CN113224878A - 一种驱动电机和电动汽车 - Google Patents

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CN113224878A CN202110487436.8A CN202110487436A CN113224878A CN 113224878 A CN113224878 A CN 113224878A CN 202110487436 A CN202110487436 A CN 202110487436A CN 113224878 A CN113224878 A CN 113224878A
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殷林鹏
额尔和木巴亚尔
闫柯宇
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Abstract

本申请提供了一种驱动电机和电动汽车，涉及电机技术领域。其中，该驱动电机包括定子部分和转子部分，该转子部分包括多个转子冲片，每个转子冲片上包括多个磁极板，该磁极板为转子冲片上的产生一个磁极的部分，然后在制作器转子冲片时，在转子冲片上个每个磁极板的对称轴上和/或对称轴两侧，制作出多个补偿部件，补偿部件可以为凸起和凹槽，通过改变补偿部件的数量、位置和大小，使得转子冲片满足转子部分与定子部分的形状相匹配，在不增加电机成本和制造难度的前提下，有效降低空载时齿槽转矩，达到取代斜极效果；可以有效较低电机大负荷运行工况下转矩脉动，减小因电机转矩脉动引起的噪声；可以有效降低特定阶次的电磁力，减小特定阶次的噪声。

Description

一种驱动电机和电动汽车
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种驱动电机和电动汽车
背景技术
随着新能源汽车的发展，高功率、大扭矩永磁同步电机越来越多的被用作于车辆上的驱动电机。其中，车载驱动电机的电磁噪声是整车的主要噪声来源之一，其电磁噪声越大，整车的噪声、振动与声振粗糙度(noise vibration harshness，NVH)性能越差。因此，如何降低车载驱动电机的电磁噪声是目前亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述的问题，本申请的实施例提供了一种驱动电机和电动汽车，通过合理的调整转子冲片边缘的修型参数，使得转子部分与定子部分之间的拓扑结构相匹配，提高驱动电机和按照该驱动电机的电动汽车的NVH性能。
为此，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种驱动电机，包括定子部分和转子部分，所述转子部分包括至少一个转子冲片，所述转子冲片，包括：至少一个磁极板，所述磁极板为所述转子冲片上的产生一个磁极的部分；在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴上和/或所述对称轴两侧设置N个补偿部件；其中，所述补偿部件的数量、位置和大小满足让所述转子部分与所述定子部分之间的拓扑结构相匹配，N为大于2的正整数。。
在该实施方式中，在制作器转子冲片时，在转子冲片上个每个磁极板的对称轴上和/或对称轴两侧，制作出多个补偿部件，补偿部件可以为凸起或凹槽，通过改变补偿部件的数量、位置和大小，使得制作出的转子冲片满足转子部分与定子部分的形状相匹配，在不增加电机成本和制造难度的前提下，可以有效降低空载时齿槽转矩，达到取代斜极效果；可以有效较低电机大负荷运行工况下转矩脉动，减小因电机转矩脉动引起的噪声；可以有效降低特定阶次的电磁力，减小特定阶次的噪声。
在一种实施方式中，所述补偿部件为凸起或凹槽，所述凸起为所述转子冲片上的高于所述转子冲片边缘圆周的部分，所述凹槽为所述转子冲片上的低于所述转子冲片边缘圆周的部分。
在一种实施方式中，当N为奇数时，所述N个补偿部件包括第一补偿部件，所述第一补偿部件位于所述磁极板的对称轴上。
在该实施方式中，对于一个磁极板来说，如果设置有奇数个补偿部件，为了保证整个转子冲片整体的对称性，将其中的一个补偿部件设置在直轴上，剩下偶数个补偿部件分别设置在直轴两侧，使得无论是磁极板，还是整个转子冲片，保持对称性。
在一种实施方式中，位于所述磁极板的对称轴两侧的补偿部件数量相同。
在该实施方式中，通过让直轴两侧的补偿部件数量相同，保证磁极板和整个转子冲片保持对称性。
在一种实施方式中，所述补偿部件的形状为圆弧形。
在该实施方式中，优选的让补偿部件为圆弧形，避免出现尖角，如果是凸起，随着电机的使用，转子部分不断的转动，凸起的尖角容易被磨损；如果是凹槽，存在的尖角会影响转子冲片的结构强度。
在一种实施方式中，所述N个补偿部件中各个凸起的高度不大于气隙长度的一半，所述气隙长度为所述转子部分嵌入到所述定子部分内部时，所述至少一个转子冲片的外侧边缘与所述定子部分之间的距离。
在该实施方式中，设计的补偿部件如果是凸起，其高度不得高于转子冲片外侧边缘与定子部分内侧边缘之间的气隙长度的一半，防止转子部分高速旋转时因振动或变形等原因，导致凸起部分与定子部分产生摩擦或碰撞。
在一种实施方式中，所述N个补偿部件中各个凹槽的深度不大于气隙长度。
在该实施方式中，设计的补偿部件如果是凹槽，其深度优选的不得超过转子冲片外侧边缘与定子部分内侧边缘之间的气隙长度的长度，防止凹槽的深度过深，影响转子冲片的结构强度。
在一种实施方式中，所述N个补偿部件中各个补偿部件之间的距离大于1mm。
在该实施方式中，每个补偿部件之间不得相互靠近，如果之间的距离过下，会在转子冲片边缘上产生一个尖角，导致转子冲片外侧形状容易变形。
在一种实施方式中，所述N个补偿部件位于所述转子冲片的外侧边缘上的除隔磁桥所在的区域以外的区域，所述隔磁桥所在的区域为所述磁钢槽的靠近所述转子冲片的外侧边缘的一端与所述转子冲片的外侧边缘之间的区域。
在该实施方式中，设置的各个补偿部件应该避开隔磁桥所在的区域，如果是凹槽，会使得隔慈桥等效厚度变薄，影响转子冲片结构强度。
第二方面，本申请实施例提供了一种驱动电机，包括：定子部分，转子部分，其包括：至少两个转子冲片、至少两个磁钢和一个电机轴，所述至少两个转子冲片叠加布置，叠加布置的转子冲片固定在所述电机轴上，所述至少两个磁钢嵌入所述叠加布置的转子冲片上的磁钢槽；所述转子冲片包括：至少一个磁极板，所述磁极板为所述转子冲片上的产生一个磁极的部分；在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴上设置一个凸起，在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴两侧设置四个凹槽；其中，所述一个凸起和所述四个凹槽之间的位置、各个凸起和各个凹槽的大小满足让所述转子部分与所述定子部分之间的拓扑结构相匹配。。
第三方面，本申请实施例提供了一种电动汽车，包括至少一个用于执行如第一方面和第二方面各个可能实现的驱动电机。
本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施例部分予以详细说明。
附图说明
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的一种驱动电机的剖面结构示意图；
图2为本申请实施例提供的转子部分的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的转子冲片的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的转子冲片上6个D轴示意图；
图5为本申请实施例提供的一个双V型结构的磁极板中五种类型的凸起或凹槽的结构示意图；
图6(a)为本申请实施例提供的一个双V型结构的磁极板中位置角、开口角和深度或高度关系示意图；
图6(b)为本申请实施例提供的一个双V型结构的磁极板中凹槽部分放大图；
图6(c)为本申请实施例提供的一个双V型结构的磁极板中凸起部分放大图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体的连接；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申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
申请技术方案保护的一种驱动电机，包括转子部分和定子部分，转子部分嵌入在定子部分内部。转子部分包括至少一个转子冲片、一个电机轴和至少两个磁钢，至少一个转子冲片叠加在一起，将至少两个磁钢固定在电机轴上。
本申请实施例中，为了提高驱动电机的NVH性能，在每个转子冲片的外侧边缘且处于直轴(也即D轴)上和/或D轴两侧设置N个补偿部件，该D轴为转子冲片上的磁极板的对称轴，磁极板为转子冲片上的当转子冲片的磁钢槽中嵌入磁钢时产生一个磁极的部分，该补偿部件为凸起或凹槽，N为大于2的正整数。其中，当N为偶数时，每个补偿部件均位于D轴两侧，且两侧的补偿部件的数量相同；当N为奇数时，N个补偿部件中有一个位于D轴上，其它的补偿部件均位于D轴两侧，且两侧的补偿部件的数量相同。
本申请通过合理调整转子冲片外表面的修型参数，如在转子冲片的外侧边缘上设置有不同数量的凸起或凹槽、在转子冲片的外侧边缘的不同位置上设置凸起或凹槽、改变凸起或凹槽的深度和开口形状等方式，使得转子部分和定子部分之间的拓扑结构相配合，在不增加电机成本和制造难度的前提下，可以有效降低空载时齿槽转矩，达到取代斜极效果；可以有效较低电机大负荷运行工况下转矩脉动，减小因电机转矩脉动引起的噪声；可以有效降低特定阶次的电磁力，减小特定阶次的噪声。
下面以6极54槽双V型磁钢永磁同步电机为例来讲述本申请方案，本申请在此仅以该类型的电机为例，并不仅限电机的种类和类型，其它种类和类型的电机同样适用本申请上述描述的方案。
图1为本申请实施例提供的一种驱动电机的剖面结构示意图。如图1所示，该驱动电机包括定子部分10和转子部分20，转子部分20设置在定子部分10内部。在该驱动电机中，定子部分10一般由外壳、至少一个定子冲片和电枢绕组构成，至少一个定子冲片叠加在一起形成一个圆环，设置在外壳内部。在每个定子冲片上设有凹槽，多个定子冲片叠加在一起后的圆环上，形成54个定子齿槽，用于嵌套电枢绕组，使得电枢绕组在通电的情况下，在定子部分10内部产生交变磁通。
如图2所示，转子部分20一般包括至少一个转子冲片210、电机轴220和多个磁钢(被转子冲片覆盖未示出)。每一个转子冲片210的结构和形状完全相同，在每个转子冲片210上设置24个磁钢槽，分为四种类型，每种类型有6个。多个转子冲片210按照同一类型磁钢槽对齐的方式叠加在一起，使得叠加后的整体转子冲片上有24个通孔，也分为四种类型，每种类型有6个。然后将叠加后的转子冲片210固定在电机轴220上。
将多个磁钢分别嵌入到叠加后的转子冲片210上的24个通孔中，使得在转子部分20上产生永磁磁通。当定子部分10的电枢绕组中通入交流电时，产生的交变磁通与转子部分20产生的永磁磁通之间相互作用，使得转子部分20在定子部分10内转动。
如图3所示的一个转子冲片210，该转子冲片210为一个圆环形的硅钢片，其中间圆形通孔用于嵌套在电机轴220上，使转子冲片210固定在电机轴上。转子冲片210上包括四种类型的磁钢槽(211-N，212-N，213-N，214-N)，且每种类型的磁钢槽有6个。
其中，磁钢槽211-N和磁钢槽212-N的形状相同，且两者在转子冲片210上的位置呈“V”字型(或倒“八”字型)；磁钢槽213-N和磁钢槽214-N的形状相同，且两者在转子冲片210上的位置也呈“V”字型(或倒“八”字型)。磁钢槽211-N和磁钢槽212-N构成的“V”字型叠在磁钢槽213-N和磁钢槽214-N构成的“V”字型上侧(也即靠近转子冲片210的外侧)，从而构成双V型结构的磁极板。对于一个转子冲片210来说，一共有6个双V型结构的磁极板，且形状完全相同，每一个磁极板产生一个磁极。
对于一个双V型结构的磁极板，其中间的对称轴，即为D轴。一个转子冲片210来说，一共有6个双V型结构的磁极板，所以有6个D轴，分布位置可以参考图4所示。
本申请中，在转子冲片210的外侧边缘上，处在每一个D轴上设置一个凸起，在每一个D轴的两侧分别设置两个凹槽。如图5所示，一个双V型结构的磁极板中，在转子冲片210的外侧边缘上，有五种类型的凸起或凹槽(215-N，216-N，217-N，218-N，219-N)。其中，凸起215-N位于转子冲片210的外侧且在D轴上，凹槽216-N和凹槽217-N分别位于转子冲片210的外侧且在凸起215-N的两侧，凹槽218-N和凹槽219-N分别位于转子冲片210的外侧且在凹槽216-N和凹槽217-N的两侧。
其中，凹槽216-N与凸起215-N之间的距离(设为d1)和凹槽217-N与凸起215-N之间的距离(设为d2)可以相同，也可以不相同；凹槽218-N与凹槽216-N之间的距离(设为d3)和凹槽219-N与凹槽219-N之间的距离(设为d4)可以相同，也可以不相同。但是，距离d1、距离d2、距离d3和距离d4的数值都大于设定阈值(如大于1mm)，或距离d1、距离d2、距离d3和距离d4的弧长对应的圆心角大于1°，本申请中的各个凸起或凹槽之间分离，以避免凹槽与凹槽、凹槽与凸起之间相连，导致相互产生干扰，要让每个凹槽或凸起保持完整性，以及考虑到转子表面的结构强度问题，如两个弧形凹槽相交，就会产生一个尖角，会导致转子冲片210外侧形状容易发生变形。
可选地，凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N处在转子冲片外侧边缘上的位置要避开隔磁桥的位置，隔磁桥的位置为磁钢槽(211-N，212-N，213-N，214-N)靠近转子冲片210外侧的一端与转子冲片210外侧之间区域，由于磁钢槽(211-N，212-N，213-N，214-N)靠近转子冲片210外侧的一端与转子冲片210外侧之间的距离比较短，如果在此区域再设置凹槽，会使得隔慈桥等效厚度变薄，影响转子冲片结构强度。
对于凸起215-N来说，其凸起的形状可以为任意形状，如三角形、矩形、圆弧形等其它形状，也可以为不规则形状，本申请在此不作限定。
示例性地，以凸起215-N的形状为圆弧形为例，如图6(a)和图6(c)所示，其大小可以用开口角α2和高度h2来表示，开口角α2为弧形两端点(C和D)分别与转子冲片210圆心的连线之间的夹角，高度h2为弧形顶部与转子冲片210圆周的径向直线距离。其中，凸起215-N的高度h2不得高于转子冲片210外侧边缘与定子部分10内侧边缘之间的气隙长度的一半，以防止转子部分20在高速旋转时，因振动或变形等原因，导致凸起部分与定子部分10产生摩擦或碰撞，使得转子冲片210发生形变。
对于凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N来说，四种凹槽的形状可以相同，也可以让凹槽216-N和凹槽217-N的形状相同，让凹槽218-N和凹槽219-N的形状相同，也可以让四种凹槽的形状均不相同。这四种凹槽的形状可以为任意形状，如三角形、矩形、圆弧形等其它形状，也可以为不规则形状，本申请在此不作限定。
示例性地，以凹槽216-N和凹槽217-N的形状相同且均为圆弧形为例，如图6(a)和图6(b)所示，其圆弧形的位置和大小可以用开口角α1、位置角γ1和深度h1来表示，开口角α1为弧形两端点(A和B)分别与转子冲片210圆心的连线夹角，位置角γ1为弧形的弧长中心点到转子冲片210圆心的连线，与D轴之间的夹角，深度h1为弧形底部与转子冲片210圆周的径向直线距离。
另外，凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N的深度h一般不超过气隙长度，以免凹槽的深度过深，影响转子冲片210的结构强度。当然，如果气隙长度特别的短，凹槽的深度h也可以大于气隙长度，否则由于凹槽的深度h比较小，无法达到修型的效果。
可选地，位于最外侧的凹槽218-N和凹槽219-N位置角与开口角之间应满足以下约束关系满足(γ+α/2)＜30°，以防止影响相邻双V型结构的磁极板上设置凸起或凹槽。
对于整个转子冲片210来说，6个双V型结构的磁极板的形状完全相同，使得转子冲片210为轴对称结构，从而整个转子部分20上产生的均匀磁场，后续当中枢绕组通电的情况下，转子部分20转动的角速度为匀速角速度。
本申请不仅可以通过改变凸起215-N、凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N的位置和大小，让设计的凸起或凹槽与磁钢、隔磁桥、磁钢槽和定子部分10的形状相匹配，还可以改变凸起215-N、凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N。示例性地，将凸起215-N替换成一个凹槽，将凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N中的一个或多个替换成凸起，然后重新调整各个凸起或凹槽的位置角γ、开口角α和深度或高度h的参数，确定与磁钢、隔磁桥、磁钢槽和定子部分10的形状相匹配的各个凸起或凹槽的位置和大小。
可选地，还可以通过增加两个、四个或更多个凸起或凹槽，分别依次设置在凹槽217-N和凹槽218-N的两侧，然后再重新调整各个凸起或凹槽的位置角γ、开口角α和深度或高度h的参数，确定与磁钢、隔磁桥、磁钢槽和定子部分10的形状相匹配的各个凸起或凹槽的位置和大小。
本申请实施例中，以6极54槽双V型磁钢永磁同步电机为例，在制作器转子冲片时，在冲片的每个D轴上制作出一个凸起，在每个D轴两侧分别制作出两个凹槽，通过调节凹槽的位置和大小，使得制作出的转子冲片满足转子部分20与定子部分10的形状相匹配，在不增加电机成本和制造难度的前提下，可以有效降低空载时齿槽转矩，达到取代斜极效果；可以有效较低电机大负荷运行工况下转矩脉动，减小因电机转矩脉动引起的噪声；可以有效降低特定阶次的电磁力，减小特定阶次的噪声。
本申请中，将凸起215-N、凹槽216-N、凹槽217-N、凹槽218-N和凹槽219-N的位置和大小用位置角γ、开口角α和深度或高度h这三个参数来表示，方便通过调节每个凸起或凹槽的位置角γ、开口角α和深度或高度h的参数，来确定出转子冲片上的与磁钢、隔磁桥、磁钢槽和定子部分10的形状相匹配的各个凸起或凹槽的位置和大小，从而快速的确定各个凸起或凹槽的位置和大小。
对于本申请实施例提供的6极54槽双V型磁钢永磁同步电机，如图6(a)-图6(c)中，本申请设计的转子冲片210中，有6个磁极板，每个磁极板上有一个凸起和四个凹槽，凸起215-N位于磁极板的D轴上，其大小为：开口角α2＝5.0°和高度h2＝0.50mm；凹槽216-N和凹槽217-N分别位于凸起215-N的两侧，且两个凹槽的大小和与凸起215-N之间的距离相同，其位置和大小为：开口角α1＝8.35°，位置角γ1＝7.80°和深度h1＝0.80mm；凹槽218-N和凹槽219-N分别位于凹槽216-N和凹槽217-N两侧。其中，凹槽218-N与凹槽216-N之间的距离等于凹槽216-N与凸起215-N之间的距离，凹槽219-N与凹槽217-N之间的距离等于凹槽217-N与凸起215-N之间的距离，且凹槽218-N和凹槽219-N的大小与凹槽216-N和凹槽217-N相同。通过将本申请设计的转子冲片装入驱动电机中进行实现模拟，实验结果表明，该驱动电机的电磁噪声得到明显的降低，特定阶次的噪声降低了约5-10dB。而且有效的较低空载时齿槽转矩，达到取代斜极效果。
本申请实施例还提供了一种电动汽车，其包括至少一个驱动电机，该驱动电机可以为上述图1-图6以及相应内容描述的驱动电机。由于该电动汽车包括该驱动电机，因此该电动汽车具有驱动电机的所有或至少部分优点。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种驱动电机，包括定子部分和转子部分，所述转子部分包括至少一个转子冲片，其特征在于，所述转子冲片，包括：
至少一个磁极板，所述磁极板为所述转子冲片上的产生一个磁极的部分；
在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴上和/或所述对称轴两侧设置N个补偿部件；其中，所述补偿部件的数量、位置和大小满足让所述转子部分与所述定子部分之间的拓扑结构相匹配，N为大于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述补偿部件为凸起或凹槽，所述凸起为所述转子冲片上的高于所述转子冲片边缘圆周的部分，所述凹槽为所述转子冲片上的低于所述转子冲片边缘圆周的部分。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电机，其特征在于，当N为奇数时，所述N个补偿部件包括第一补偿部件，所述第一补偿部件位于所述磁极板的对称轴上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的驱动电机，其特征在于，位于所述磁极板的对称轴两侧的补偿部件数量相同。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的驱动电机，其特征在于，所述补偿部件的形状为圆弧形。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的驱动电机，其特征在于，所述N个补偿部件中各个凸起的高度不大于气隙长度的一半，所述气隙长度为所述转子部分嵌入到所述定子部分内部时，所述至少一个转子冲片的外侧边缘与所述定子部分之间的距离。
7.根据权利要求2-5任意一项所述的驱动电机，其特征在于，所述N个补偿部件中各个凹槽的深度不大于气隙长度。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的驱动电机，其特征在于，所述N个补偿部件中各个补偿部件之间的距离大于1mm。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的驱动电机，其特征在于，所述N个补偿部件位于所述转子冲片的外侧边缘上的除隔磁桥所在的区域以外的区域，所述隔磁桥所在的区域为所述磁钢槽的靠近所述转子冲片的外侧边缘的一端与所述转子冲片的外侧边缘之间的区域。
10.一种驱动电机，其特征在于，包括：
定子部分，
转子部分，其包括：至少两个转子冲片、至少两个磁钢和一个电机轴，所述至少两个转子冲片叠加布置，叠加布置的转子冲片固定在所述电机轴上，所述至少两个磁钢嵌入所述叠加布置的转子冲片上的磁钢槽；
所述转子冲片包括：
至少一个磁极板，所述磁极板为所述转子冲片上的产生一个磁极的部分；
在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴上设置一个凸起，在所述转子冲片的外侧边缘且处于每个磁极板的对称轴两侧设置四个凹槽；其中，所述一个凸起和所述四个凹槽之间的位置、各个凸起和各个凹槽的大小满足让所述转子部分与所述定子部分之间的拓扑结构相匹配。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括至少一个用于执行如权利要求1-10中的任一项所述的驱动电机。
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