CN114039437A - 电机转子及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机转子及永磁同步电机，涉及电机领域。电机转子包括：转子铁芯具有沿圆周方向间隔均匀分布的至少两组径向磁钢槽组，转子铁芯还具有至少两个切向磁钢槽，切向磁钢槽沿转子铁芯的径向延伸，且每个切向磁钢槽设置于相邻两组径向磁钢槽组之间，且任意相邻两个径向磁钢槽组之间的切向磁钢槽关于极间中心线呈轴对称；至少两组安装于径向磁钢槽组内的第一永磁体组以及至少两个安装于切向磁钢槽内的第二永磁体。本发明通过混合磁路的布置，形成具有高正弦度，低谐波含量的转子励磁磁场，使得电机具有较低的谐波损耗，同时降低电机的转矩脉动，优化电机的振动噪声品质。可在转矩密度和弱磁能力两方面均满足新能源车辆的要求。

Description

电机转子及永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及一种电机转子及永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机相比异步电机具有高效节能、高转矩密度、体积小重量轻等特点。

但是，永磁同步电机在新能源汽车轨道交通等领域使用时，由于其受安装尺寸限制，对电机的转矩密度要求越来越高，且新能源，轨道交通车辆对驱动电机调速范围要求较宽，对永磁同步电机的弱磁能力要求较高，现有永磁同步电机在转矩密度和弱磁能力同时满足要求的技术难度越来越大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电机转子及永磁同步电机，旨在解决现有永磁同步电机转矩密度和弱磁能力弱的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提出的一种电机转子，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯具有沿转子铁芯的圆周方向间隔均匀分布的至少两组径向磁钢槽组，所述径向磁钢槽组包括至少两个磁钢插槽，至少两个磁钢插槽在所述转子铁芯的径向上彼此间隔开，所述转子铁芯还具有至少两个切向磁钢槽，所述切向磁钢槽沿所述转子铁芯的径向延伸，且每个所述切向磁钢槽设置于相邻两组所述径向磁钢槽组之间；所述径向磁钢槽组沿对应的磁极中心线呈轴对称，任意相邻两个所述切向磁钢槽均沿所述磁极中心线呈轴对称，相邻两个磁极具有极间中心线，任意相邻两个所述径向磁钢槽组均关于对应的极间中心线对称，且所述任意相邻两个所述径向磁钢槽组之间的切向磁钢槽关于所述极间中心线呈轴对称；

至少两组第一永磁体组，所述第一永磁体组安装于所述径向磁钢槽组内，以在所述转子铁芯的径向截面上用于径向充磁；以及

至少两个第二永磁体，所述第二永磁体安装于所述切向磁钢槽内，以在所述转子铁芯的径向截面上用于切向充磁。

在一实施例中，至少两个磁钢插槽包括第一磁钢插槽和第二磁钢插槽，所述第一磁钢插槽设置于所述第二磁钢插槽的径向外侧；

其中，所述第一永磁体组至少包括第一分永磁体，所述第一分永磁体设置于所述第一磁钢插槽内。

在一实施例中，在所述径向截面上，所述第二磁钢插槽的长度方向上的轴线垂直于所述磁极中心线。

在一实施例中，所述第二磁钢插槽与对应的切向磁钢槽之间的夹角为钝角。

在一实施例中，所述第一磁钢插槽包括第一槽段和第二槽段，所述第一槽段和所述第二槽段之间具有夹角，所述第一槽段和所述第二槽段的连接处朝向所述转子铁芯的中心轴线。

在一实施例中，所述第一槽段和所述第二槽段之间的夹角为α，α满足90°＜α＜180°。

在一实施例中，在所述径向截面上，所述第一磁钢插槽的长度方向上的轴线垂直于所述磁极中心线。

在一实施例中，相邻两个所述第二永磁体的中心线所成的角度为N，N满足N=360/p，其中，p为电机转子磁极的极数。

在一实施例中，所述切向磁钢槽的数量等于p，所述径向磁钢槽组中的任一磁钢插槽的数量等于p，其中，p为电机转子磁极的极数。

在一实施例中，在所述径向截面上，所述第一永磁体组中任一分永磁体和所述第二永磁体的截面形状均为多边形，且多边形的边数为n，所述n≥4。

第二方面，本发明还提供了一种永磁同步电机，包括机壳和位于机壳内的定子，所述定子具有定子内孔，还包括：如上所述的电机转子，所述电机转子可旋转地设于所述定子内孔内。

本发明提供了一种电子转子和永磁同步电机，该电机转子通过在所述转子铁芯内开设沿所述转子铁芯的圆周方向间隔均匀且交错布置的至少两个径向磁钢槽组和至少两个切向磁钢槽，其中，径向磁钢槽组包括至少两个所述转子铁芯的径向上彼此间隔的磁钢插槽，至少两个磁钢插槽中位于径向内侧的磁钢插槽的两侧均设有隔磁桥，从而结合插接的第一永磁体组在所述转子铁芯的径向截面上用于径向充磁，切向磁钢槽内沿转子铁芯的径向延伸，且径向磁钢槽沿对应的磁极中心线呈轴对称，以及所述任意相邻两个所述径向磁钢槽组之间的切向磁钢槽关于所述极间中心线呈轴对称，使得插接于内的第二永磁体同时为两侧相邻的磁极提供相反方向的励磁磁场，也即是通过径向励磁和切向励磁混合布置，可以有效提高电机的转矩密度，且径向励磁的多层磁路的布置使得磁钢的抗去磁能力及电机弱磁率得到增强，提高凸极率可拓宽电机恒功率调速范围，从而在转矩密度和弱磁能力两方面均满足新能源车辆驱动电机对永磁同步电机的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电机转子一实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明电机转子另一实施例的结构示意图；

图4为本发明电机转子又一实施例的结构示意图；

图5为本发明电机转子再一实施例的结构示意图；

图6为本发明电机转子一实施例的气隙磁密波形图；

图7为本发明电机转子一实施例的气隙磁密波形图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	转子铁芯	11	切向磁钢槽
12	径向磁钢槽组	121	第一磁钢插槽
				122	第二磁钢插槽	1211	第一槽段
1212	第二槽段	13	隔磁桥
				14	贯穿孔	21	第一永磁体组
211	第一分永磁体	212	第二分永磁体
				22	第二永磁体	A	极间中心线
B	磁极中心线

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。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。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

相关技术中，永磁同步电机使用在新能源汽车、轨道交通等领域时，由于受安装尺寸限制，对电机的转矩密度要求越来越高，且车辆的驱动电机调速范围宽，对永磁同步电机的弱磁能力要求较高，因此现有永磁同步电机难以在转矩密度和弱磁能力同时满足车辆驱动电机的要求。

为此，本申请提供一种电机转子，通过在转子铁芯的任意两组径向磁钢槽组之间开设一个沿转子铁芯的径向延伸的切向磁钢槽，为相邻两个磁极同时提供相反的切向励磁，使得径向励磁和切向励磁混合布置，以增加聚磁效果，有效增加电机转矩密度。同时径向磁钢槽组由至少两个磁钢插槽构成，结合插接于内的永磁体构成至少两层磁路，至少两层磁路的布置使得磁钢的抗去磁能力及电机弱磁率得到增强，提高凸极率，以拓宽电机恒功率调速范围。

下面结合一些具体实施例进一步阐述本申请的发明构思。

参阅图1，本实施例中，一种电机转子，包括：转子铁芯10，以及至少两个第一永磁体组21与至少两个第二永磁体22。

其中，转子铁芯10具有沿转子铁芯10的圆周方向间隔均匀分布的至少两组径向磁钢槽组12，径向磁钢槽组12包括至少两个磁钢插槽，至少两个磁钢插槽在转子铁芯10的径向上彼此间隔开，转子铁芯10还具有至少两个切向磁钢槽11，切向磁钢槽11沿转子铁芯10的径向延伸，且每个切向磁钢槽11设置于相邻两组径向磁钢槽组12之间；径向磁钢槽组12沿对应的磁极中心线B呈轴对称，任意相邻两个切向磁钢槽11均沿磁极中心线B呈轴对称，相邻两个磁极具有极间中心线A，任意相邻两个径向磁钢槽组12均关于对应的极间中心线A对称，且任意相邻两个径向磁钢槽组12之间的切向磁钢槽11关于极间中心线A呈轴对称。

第一永磁体组21安装于径向磁钢槽组12内，以在转子铁芯10的径向截面上用于径向充磁。第二永磁体22安装于切向磁钢槽11内，以在转子铁芯10的径向截面上用于切向充磁。

具体而言，转子铁芯10可为由硅钢片重叠而成的柱状结构。转子铁芯10的中心轴线处可开设一沿转子铁芯10的轴向贯穿转子铁芯10的安装孔，安装孔可用于安装电机的转轴。转子铁芯10可在转轴的带动下绕转子铁芯10的中心轴线转动。转子铁芯10具有沿转子铁芯10的圆周方向均匀间隔开且交错布置的至少两个径向磁钢槽组12和至少两个切向磁钢槽11。也即是相邻两组径向磁钢槽组12之间设置有一个沿转子铁芯10的径向延伸的切向磁钢槽11。径向磁钢槽组12内插接有与其形状相匹配的第一永磁体组21，而切向磁钢槽11内插接有形状也相匹配的第二永磁体22。第一永磁体组21中的任一分永磁体和第二永磁体22均为磁钢片。

径向磁钢槽组12和切向磁钢槽11均沿转子铁芯10的轴向贯穿转子铁芯10。其中，每组径向磁钢槽组12以及插接于径向磁钢槽组12内的第一永磁体组构成转子铁芯10的一个磁极。在一实施例中，沿转子铁芯10的圆周方向均匀布置有8组径向磁钢槽组12，即8个磁极。值得一提的是，本实施例中对磁极的数量并不限制，只要磁极的数量为偶数即可。其中，磁极中心线B通过转子铁芯10的中心轴线,且相邻磁极之间具有通过转子铁芯10的中心轴线的极间中心线A。

每个磁极在转子铁芯10的径向上包括至少两个磁钢插槽，即至少两层磁路结构。每个磁钢插槽均与转子铁芯10的径向之间存在夹角，即磁钢插槽的整体或者部分沿转子铁芯10的径向截面所在圆上的任一弦延伸。径向磁钢槽组12沿对应的磁极中心线B呈轴对称，且任意相邻两个径向磁钢槽组12均关于对应的极间中心线A对称，即在转子铁芯10的径向截面上将转子铁芯10等分为多个磁极区域后，磁极区域的角平分线即为磁极中心线B，在每个磁极区域内开设有以磁极中心线B为对称轴的径向磁钢槽组12。由此，径向磁钢槽组12中位于以转子铁芯10的圆心为圆心的同一环形区域内的所有磁钢插槽构成同一层的磁路结构。同一层磁路结构中的相邻的磁钢插槽彼此间隔开。

转子铁芯10的每个磁极之间通过切向磁钢槽11隔开，切向磁钢槽11沿转子铁芯10的径向延伸，从而和插接于切向磁钢槽11内的第二永磁体22形成电机转子的切向励磁。由于每个切向磁钢槽11设置于相邻两组径向磁钢槽组12之间，且该切向磁钢槽11的中心线与相邻两组径向磁钢槽组12对应的极间中心线A共线。

此时，相邻两个第二永磁体22的中心线所成的角度为N，N满足N=360/p，其中，p为电机转子磁极的极数。因此，切向磁钢槽11结合插接于内的第二永磁体22可同时给相邻磁极提供相反的切向励磁。其中，切向磁钢槽11的数量等于p，径向磁钢槽组12中的任一磁钢插槽的数量等于p，其中，p为电机转子磁极的极数。即参阅图1，有8个磁极时，切向磁钢槽的数量为8个，还包括8组径向磁钢槽组12，每组径向磁钢槽组12中的任一磁钢插槽的数量均为8。

切向磁钢槽11和内层的磁钢插槽之间的隔磁桥13可以减少电机漏磁，增强了转子机械强度及转子可靠性，隔磁桥的宽度根据转子机械强度及极间漏磁大小综合选取。

本实施例中，磁极包括多层磁路结构，内层的磁路结构的布置可以规整磁路，尤其对第二永磁体22边缘的漏磁起到屏蔽作用，同时可以减小磁极d轴电感，增加磁阻转矩。同时内层的磁路结构的布置使得磁钢的抗去磁能力及电机弱磁率得到增强，提高电机凸极率，以拓宽电机恒功率调速范围。

且本实施例中，每个切向磁钢槽11设置于相邻两组径向磁钢槽组12之间，以结合插接于内的第二永磁体22可同时给相邻磁极提供相反的切向励磁，该切向励磁结构的应用可以增加电机转子的聚磁能力，有效提高电机的转矩密度。通过上述混合磁路的布置，参阅图6和图7，形成具有高正弦度、低谐波含量的转子励磁磁场，使得电机具有较低的谐波损耗，同时改善气隙磁密波形和反电势波形，降低齿槽转矩和高速转矩脉动，进而降低电机的转矩脉动，优化电机的振动噪声品质。

参阅图1至图5，在一实施例中，至少两个磁钢插槽包括第一磁钢插槽121和第二磁钢插槽122，所述第一磁钢插槽121设置于所述第二磁钢插槽122的径向外侧；

其中，所述第一永磁体组21至少包括第一分永磁体211，所述第一分永磁体211设置于所述第一磁钢插槽121内。

具体而言，电机转子的径向励磁包括两层磁路结构，其中，位于外层的为第一磁钢插槽121，位于内层的为第二磁钢插槽122。为了便于磁路在外层磁路结构上磁通的流通，以及内层磁路结构对切向磁钢边缘的漏磁起到屏蔽作用，第一磁钢插槽121与相邻的切向磁钢槽11的间距大于第二磁钢插槽122与相邻的切向磁钢槽11的间距。此时，切向磁钢槽11和第二磁钢插槽122之间的隔磁桥13可以减少电机漏磁，增强了转子机械强度及转子可靠性，隔磁桥13的宽度根据转子机械强度及极间漏磁大小综合选取。

第一永磁体组21至少包括第一分永磁体211，从而第一分永磁体211插接于第一磁钢插槽121，形成外层磁路结构。

参阅图1和图4，而第二磁钢插槽122内可一一对应插接有第二分永磁体212以形成径向励磁的内层磁路结构，不仅可放置磁钢，提高转矩密度，而且还可使得磁钢的抗去磁能力及电机弱磁率得到增强，结合径向励磁的多层布置形成的高凸极率可拓宽电机恒功率调速范围。

或者，在另一些实施例中，参阅图3和图5，第二磁钢插槽122内并没有插接第二分永磁体212，从而使得内层磁钢插槽形成屏蔽槽，可规整电机的磁路，对切向励磁边缘的漏磁起到屏蔽作用。

在一实施例中，参阅图1和图3，在径向截面上，第二磁钢插槽122的长度方向上的轴线垂直于磁极中心线B。

具体而言，第二磁钢插槽122形成为垂直于磁极中心线B的一字型槽，此时第二分永磁体212大致上构造为相匹配的一字型。且较佳的，第二磁钢插槽122与对应的切向磁钢槽11之间的夹角为钝角。

参阅图1和图3，在一实施例中，第一磁钢插槽121包括第一槽段1211和第二槽段1212，第一槽段1211和第二槽段1212之间具有夹角，第一槽段1211和第二槽段1212的连接处朝向转子铁芯10的中心轴线。

具体而言，第一磁钢插槽121为第一槽段1211和第二槽段1212组成的V型磁钢插槽。第一槽段1211和第二槽段1212的连接处，即V型磁钢插槽的闭合端，朝向转子铁芯10的圆心，即中心轴线。第一槽段1211和第二槽段1212的开口处，即V型磁钢插槽的开口端朝向转子铁芯10的径向外侧壁。第一槽段1211和第二槽段1212内均插接有第一分永磁体211，两个第一永磁体组21组成一V型磁钢结构。相较于一型磁钢结构，V型磁钢结构具有更好的聚磁效应，可提高磁钢利用率，同时V型磁钢结构和转子铁芯10的径向外侧壁之间的扇形铁芯磁路有利于增大磁极的q轴电感，从提高电机的磁阻转矩。

第一槽段1211和第二槽段1212之间的夹角可以为直角或者锐角，较佳的，第一槽段1211和第二槽段1212之间的夹角为α，α满足90°＜α＜180°，即夹角为钝角。

在一实施例中，参阅图4和图5，在径向截面上，第一磁钢插槽121的长度方向上的轴线垂直于磁极中心线B。

具体而言，本实施例中，第一磁钢插槽121也设置为一字型，此时，第一磁钢插槽121和第二磁钢插槽122相互平行，不仅可以减小d轴电感，增加磁阻转矩，且结合插接于其中的第二分永磁体212可以进一步提高转矩密度。

在一实施例中，在径向截面上，所述第一永磁体组21中任一分永磁体和所述第二永磁体22的截面形状均为多边形，且多边形的边数为n，所述n≥4。

具体而言，第一分永磁体211和第二分永磁体212以及第二永磁体22的截面形状均可构造为矩形、六边形等，本实施例对此并不限制。且值得一提的是，第一分永磁体211和第二分永磁体212以及第二永磁体22均为轴对称图形，由于径向磁钢槽组12沿对应的磁极中心线B呈轴对称，第一分永磁体211和第二分永磁体212的对称轴即为所在的磁极中心线B。而任意相邻两个径向磁钢槽组12之间的切向磁钢槽11关于极间中心线A呈轴对称，所以第二永磁体22对称轴即为所在的极间中心线A。

在一实施例中，转子铁芯10还具有多个沿转子铁芯10的轴向贯通且沿转子铁芯10的圆周方向间隔开布置的多个贯穿孔14。

参阅图1、图3、图4和图5，在转子铁芯10的轭部挖有轴向贯通的多个贯穿孔14，以减轻转子铁芯10重量。贯穿孔14的数量可与磁极一致，并与磁极相对应设置，从而避免贯穿孔14的设置影响磁路。

本发明还提出一种永磁同步电机，该永磁同步电机包括机壳、位于机壳内的定子，以及电机转子。定子具有定子内孔，电机转子可旋转地设于定子内孔内。该电机转子的具体结构参照上述实施例，由于本永磁同步电机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种电机转子，其特征在于，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯具有沿转子铁芯的圆周方向间隔均匀分布的至少两组径向磁钢槽组，所述径向磁钢槽组包括至少两个磁钢插槽，至少两个磁钢插槽在所述转子铁芯的径向上彼此间隔开，所述转子铁芯还具有至少两个切向磁钢槽，所述切向磁钢槽沿所述转子铁芯的径向延伸，且每个所述切向磁钢槽设置于相邻两组所述径向磁钢槽组之间；所述径向磁钢槽组沿对应的磁极中心线呈轴对称，任意相邻两个所述切向磁钢槽均沿所述磁极中心线呈轴对称，相邻两个磁极具有极间中心线，任意相邻两个所述径向磁钢槽组均关于对应的极间中心线对称，且所述任意相邻两个所述径向磁钢槽组之间的切向磁钢槽关于所述极间中心线呈轴对称；

至少两组第一永磁体组，所述第一永磁体组安装于所述径向磁钢槽组内，以在所述转子铁芯的径向截面上用于径向充磁；以及

至少两个第二永磁体，所述第二永磁体安装于所述切向磁钢槽内，以在所述转子铁芯的径向截面上用于切向充磁。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，至少两个磁钢插槽包括第一磁钢插槽和第二磁钢插槽，所述第一磁钢插槽设置于所述第二磁钢插槽的径向外侧；

其中，所述第一永磁体组至少包括第一分永磁体，所述第一分永磁体设置于所述第一磁钢插槽内。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，在所述径向截面上，所述第二磁钢插槽的长度方向上的轴线垂直于所述磁极中心线。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第二磁钢插槽与对应的切向磁钢槽之间的夹角为钝角。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁钢插槽包括第一槽段和第二槽段，所述第一槽段和所述第二槽段之间具有夹角，所述第一槽段和所述第二槽段的连接处朝向所述转子铁芯的中心轴线。

6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽段和所述第二槽段之间的夹角为α，α满足90°＜α＜180°。

7.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，在所述径向截面上，所述第一磁钢插槽的长度方向上的轴线垂直于所述磁极中心线。

8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，相邻两个所述第二永磁体的中心线所成的角度为N，N满足N=360/p，其中，p为电机转子磁极的极数。

9.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述切向磁钢槽的数量等于p，所述径向磁钢槽组中的任一磁钢插槽的数量等于p，其中，p为电机转子磁极的极数。

10.根据权利要求1至9任一项所述的电机转子，其特征在于，在所述径向截面上，所述第一永磁体组中任一分永磁体和所述第二永磁体的截面形状均为多边形，且多边形的边数为n，所述n≥4。

11.一种永磁同步电机，包括机壳和位于机壳内的定子，所述定子具有定子内孔，其特征在于，还包括：

如权利要求1-10中任一项所述的电机转子，所述电机转子可旋转地设于所述定子内孔内。

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