CN114337016A - 一种电机转子、电机及移动平台 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电机转子、电机及移动平台，该电机转子包括转子本体，以及环绕转子本体的多个第一磁极和多个第二磁极；第一磁极和第二磁极交替排布，且任一第一磁极与相邻的两个第二磁极之间的设置夹角分别为第一夹角和第二夹角。其中，第一夹角与第二夹角的角度不同，从而形成斜极。在形成上述第一夹角和第二夹角时，第一夹角和第二夹角分别为根据第一磁极的个数及被削弱谐波次数确定的角度。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

Description

一种电机转子、电机及移动平台

技术领域

本申请涉及到显示技术领域，尤其涉及到一种电机转子、电机及移动平台。

背景技术

随着人们对驾乘舒适性的追求越来越高，噪声(Noise)、振动(Vibration)、舒适性(Harshness)等性能(即NVH性能指标)在汽车行业竞争中的作用越来越重要。NVH是衡量汽车乘坐舒适性的综合性指标，它给汽车用户的感受是最直接和最全面的。严格讲NVH问题涉及到汽车的所有零部件，但其中起主要作用的是有关动力及传动设备的零部件。作为新能源电动汽车，电机是动力系统的核心零部件，是NVH最主要的激励源。而现有技术中的电机在降低NVH性能的结构比较复杂，造成电机的设计周期比较长。

发明内容

本申请提供了一种电机转子、电机及移动平台，用以简化电机转子设计，改善转矩脉动。

第一方面，提供了一种电机转子，该电机转子包括转子本体，以及环绕所述转子本体的多个第一磁极和多个第二磁极；第一磁极和第二磁极交替排布，且任一第一磁极与相邻的两个第二磁极之间的设置夹角分别为第一夹角和第二夹角。其中，第一夹角与第二夹角的角度不同，从而形成斜极。在形成上述第一夹角和第二夹角时，第一夹角和第二夹角分别为根据所述第一磁极的个数及被削弱谐波次数确定的角度。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

在一个具体的可实施方案中，所述第一夹角和所述第二夹角相差设定角度；所述设定角度为根据所述第一磁极的个数与所述被削弱谐波次数的乘积确定的角度。采用第一磁极的个数与被削弱的谐波次数的乘积确定设定角度，缩短了斜极角度优化时间。

在一个具体的可实施方案中，所述第一夹角及所述第二夹角满足：α1＝360/(2*P)-β；α2＝360/(2*P)+β，且α1+α2＝360/P；其中，α1为所述第一夹角；α2为所述第二夹角；P为所述第一磁极的个数；β为所述设定角度的1/2。根据上述公式可方便的计算出第一夹角和第二夹角的角度，方便设置斜极。

在一个具体的可实施方案中，所述设定角度的1/2满足：β＝180/(k*P)，其中，K为所述被削弱谐波次数。方便计算出旋转角度，进而缩短斜极角度的优化时间。

在一个具体的可实施方案中，所述第一磁极的个数为偶数。通过采用偶数个第一磁极，不引入单边磁拉力。

在一个具体的可实施方案中，第一磁极的个数可以为2个、4个、6个、8个等不同的个数。对应的第二磁极的个数也可为2个、4个、6个、8个等不同的个数。

在一个具体的可实施方案中，所述转子本体环绕设置有多个凹槽，相邻凹槽之间形成凸起；

所述第一磁极包括缠绕在所述凸起上的线圈；所述第二磁极包括缠绕在相邻的另一磁极上的线圈。可适用于凸极电机。

在一个具体的可实施方案中，所述凹槽为V形槽或矩形槽。通过不同的槽体形成隔离的凸起，以方便绕线。

在一个具体的可实施方案中，所述凹槽沿所述转子本体的轴线方向贯穿所述转子本体。形成一体式的磁极。

在一个具体的可实施方案中，多个所述第一磁极沿所述转子本体的轴线对称设置；多个所述第二磁极沿所述转子本体的轴线对称设置。械角度成180度的第一磁极和第二磁极的夹角相同，即转子结构保持轴对称且中心对称，不会产生单边磁拉力。

第二方面，提供了一种电机，该电机包括定子，以及相对所述定子转动的转子；所述转子为上述任一项所述的电机转子。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

第三方面，提供了一种移动平台，该移动平台包括上述的电机，以及与所述电机连接的齿轮箱。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

附图说明

图1为电机的结构示意图；

图2为未进行斜极的电机转子的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电机转子的结构示意图；

图4为图2所示的电机转子的立体示意图；

图5为图3所示电机转子的立体示意图；

图6为本申请实施例提供的电机转子的结构示意图。

具体实施方式

首先介绍与本申请相关的几个名词。

永磁同步电机：永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。

电励磁电机：与永磁同步电机相比，不采用永磁体励磁，而是在转子凸极上绕线，对绕组施加直流电流来进行励磁。

径向电磁力：电机2D平面中，沿着转子半径方向的电磁力分力。

切向电磁力：电机2D平面中，垂直于转子半径方向的电磁力分力。

转矩脉动：在电机转动的过程中，瞬时输出力矩随时间不断变化，但是却围绕某一平均值上下变动，这种现象就称之为转矩脉动。

d轴：电机的直轴，位于永磁转子磁极中心线。

本申请实施例提供的电机转子应用于电励磁电机中，其结构如图1所示。电励磁电机包括定子1以及电机转子2，定子1为套装在电机转子2外侧的环形结构。定子1包括电枢绕组，电机转子2包括多个电磁线圈形成的磁极，在电机转动时，通过电枢绕组和磁极之间的电磁力推动电机转子2转动。

图2示出了电机转子的结构示意图，电机转子2为直极电机转子，电机转子2包括多个第一磁极3和多个第二磁极4，且第一磁极3和第二磁极4交替排布。第一磁极3和第二磁极4为磁性相反的磁极，示例性的，第一磁极3为N极时，则第二磁极4为S极，第一磁极3为S极时，则第二磁极4为N极。

图2所示的电机转子2的任一个第一磁极3与相邻的一个第二磁极4a之间的夹角为α1，第一磁极3与相邻的另一个第二磁极4b的夹角为α2。其中，α1为第一磁极3垂直于d轴的轴线与第二磁极4a垂直于d轴的轴线之间的夹角，α2为第一磁极3垂直于d轴的轴线与第二磁极4b垂直于d轴的轴线之间的夹角。图2所示的为电机转子2的端面示意图，因此以圆点代表电机转子2的d轴。

电机转子2中第一磁极3和第二磁极4均匀分布。示例性的，电机转子2包括四个第一磁极3和四个第二磁极4，且四个第一磁极3和四个第二磁极4均匀排布，因此，α1＝α2＝45°。

电机在运行过程中，气隙磁场包括基波和一系列谐波，这些磁场相互作用产生电磁力，电磁力可被分解成径向电磁力和切向电磁力。其中径向电磁力作用于定子铁心(电枢绕组中的结构)，使得定子铁心和电机的机座发生于径向力同频率的振动，定子铁心的变形程度会根据径向电磁力的频率和幅值的变化而产生相应的变化。同时，切向电磁力除了产生有效转矩外，还会引起转矩脉动，导致转速波动和电机产生振动。因此，如何降低径向电磁力和转矩脉动可直接削弱电磁振动，进而提升NVH性能。为此本申请实施例提供了一种电机转子，以改善电机的NVH性能。

为改善电机的NVH性能对电机转子进行斜极处理。首先说明一下斜极，斜极指代的是在将第一磁极和第二磁极均匀排布后，将第一磁极或第二磁极沿电机转子的d轴转动一定角度。

图3示出了进行斜极处理的电机转子的结构示意图，电机转子包括转子本体30，以及环绕设置在转子本体30上的多个第一磁极10和多个第二磁极20。在排布时，第一磁极10和第二磁极20交替排布。第一磁极10和第二磁极20为磁性相反的磁极，示例性的，第一磁极10为N极时，则第二磁极20为S极，第一磁极10为S极时，则第二磁极20为N极。

以其中的任一个第一磁极10为例，第一磁极10与相邻的一个第二磁极20a之间的夹角为第一夹角，第一磁极10与相邻的另一个第二磁极20b的夹角为第二夹角，且第一夹角与第二夹角的角度不同。其中，第一夹角为第一磁极10垂直于d轴的轴线与第二磁极20a垂直于d轴的轴线之间的夹角。第二夹角为第一磁极10垂直于d轴的轴线与第二磁极20b垂直于d轴的轴线之间的夹角。

在进行斜极时，第一磁极10转动一定的角度。为方便理解斜极，对比图2和图3，相比图2所示的第一磁极3和第二磁极4，图3所示的第一磁极10相对图2所示的第一磁极3的位置转动一定角度，从而使得第一夹角和第二夹角不相等。

第一磁极10与第二磁极20a之间的第一夹角为根据第一磁极10的个数及被削弱谐波次数确定的角度。示例性的，第一夹角α1满足：α1＝360/(2*P)-β。其中，P为第一磁极10的个数，在本申请实施例中第一磁极10和第二磁极20成对出现，因此P也为第二磁极20或一对磁极(第一磁极10和第二磁极20)的个数。β为第一夹角和第二夹角之间相差的设定角度的1/2，也可理解为在斜极时，第一磁极10转动的角度。同理，第一磁极10与第二磁极20b之间的第二夹角为根据第一磁极10的个数及被削弱谐波次数确定的角度。示例性的，第二夹角满足：α2＝360/(2*P)+β。另外，第一夹角和第二夹角还满足：α1+α2＝360/P。

第一夹角和第二夹角相差的设定角度是根据第一磁极10的个数与被削弱谐波次数的乘积确定的角度。即第一夹角和第二夹角之间相差的角度2β由第一磁极10的个数P和需要被削弱谐波的次数相关。示例性的，β＝180/(k*P)，其中，k为被削弱谐波次数。被削弱谐波次数指代的是在电机转子未做斜极处理时，对其进行电磁仿真时，对电机产生电磁力和转矩脉动比较大的谐波次数。示例性的，以图2所示的电机转子为仿真对象，在转子的磁极未做斜极时，α1＝α2＝45°。电机转子仿真工况时，在峰值外特性上选取低中高三个转速：2000rpm、7500rpm、15000rpm。选取上述三个转速的电磁仿真结果，可以看出，三个转速对应的12次谐波电磁力和转矩脉动比较大。因此为改善电机的NVH性能，需要削弱12次谐波，则被削弱谐波为12次谐波，对应的被削弱谐波次数为12。在P＝4时，β＝3.75°，对应的第一夹角为41.25°，第二夹角为48.75°。

为方便理解本申请实施例提供的电机转子的效果，以图4所示的直极电机转子和图5所示的斜极电机转子为例仿真。其中，图4和图5均为8极电励磁同步电机的三维转子结构图。为方便理解本申请实施例提供的转子斜极的效果，对本申请实施例提供的电机转子与未斜极的直极电机转子进行仿真。

图4所示的电机转子的磁极分布与图2所示的电机转子的磁极分布相对应，图4中的标号可参考图2中的相同标号。图4所示的电机转子的磁极未斜极，相邻的磁极(第一磁极3和第二磁极4)之间的夹角为α1＝α2＝45°。仿真工况设置为，在峰值外特性上选取低中高三个转速，2000rpm、7500rpm、15000rpm。电磁仿真结果如表1所示，通过表1可看出，图4所示的电机转子在三个转速上对应的12次谐波电磁力和转矩脉动比较大。因此需要被削弱的谐波为12次谐波，被削弱的谐波次数为12。

为了快速削弱12次谐波带来的影响，对电机转子进行斜极，从而得到图5所示的电机转子，图5所示的电机转子的磁极分布方式与图3所示的磁极分布方式相对于。在斜极时，可参考上述图3的相关描述，通过上述方法得到转子磁极旋转角度β＝3.75°转子磁极斜极后，第一磁极10与相邻的一个第二磁极20a之间的第一夹角为41.25°，第一磁极10与相邻的另一个第二磁极20b之间的第二夹角为48.75°。以图5所示的电机转子进行仿真，仿真工况设置为，在峰值外特性上选取低中高三个转速，2000rpm、7500rpm、15000rpm。电磁仿真结果如表1所示。

表1转子斜极前后电磁力和转矩脉动对比结果

通过表1可看出，图4所示的电机转子在三个转速上对应的12次谐波电磁力和转矩脉动比较大，而在采用本申请实施例提供的电机转子斜极后，在三个转速对应的电磁力和转矩脉动极大降低，例如2000rpm峰值转矩处，转矩脉动降低了原来的42.9％，12次谐波转矩降低了原来的90.9％，12次谐波电磁力降低了原来的9.5％。从而可极大地改善电机的NVH性能。

通过上述描述可看出，计算完直极方案的电磁力和转矩脉动后，针对需要削弱的谐波次数k，由图3中示出的相关公式，可直接得出第一磁极的旋转角度，极大缩短了斜极角度的优化时间。通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动，改善电机的NVH性能。

参考图6，图6示出了电机转子的结构示意图，在形成第一磁极10和第二磁极20时，在转子本体30环绕设置有多个凹槽40，且在相邻凹槽40之间形成凸起。多个凹槽40和多个凸起绕d轴环绕设置，且多个凸起与多个凹槽40之间交替排布。为方便描述，对多个凸起进行划分，用于形成第一磁极10的凸起命名为第一凸起11，用于形成第二磁极20的凸起命名为第二凸起21。第一凸起11和第二凸起21交替排布，从而使得形成的第一磁极10和第二磁极20交替排布。

作为一个可选的方案，凹槽40可为V形槽或矩形槽，当然上述凹槽40仅为一个具体示例的凹槽40，本申请实施例中不具体限定凹槽40的形状，只需要通过凹槽40隔离形成凸起即可。

在形成第一磁极10时，第一磁极10还包括缠绕在第一凸起11上的线圈。为方便描述将其命名为第一线圈12，第一线圈12缠绕在第一凸起11上，具体的缠绕方式在本申请不做限定。同理，第二磁极20也包括缠绕在相邻的另一磁极上的线圈，为方便描述将其命名为第二线圈22。

在设置凹槽40时，凹槽40为直通槽，如图6中所示，凹槽40沿转子本体30的轴线(d轴)方向贯穿转子本体30，从而使得形成的每个磁极为一体式磁极，相比现有技术中电机转子采用分段磁极的方案，简化了电机转子的结构，提高了电机转子的强度，同时也简化了电机转子设计难度。

继续参考图6，本申请实施例提供的第一磁极10和第二磁极20成对出现，在图6中所示的第一磁极10为4个，第二磁极20为4个，但在本申请实施例中并不具体限定磁极的对数，只需要满足g≥2n即可。其中，g为磁极的对数，n为大于0的正整数。示例性的，磁极的对数为2对、3对、4对(如图6所示)、5对等不同的对数即可。

作为一个可选的方案，磁极的对数为偶数，即第一磁极10和第二磁极20的个数均为偶数，参考图6中所示，在第一磁极10和第二磁极20交替排布在转子本体30上时，第一磁极10和第一磁极10相对设置，第二磁极20和第二磁极20相对设置。即多个第一磁极10沿转子本体30的轴线对称设置，多个第二磁极20沿转子本体30的轴线对称设置。从而使得机械角度成180度的第一磁极10和第二磁极20的夹角相同，即电机转子保持轴对称且中心对称的结构，在电机转子转动过程中，不会产生单边磁拉力。

示例性的，第一磁极10的个数可以为2个、4个、6个、8个等不同的个数。对应的第二磁极20的个数也可为2个、4个、6个、8个等不同的个数。在图6中虽然仅示例出了第一磁极10的个数为4个，第二磁极20的个数为4个，但是在本申请实施例中并不具体限定上述磁极的个数，只需要第一磁极10为偶数个即可。

本申请实施例还提供了一种电机，该电机包括定子，以及相对定子转动的转子；转子为上述任一项的电机转子。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

本申请实施例还提供了一种移动平台，该移动平台可为自动驾驶的汽车或者电动汽车，上述移动平台包括上述的电机，以及与电机连接的齿轮箱。在上述方案中，通过采用设置的第一磁极10的个数以及电机需要被削弱的谐波次数来确定斜极角度，极大缩短了斜极角度的优化时间，且采用上述斜极方式可以在不增加加工成本和加工流程的基础上，大幅减小转矩脉动。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子本体，以及环绕所述转子本体的多个第一磁极和多个第二磁极；其中，

所述第一磁极和所述第二磁极交替排布，且任一第一磁极与相邻的两个第二磁极之间的设置夹角分别为第一夹角和第二夹角；

所述第一夹角与所述第二夹角的角度不同，且所述第一夹角和所述第二夹角分别为根据所述第一磁极的个数及被削弱谐波次数确定的角度。

2.如权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第一夹角和所述第二夹角相差设定角度；所述设定角度为根据所述第一磁极的个数与所述被削弱谐波次数的乘积确定的角度。

3.如权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一夹角及所述第二夹角满足：α1＝360/(2*P)-β；α2＝360/(2*P)+β，且α1+α2＝360/P；

其中，α1为所述第一夹角；α2为所述第二夹角；P为所述第一磁极的个数；β为所述设定角度的1/2。

4.如权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述设定角度的1/2满足：β＝180/(k*P)，其中，k为所述被削弱谐波次数。

5.如权利要求1～4任一项所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁极的个数为偶数。

6.如权利要求1～5任一项所述的电机转子，其特征在于，所述转子本体环绕设置有多个凹槽，相邻凹槽之间形成凸起；

所述第一磁极包括缠绕在所述凸起上的线圈；所述第二磁极包括缠绕在相邻的另一磁极上的线圈。

7.如权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述凹槽为V形槽或矩形槽。

8.如权利要求6或7所述的电机转子，其特征在于，所述凹槽沿所述转子本体的轴线方向贯穿所述转子本体。

9.如权利要求1～8任一项所述的电机转子，其特征在于，多个所述第一磁极沿所述转子本体的轴线对称设置；多个所述第二磁极沿所述转子本体的轴线对称设置。

10.一种电机，其特征在于，包括定子，以及相对所述定子转动的转子；所述转子为如权利要求1～9任一项所述的电机转子。

11.一种移动平台，其特征在于，包括如权利要求10所述的电机，以及与所述电机连接的齿轮箱。

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