CN112653274B - 转子冲片及永磁电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子冲片及永磁电机转子，所述转子冲片上设有若干磁钢槽组，所述磁钢槽组包括第一磁钢槽、第二磁钢槽、第三磁钢槽和第四磁钢槽，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽所嵌套的永磁体形成第一极弧角，所述第三磁钢槽、第四磁钢槽所嵌套的永磁体形成第二极弧角，所述第一极弧角小于所述第二极弧角；所述外轮廓线包括对应第一极弧角的第一外轮廓线和对应第二极弧角的第二外轮廓线，所述第一外轮廓线、第二外轮廓线由曲线公式确定。通过特定的外轮廓曲线，可使电机定子、转子之间的气隙磁场波形畸变率降低，再结合转子斜极，可进一步降低电机空载反电势谐波含量，有效地降低转子的齿槽转矩和转矩波动，提升整机的NVH性能。

Description

转子冲片及永磁电机转子

技术领域

本发明涉及一种转子冲片及永磁电机转子。

背景技术

电动汽车整车振动噪声(NVH)性能是整车性能最重要的指标之一，直接影响驾驶人和乘客对整车品质的主观感受，是车辆性能及产品核心竞争力的重要组成部分。电动汽车NVH性能的主要激励源有电机、减速机、轮胎等部件，因此，电机的性能优化，对于整车NVH性能优化至关重要。其中，电机的气隙磁场的波形畸变率、空载反电势谐波含量、转子齿槽转矩和转矩波动等指标都会影响到电机及整车的NVH性能，这些指标也是电机优化的主要指标。比如，降低电机的谐波含量，即可优化电机及整车的NVH性能。如何降低电机的谐波含量，一直是电机设计中的难题。

发明内容

本发明为了达到优化电机及整车的NVH性能的目的，提供一种转子冲片及永磁电机转子。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种转子冲片，所述转子冲片上设有若干磁钢槽组，所述磁钢槽组包括第一磁钢槽、第二磁钢槽、第三磁钢槽和第四磁钢槽，所述第一磁钢槽、第三磁钢槽位于中心对称面的一侧，所述第二磁钢槽、第四磁钢槽位于所述中心对称面的另一侧，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽以所述中心对称面为对称面对称设置，所述第三磁钢槽、第四磁钢槽以所述中心对称面为对称面对称设置，所述中心对称面为与所述转子冲片的轴线重合的平面，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽相对于所述第三磁钢槽、第四磁钢槽更接近所述转子冲片的外周面，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽所嵌套的永磁体所形成的第一极弧角为θ₁，所述第三磁钢槽、第四磁钢槽所嵌套的永磁体所形成的第二极弧角为θ₂，所述第一极弧角θ₁小于所述第二极弧角θ₂；

以所述转子冲片的垂直于轴线的径向平面为极坐标平面，以所述转子冲片的轴线在所述极坐标平面上所形成的点为极点，以所述中心对称面在所述极坐标平面所形成的线为极轴，所述转子冲片的外周面在所述极坐标平面所形成的线为外轮廓线，所述外轮廓线上的点的极角为θ；

当

时，所述外轮廓线为第一外轮廓线，所述第一外轮廓线由以下曲线公式确定，

当

或

时，所述外轮廓线为第二外轮廓线，所述第二外轮廓线由以下曲线公式确定，

其中，R为设定的转子冲片的半径的最大值，μ₀为空气磁导率，B_max为预设的气隙磁密的最大值，B₁为所述第一磁钢槽、第二磁钢槽的宽度方向的尺寸，H_c1为所述第一磁钢槽、第二磁钢槽内的永磁体的内禀矫顽力，B₂为所述第三磁钢槽、第四磁钢槽的宽度方向的尺寸，H_c2为所述第三磁钢槽、第四磁钢槽内的永磁体的内禀矫顽力，P为电机极数，θ为极角。

较佳地，所述外轮廓线包括第三外轮廓线，所述第三外轮廓线位于相邻的磁钢槽组之间的区域，所述第三外轮廓线为圆弧线。

较佳地，所述第三外轮廓线的半径为所述曲线公式中的R。

较佳地，所述外轮廓线还包括第四外轮廓线，所述第四外轮廓线连接所述第二外轮廓线、第三外轮廓线。

较佳地，所述第四外轮廓线的长度尺寸为0.5mm～4mm；和/或，所述第四外轮廓线为圆弧线。

较佳地，若干所述磁钢槽组绕所述转子冲片的周向均匀分布。

较佳地，所述转子冲片的中间设有内孔，所述内孔用于插入转轴。

较佳地，所述内孔的边缘形成向内凸出的凸键，所述凸键与所述转轴的凹槽相配合。

本发明还提供一种永磁电机转子，所述永磁电机转子包括若干转子冲片，若干转子冲片叠加在一起形成铁芯，所述转子冲片如上述技术方案所述；

所述永磁电机转子还包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体嵌套在所述第一磁钢槽内，所述第二永磁体嵌套在所述第二磁钢槽内，所述第三永磁体嵌套在所述第三磁钢槽内，所述第四永磁体嵌套在所述第四磁钢槽内；

所述第一永磁体、第二永磁体的相对面具有相同的磁极，所述第一永磁体、第三永磁体的相对面具有相异的磁极，所述第二永磁体、第四永磁体的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第三永磁体的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第四永磁体的相对面具有相异的磁极。

较佳地，所述铁芯分为若干铁芯段，相邻的铁芯段绕轴线按不同的角度错开设置。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

上述转子冲片及永磁电机转子，通过双V型磁钢槽结构和特定的外轮廓曲线，可使电机定子、转子之间的气隙磁场波形畸变率降低，再结合转子斜极，可进一步降低电机空载反电势谐波含量，有效地降低转子的齿槽转矩和转矩波动，提升整机的NVH性能。

附图说明

图1为本发明转子冲片的结构示意图。

图2为图1所示的转子冲片的正视图。

图3为本发明永磁电机转子的结构示意图。

图4为图3所示的永磁电机转子的铁芯段的结构示意图。

图5为本发明永磁电机转子的气隙磁密波形分布图。

图6为本发明永磁电机转子的气隙磁密谐波含量分布图。

图7为本发明永磁电机转子的齿槽转矩的测试数据图。

图8为本发明永磁电机转子的反电势波形的测试数据图。

图9为本发明永磁电机转子的相反电势谐波含量的测试数据图。

图10为本发明永磁电机转子的转矩波动的测试数据图。

附图标记说明

转子冲片 100

磁钢槽组 1

第一磁钢槽 11

第二磁钢槽 12

第三磁钢槽 13

第四磁钢槽 14

第一磁桥 15

第二磁桥 16

第三磁桥 17

第四磁桥 18

中心对称面 2

外轮廓线 3

第一外轮廓线 31

第二外轮廓线 32

第三外轮廓线 33

第四外轮廓线 34

内孔 4

凸键 5

第一永磁体 200

第二永磁体 300

第三永磁体 400

第四永磁体 500

铁芯 600

铁芯段 601

轴 700

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1至图2所示为本发明转子冲片的结构示意图。该转子冲片100上设有若干磁钢槽组1，每组磁钢槽组1包括第一磁钢槽11、第二磁钢槽12、第三磁钢槽13和第四磁钢槽14，第一磁钢槽11、第三磁钢槽13位于中心对称面2的一侧，第二磁钢槽12、第四磁钢槽14位于中心对称面2的另一侧，第一磁钢槽11、第二磁钢槽12以中心对称面2为对称面对称设置，第三磁钢槽13、第四磁钢槽14以中心对称面2为对称面对称设置，中心对称面2为与转子冲片100的轴线重合的平面，第一磁钢槽11、第二磁钢槽12相对于第三磁钢槽13、第四磁钢槽14更接近转子冲片100的外周面，

如图2所示，第一磁钢槽11与转子冲片100的外周面之间形成第一磁桥15，第二磁钢槽12与转子冲片100的外周面之间形成第二磁桥16，第一磁桥15、第二磁桥16与转子冲片100的轴线所形成的角为第一极弧角θ₁。第一极弧角θ₁，即为第一磁钢槽11、第二磁钢槽12所嵌套的永磁体所形成的极弧角。

如图2所示，第三磁钢槽13与转子冲片100的外周面之间形成第三磁桥17，第四磁钢槽14与转子冲片100的外周面之间形成第四磁桥18，第三磁桥17、第四磁桥18与转子冲片100的轴线所形成的角为第二极弧角θ₂。第二极弧角θ₂，即为第三磁钢槽13、第四磁钢槽14所嵌套的永磁体所形成的极弧角。第一极弧角θ₁小于第二极弧角θ₂。

以转子冲片100的垂直于轴线的径向平面为极坐标平面，以转子冲片的轴线在极坐标平面上所形成的点为极点O，以中心对称面2在极坐标平面所形成的线为极轴X，转子冲片100的外周面在极坐标平面所形成的线为外轮廓线3，外轮廓线3上的点的极角为θ；

当

时，外轮廓线3为第一外轮廓线31，第一外轮廓线31由以下曲线公式确定，

当

或

时，外轮廓线3为第二外轮廓线32，第二外轮廓线32由以下曲线公式确定，

其中，R为设定的转子冲片100的半径的最大值，μ₀为空气磁导率，B_max为预设的气隙磁密的最大值，B₁为第一磁钢槽11、第二磁钢槽12的宽度方向的尺寸，H_c1为第一磁钢槽11、第二磁钢槽12内的永磁体的内禀矫顽力，B₂为第三磁钢槽13、第四磁钢槽14的宽度方向的尺寸，H_c2为第三磁钢槽13、第四磁钢槽14内的永磁体的内禀矫顽力，P为电机极数，θ为极角。

上述曲线形成的转子冲片的第一外轮廓线31、第二外轮廓线32与定子的内圆之间可形成非均匀气隙，这种按特定规律变化的气隙可使气隙磁场趋向正弦分布，磁场谐波畸变率降低。

如图2所示，外轮廓线3包括第三外轮廓线33，第三外轮廓线33位于相邻的磁钢槽组1之间的区域，第三外轮廓线33为圆弧线。第三外轮廓线33可与定子内圆形成等气隙，使永磁电机Q轴电感增大，提升磁阻转矩。而，第三外轮廓线33的半径最好为曲线公式中的R，即设定的转子冲片100的半径的最大值。

如图2所示，外轮廓线3还包括第四外轮廓线34，第四外轮廓线34连接第二外轮廓线32、第三外轮廓线33。第四外轮廓线34，作为第二外轮廓线32、第三外轮廓线33之间的过渡线段，使第二外轮廓线32可平滑地过渡到第三外轮廓线33，避免了转子冲片100的外轮廓线3出现凸起等现象，使转子叶片100的外轮廓线3加工更简单，使用时不易出现问题。

其中，第四外轮廓线34的长度尺寸最好为0.5mm～4mm。该尺寸的第四外轮廓线34，能更好地使第二外轮廓线32可平滑地过渡到第三外轮廓线33。

其中，第四外轮廓线34最好为圆弧线。圆弧形的第四外轮廓线34，能更好地使第二外轮廓线32可平滑地过渡到第三外轮廓线33。

如图1所示，若干磁钢槽组1绕转子冲片100的周向均匀分布。

如图1和图2所示，转子冲片100的中间设有内孔4，内孔4用于插入转轴。内孔4的边缘形成向内凸出的凸键5，凸键5与转轴的凹槽相配合。凸键5与凹槽相配合，可将转轴的扭矩传递给转子冲片100。

图3至图4所示，永磁电机转子包括若干转子冲片100，若干转子冲片100叠加在一起形成铁芯600；永磁电机转子还包括第一永磁体200、第二永磁体300、第三永磁体400和第四永磁体500，第一永磁体200嵌套在第一磁钢槽11内，第二永磁体300嵌套在第二磁钢槽12内，第三永磁体400嵌套在第三磁钢槽13内，第四永磁体500嵌套在第四磁钢槽14内；第一永磁体200、第二永磁体300的相对面具有相同的磁极，第一永磁体200、第三永磁体400的相对面具有相异的磁极，第二永磁体300、第四永磁体500的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第三永磁体400的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第四永磁体500的相对面具有相异的磁极。通过上述设置，转子冲片100叠压形成铁芯且安装上永磁体后，磁力线以中心对称面2为对称面。

如图3所示，铁芯600分为若干铁芯段601，铁芯段601依次套在轴700上，相邻的铁芯段601绕轴线按不同的角度错开设置。通过上述方式，形成转子斜极，可进一步降低转子冲片100组成的铁芯的齿槽转矩和转矩波动，提升电机性能。

图5、图6所示，为上述永磁电机转子仿真得到气隙磁密波形及谐波总含量，气隙磁密谐波总含量10.8％。

图7、图10所示，为上述永磁电机转子仿真得到转子齿槽转矩波动和电机输出时转子的转矩波动，齿槽转矩峰峰值0.18Nm，电机转矩波动峰峰值15Nm.都达到较优的性能。

图8、图9所示，为上述永磁电机仿真得到三相绕组反相电势波形，及波形的总谐波含量，总谐波总含量是1.58％，达到较优的性能。

上述转子冲片及永磁电机转子，通过双V型磁钢槽结构和特定的外轮廓曲线，可使电机定子、转子之间的气隙磁场波形畸变率降低，再结合转子斜极，可进一步降低电机空载反电势谐波含量，有效地降低转子的齿槽转矩和转矩波动，提升整机的NVH性能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转子冲片，所述转子冲片上设有若干磁钢槽组，其特征在于，

所述磁钢槽组包括第一磁钢槽、第二磁钢槽、第三磁钢槽和第四磁钢槽，所述第一磁钢槽、第三磁钢槽位于中心对称面的一侧，所述第二磁钢槽、第四磁钢槽位于所述中心对称面的另一侧，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽以所述中心对称面为对称面对称设置，所述第三磁钢槽、第四磁钢槽以所述中心对称面为对称面对称设置，所述中心对称面为与所述转子冲片的轴线重合的平面，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽相对于所述第三磁钢槽、第四磁钢槽更接近所述转子冲片的外周面，所述第一磁钢槽、第二磁钢槽所嵌套的永磁体所形成的第一极弧角为θ₁，所述第三磁钢槽、第四磁钢槽所嵌套的永磁体所形成的第二极弧角为θ₂，所述第一极弧角θ₁小于所述第二极弧角θ₂；

以所述转子冲片的垂直于轴线的径向平面为极坐标平面，以所述转子冲片的轴线在所述极坐标平面上所形成的点为极点，以所述中心对称面在所述极坐标平面所形成的线为极轴，所述转子冲片的外周面在所述极坐标平面所形成的线为外轮廓线，所述外轮廓线上的点的极角为θ；

当

时，所述外轮廓线为第一外轮廓线，所述第一外轮廓线由以下曲线公式确定，

当

或

时，所述外轮廓线为第二外轮廓线，所述第二外轮廓线由以下曲线公式确定，

其中，R为设定的转子冲片的半径的最大值，μ₀为空气磁导率，B_max为预设的气隙磁密的最大值，B₁为所述第一磁钢槽、第二磁钢槽的宽度方向的尺寸，H_c1为所述第一磁钢槽、第二磁钢槽内的永磁体的内禀矫顽力，B₂为所述第三磁钢槽、第四磁钢槽的宽度方向的尺寸，H_c2为所述第三磁钢槽、第四磁钢槽内的永磁体的内禀矫顽力，P为电机极数，θ为极角。

2.如权利要求1所述的转子冲片，其特征在于，所述外轮廓线包括第三外轮廓线，所述第三外轮廓线位于相邻的磁钢槽组之间的区域，所述第三外轮廓线为圆弧线。

3.如权利要求2所述的转子冲片，其特征在于，所述第三外轮廓线的半径为所述曲线公式中的R。

4.如权利要求2所述的转子冲片，其特征在于，所述外轮廓线还包括第四外轮廓线，所述第四外轮廓线连接所述第二外轮廓线、第三外轮廓线。

5.如权利要求4所述的转子冲片，其特征在于，所述第四外轮廓线的长度尺寸为0.5mm～4mm；和/或，所述第四外轮廓线为圆弧线。

6.如权利要求1所述的转子冲片，其特征在于，若干所述磁钢槽组绕所述转子冲片的周向均匀分布。

7.如权利要求1所述的转子冲片，其特征在于，所述转子冲片的中间设有内孔，所述内孔用于插入转轴。

8.如权利要求7所述的转子冲片，其特征在于，所述内孔的边缘形成向内凸出的凸键，所述凸键与所述转轴的凹槽相配合。

9.一种永磁电机转子，所述永磁电机转子包括若干转子冲片，若干转子冲片叠加在一起形成铁芯，其特征在于：

所述转子冲片如权利要求1至8任一项所述；

所述永磁电机转子还包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体嵌套在所述第一磁钢槽内，所述第二永磁体嵌套在所述第二磁钢槽内，所述第三永磁体嵌套在所述第三磁钢槽内，所述第四永磁体嵌套在所述第四磁钢槽内；

所述第一永磁体、第二永磁体的相对面具有相同的磁极，所述第一永磁体、第三永磁体的相对面具有相异的磁极，所述第二永磁体、第四永磁体的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第三永磁体的相对面具有相异的磁极，相邻的两个第四永磁体的相对面具有相异的磁极。

10.如权利要求9所述的永磁电机转子，其特征在于，所述铁芯分为若干铁芯段，相邻的铁芯段绕轴线按不同的角度错开设置。

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