CN114189077A - 电机转子、电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机转子、电机，其中的电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯的圆周方向上具有多个磁极，在同一磁极下，所述转子铁芯具有成V形布置且关于所述电机转子的D轴对称的两个磁钢槽，且所述V形的开口朝向所述转子铁芯的径向外侧，所述磁钢槽的径向外侧端部与所述转子铁芯的外圆周壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥中间位置的宽度大于两端位置的宽度。根据本发明，能够优化整距绕组电机空载反电动势出现的平顶波问题，使得反电动势趋于正弦化，便于控制，同时降低了电机运行谐波带来的杂散损耗、电磁噪声及转矩脉动。

Description

电机转子、电机
技术领域
本发明属于电机设计技术领域，具体涉及一种电机转子、电机。
背景技术
电动汽车是新能源汽车的主要类型，相比传统内燃机汽车，电动汽车的动力传动系统在动力源以及结构都有较大变动，电机的工作特性使得新能源车的行驶更加平顺，不像传统汽车需要传输爬升和换挡等动力衔接过程，运行噪声也小得多。现如今人们越发追求更加舒适的体验。研究如何降低电动汽车动力传动系统的扭转振动以及噪声，对提高整车的安全性和舒适性有重要意义。
电动汽车的核心装置为永磁同步电机，永磁同步电机本体结构主要包括定子铁芯、转子铁芯及永磁体。转子内部永磁体产生磁通，分解为径向和切向磁通。磁通通过电机气隙进入定子铁芯，转子永磁体产生磁场与定子绕组产生磁场互相作用产生电磁力，电磁力中分解出切向电磁力与径向电磁力。切向电磁力起到牵引带动转子转动的作用，而径向电磁力则是永磁同步电机电磁振动及噪声的主要来源，电机径向电磁力波与电机气隙磁场谐波成分密切相关。
谐波会对电机的运行造成极大的危害：(1)谐波会使永磁电机的电动势波形质量变差，正弦永磁同步电机采用正弦交流电进行控制，反电动势谐波含量过大会形成正弦度较差的波形：如平顶波(如图5所示)等，与控制端输出的正弦电叠加后会扰乱其正弦波形，导致电机输出转矩的平滑性降低，转矩脉动增加，产生较大振动噪声；(2)谐波还会增加电机损耗，导致运行的温升提高从而使得电机部件绝缘层老化，降低电机的工作效率。
发明内容
因此，本发明提供一种电机转子、电机，能够克服现有技术中永磁电机的反电动势波形正弦度交叉，电机转矩脉动较大等的不足。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯的圆周方向上具有多个磁极，在同一磁极下，所述转子铁芯具有成V形布置且关于所述电机转子的D轴对称的两个磁钢槽，且所述V形的开口朝向所述转子铁芯的径向外侧，所述磁钢槽的径向外侧端部与所述转子铁芯的外圆周壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥中间位置的宽度大于两端位置的宽度。
在一些实施方式中，在靠近所述D轴的方向上，所述第一隔磁桥包括依次连接的第一桥段、第二桥段、第三桥段、第四桥段，其中所述第二桥段的径向宽度为L1、第三桥段的径向宽度为L2、第四桥段的径向宽度L3、第一桥段的径向宽度为L13，L1＞L2＞L3，且L1＞L13。
在一些实施方式中，L1＝0.9mm～1.1mm，L2＝1.3mm～1.4mm，L3＝1.7mm～1.8mm；和/或，L13＝L2。
在一些实施方式中，所述第一桥段的周向长度为L8，所述第二桥段的周向长度为L7，所述第三桥段的周向长度为L6，所述第四桥段L5，L7＞L5，L7＞L6，L7＞L8。
在一些实施方式中，L5＝0.9mm～1.2mm，和/或，L6＝0.9mm～1.2mm，和/或，L7＝1.65mm～1.75mm，和/或，L8＝0.9mm～1.2mm。
在一些实施方式中，所述磁钢槽的径向外侧端部具有与所述同一磁极邻接的磁极之间的Q轴平行的槽壁段，所述槽壁段与与之相邻的Q轴之间的周向宽度为L9，所述槽壁段的径向长度为L4，L4＝(0.15～0.2)*L9*2。
在一些实施方式中，L9*2＝6.4mm～8mm。
在一些实施方式中，两个所述磁钢槽之间形成第二隔磁桥，所述第二隔磁桥的周向宽度为L10，L10＝1.6mm～2mm。
在一些实施方式中，两个所述磁钢槽内分别装设有磁钢，两个所述磁钢形成的夹角为△，△＝26°～28°；和/或，所述磁钢的宽度为L12，L12＝13mm～14mm。
在一些实施方式中，两个所述磁钢槽具有处于所述转子铁芯的径向内侧的近端点，所述近端点处于第一圆上，所述第一圆与所述转子铁芯的圆形同心，所述第一圆的半径为R4，R4＝(0.75～0.78)*R5，R5为所述转子铁芯的半径。
在一些实施方式中，所述转子铁芯上还构造有关于Q轴对称的去重孔，所述去重孔的径向内圆半径为R2，所述去重孔的径向外圆半径为R3，R3＝R4-(0.6～0.7)*ω2*R5，和/或，R2＝R1+(0.07～0.1)*ω2*R5，其中ω为所述电机转子的转速在以万rpm统一后的数值，R1为所述转子铁芯的轴孔的半径。
本发明还提供一种电机，包括上述的电机转子。
本发明提供的一种电机转子、电机，能够优化整距绕组电机空载反电动势出现的平顶波问题，使得反电动势趋于正弦化，便于控制，同时降低了电机运行谐波带来的杂散损耗、电磁噪声及转矩脉动。
附图说明
图1为本发明实施例的电机转子在一个磁极下的结构示意图；
图2为本发明的电机转子的反电动势波形仿真结果；
图3为本发明的电机转子中的第一隔磁桥宽度相同工况下的反电动势波形仿真结果；
图4为本发明实施例的电机转子的峰值转矩仿真结果；
图5为现有技术中与本发明的电机转子相同规格情况下的反电动势波形仿真结果。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；11、磁钢槽；12、第一隔磁桥；13、第二隔磁桥；2、磁钢；3、去重孔；4、轴孔。
具体实施方式
结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种电机转子，包括转子铁芯1，所述转子铁芯1的圆周方向上具有多个磁极，在同一磁极下(也即两个Q轴所夹的扇形区域)，所述转子铁芯1具有成V形布置且关于所述电机转子的D轴对称的两个磁钢槽11，且所述V形的开口朝向所述转子铁芯1的径向外侧，所述磁钢槽11的径向外侧端部与所述转子铁芯1的外圆周壁之间形成第一隔磁桥12，所述第一隔磁桥12中间位置的宽度大于两端位置的宽度，也即所述第一隔磁桥12在外观上呈现阶梯型，能够优化整距绕组电机空载反电动势出现的平顶波问题，使得反电动势趋于正弦化，便于控制，同时降低了电机运行谐波带来的杂散损耗、电磁噪声及转矩脉动。其中反电动势波形优化可以通过图2与图5对比明确得到，本发明的技术方案能够明确解决现有技术中的电机整距绕组电机空载反电动势出现的平顶波问题。而通过图4则可以得出，采用本发明的技术方案后转矩脉动pkavg由现有技术中的3.62％降低为2.84％，也即转矩性能表现得到提升。
作为一个具体的实现方式，在靠近所述D轴的方向(也即由远离所述D轴一侧向靠近所述D轴一侧)上，所述第一隔磁桥12包括依次连接的第一桥段、第二桥段、第三桥段、第四桥段，其中所述第二桥段的径向宽度为L1、第三桥段的径向宽度为L2、第四桥段的径向宽度L3、第一桥段的径向宽度为L13，L1＞L2＞L3，且L1＞L13，最好的，L13＝L2。进一步地，所述第一桥段的周向长度为L8，所述第二桥段的周向长度为L7，所述第三桥段的周向长度为L6，所述第四桥段L5，L7＞L5，L7＞L6，L7＞L8，也即，所述第二桥段的宽度是各个桥段宽度最小的一端，同时也是各个桥段中长度最长的一端，能够更好地减少漏磁。
需要说明的是，所述第一隔磁桥12的各段宽度及长度以及对于反电动势波形(谐波含量)以及输出转矩性能影响较大，大多数情况下是一个矛盾的关系，需根据实际设计需求以及对两个性能指标的影响大小做取舍，发明人经过反复的验证，得到优选地一个实施例，具体为：L1＝0.9mm～1.1mm，L2＝1.3mm～1.4mm，L3＝1.7mm～1.8mm；L5＝0.9mm～1.2mm，和/或，L6＝0.9mm～1.2mm，和/或，L7＝1.65mm～1.75mm，和/或，L8＝0.9mm～1.2mm。
在一些实施方式中，所述磁钢槽11的径向外侧端部具有与所述同一磁极邻接的磁极之间的Q轴平行的槽壁段，所述槽壁段与与之相邻的Q轴之间的周向宽度为L9，所述槽壁段的径向长度为L4，L4＝(0.15～0.2)*L9*2，如此可以使得电机输出的转矩脉动更小，电机性能能够进一步得到提升。在一个具体的实施例中，L9*2＝6.4mm～8mm。
在一些实施方式中，两个所述磁钢槽11之间形成第二隔磁桥13，所述第二隔磁桥13的周向宽度为L10，L10＝1.6mm～2mm。
在一些实施方式中，两个所述磁钢槽11内分别装设有磁钢2，两个所述磁钢2形成的夹角为△，△＝26°～28°；所述磁钢2的宽度为L12，L12＝13mm～14mm。图1中L11为磁钢2最小距离，L11＝5.6mm～6.4mm。能够提升电机转子的转矩性能，进一步优化反电动势波形。
两个所述磁钢槽11具有处于所述转子铁芯1的径向内侧的近端点，所述近端点处于第一圆上，所述第一圆与所述转子铁芯1的圆形同心，所述第一圆的半径为R4，R4＝(0.75～0.78)*R5，R5为所述转子铁芯1的半径，所述转子铁芯1上还构造有关于Q轴对称的去重孔3，所述去重孔3的径向内圆半径为R2，所述去重孔3的径向外圆半径为R3，R3＝R4-(0.6～0.7)*ω2*R5，和/或，R2＝R1+(0.07～0.1)*ω2*R5，其中ω为所述电机转子的转速在以万rpm(104rpm)统一后的数值，R1为所述转子铁芯1的轴孔4的半径。该技术方案中，能够在保证所述转子铁芯1的机械结构强度的前提下减小所述电机转子的重量，进而保证其具有良好的速度响应。
在一个具体的实施例中，R5取值应在50mm～100mm。
根据本发明的实施例，还提供一种电机，尤其是一种永磁同步电机，包括上述的电机转子。
本发明解决了整距绕组平顶波的问题，将电机空载反电势谐波降低(经验证能够降低到3％以下)，减小负载下谐波较大导致电机输出转矩的转矩脉动，从而降低电机振动噪声；谐波降低，减小电机杂散损耗，降低电机运行的温升，提高电机效率。
本发明的转子拓扑结构大大提高了磁钢利用率，节省了稀土用量，增大了磁阻转矩占比，提高了电机转矩并降低电机转矩脉动，经验证能够将转矩脉动控制在3％以内，有效降低电机激振力，电机激励传动系统的稳态扭振响应明显降低，降低电动汽车动力传动系统的扭转振动，降低整体振动及噪声，整车(当其应用到新能源汽车上时)的安全性和舒适性获得极大的提升，而且磁阻转矩占比增大有利于提高电机在高速弱磁区域的效率，降低对电压控制平台的要求。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)的圆周方向上具有多个磁极，在同一磁极下，所述转子铁芯(1)具有成V形布置且关于所述电机转子的D轴对称的两个磁钢槽(11)，且所述V形的开口朝向所述转子铁芯(1)的径向外侧，所述磁钢槽(11)的径向外侧端部与所述转子铁芯(1)的外圆周壁之间形成第一隔磁桥(12)，所述第一隔磁桥(12)中间位置的宽度大于两端位置的宽度。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，在靠近所述D轴的方向上，所述第一隔磁桥(12)包括依次连接的第一桥段、第二桥段、第三桥段、第四桥段，其中所述第二桥段的径向宽度为L1、第三桥段的径向宽度为L2、第四桥段的径向宽度L3、第一桥段的径向宽度为L13，L1＞L2＞L3，且L1＞L13。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，L1＝0.9mm～1.1mm，L2＝1.3mm～1.4mm，L3＝1.7mm～1.8mm；和/或，L13＝L2。
4.根据权利要求2或3所述的电机转子，其特征在于，所述第一桥段的周向长度为L8，所述第二桥段的周向长度为L7，所述第三桥段的周向长度为L6，所述第四桥段L5，L7＞L5，L7＞L6，L7＞L8。
5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，L5＝0.9mm～1.2mm，和/或，L6＝0.9mm～1.2mm，和/或，L7＝1.65mm～1.75mm，和/或，L8＝0.9mm～1.2mm。
6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述磁钢槽(11)的径向外侧端部具有与所述同一磁极邻接的磁极之间的Q轴平行的槽壁段，所述槽壁段与与之相邻的Q轴之间的周向宽度为L9，所述槽壁段的径向长度为L4，L4＝(0.15～0.2)*L9*2。
7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，L9*2＝6.4mm～8mm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机转子，其特征在于，两个所述磁钢槽(11)之间形成第二隔磁桥(13)，所述第二隔磁桥(13)的周向宽度为L10，L10＝1.6mm～2mm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机转子，其特征在于，两个所述磁钢槽(11)内分别装设有磁钢(2)，两个所述磁钢(2)形成的夹角为△，△＝26°～28°；和/或，所述磁钢(2)的宽度为L12，L12＝13mm～14mm。
10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，两个所述磁钢槽(11)具有处于所述转子铁芯(1)的径向内侧的近端点，所述近端点处于第一圆上，所述第一圆与所述转子铁芯(1)的圆形同心，所述第一圆的半径为R4，R4＝(0.75～0.78)*R5，R5为所述转子铁芯(1)的半径。
11.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)上还构造有关于Q轴对称的去重孔(3)，所述去重孔(3)的径向内圆半径为R2，所述去重孔(3)的径向外圆半径为R3，R3＝R4-(0.6～0.7)*ω2*R5，和/或，R2＝R1+(0.07～0.1)*ω2*R5，其中ω为所述电机转子的转速在以万rpm统一后的数值，R1为所述转子铁芯(1)的轴孔(4)的半径。
12.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的电机转子。
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