子。

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