CN116633051B - 电机转子、永磁同步电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机转子、永磁同步电机及车辆，涉及电机领域。电机转子包括：转子铁芯，转子铁芯由多个冲片同轴叠压而成，转子铁芯的每一磁极上开设有沿转子铁芯的径向方向间隔设置的多个永磁体槽组，永磁体槽组内设有永磁体，至少一个永磁体槽组包括多个沿转子铁芯的周向间隔设置的永磁体槽，其中，靠近转子铁芯的外边缘的永磁体槽与转子铁芯的外边缘连通设置；碳纤维护套，碳纤维护套沿转子铁芯的周向套设于转子铁芯的外部。应用本发明的技术方案，转子铁芯外部套设碳纤维护套，转子铁芯使用无磁桥结构，可减少永磁体漏磁退磁，提高永磁体利用率，从而降低电机成本，同时可以增大凸极比，提升磁阻转矩，提高电机输出能力。

Description

电机转子、永磁同步电机及车辆

技术领域

本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种电机转子、永磁同步电机及车辆。

背景技术

永磁材料由于其固有特性，经过预先磁化以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。将永磁材料应用在电机上，因无需无功励磁电流，可得到较高的功率因数，减少定子电流和定子电阻损耗，在额定负载范围内可以保持较高的效率，同时永磁电机还具有起动转矩更大、调速范围广等突出优点。随着高性能永磁材料的应用，使永磁电机的体积和质量都有较大的减少，功率密度大幅度提升。我国稀土资源非常丰富，充分利用这一得天独厚的优势，大力开发和应用高效节能永磁电机有着十分重要的现实意义。

特别是在航空航天、电动汽车、全电船、全电飞机和工业机器人等领域，为了满足重量功率密度和体积功率密度指标，充分发挥永磁电机优势，高密度永磁电机系统得到广泛关注，成为研究热点。高密度永磁电机体积小、电枢反应强、热流密度高，使用环境温度变化大，使得电机内永磁体存在不可逆退磁风险，导致电机性能下降甚至完全失去驱动能力。高功率密度永磁电机系统防退磁技术已成为高功率密度永磁电机系统亟待解决的关键技术之一。

现在的退磁校核都是使永磁体处于较高温度下，通过短路、直接加d轴方向的去磁电流或者其他方式获得较大的去磁磁场，来检验永磁体的退磁情况。在电动汽车用永磁同步电机中，为了获得较高的转矩密度，常常会给控制器较大的电压和电流，这样的情况下，永磁体的退磁会进一步加剧。

针对上述的永磁体退磁漏磁的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机转子、永磁同步电机及车辆，以解决现有技术中的永磁体退磁漏磁的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机转子，包括：转子铁芯，转子铁芯由多个冲片同轴叠压而成，转子铁芯的每一磁极上开设有沿转子铁芯的径向方向间隔设置的多个永磁体槽组，永磁体槽组内设有永磁体，至少一个永磁体槽组包括多个沿转子铁芯的周向间隔设置的永磁体槽，其中，靠近转子铁芯的外边缘的永磁体槽与转子铁芯的外边缘连通设置；碳纤维护套，碳纤维护套沿转子铁芯的周向套设于转子铁芯的外部。

进一步地，永磁体槽组至少包括靠近转子铁芯的外边缘设置的第一槽组，第一槽组具有靠近转子铁芯几何中心的内槽壁和靠近转子铁芯的外边缘的外槽壁，第一槽组内的永磁体具有朝向内槽壁的第一表面、朝向外槽壁的第二表面、以及朝向转子铁芯的外边缘的第三表面，第三表面与转子铁芯的外边缘具有距离地设置，第一槽组的远离转子铁芯几何中心的一侧设置有第一极靴，至少部分的第一极靴向第三表面弯折，以形成防退磁结构。

进一步地，第一槽组包括沿转子铁芯的周向依次间隔设置的第一永磁体槽、第二永磁体槽和第三永磁体槽，第一永磁体槽内填充有第一磁体，第二永磁体槽内填充有第二磁体，第三永磁体槽内填充有第三磁体，第一永磁体槽的一端、第三永磁体槽的一端均与转子铁芯的外边缘连通，第一磁体与第一永磁体槽的边缘具有距离地设置，第三磁体与第三永磁体槽的边缘具有距离地设置，第一磁体朝向转子铁芯的外边缘的一侧与第三磁体朝向转子铁芯的外边缘的一侧均设置有防退磁结构。

进一步地，第一极靴具有靠近转子铁芯几何中心的第五极边和远离转子铁芯几何中心的第四极边，防退磁结构包括第一极边和第三极边，第一极边的第一端与第五极边连接，第一极边与第三表面平行设置，第三极边的第一端与第四极边连接，第三极边朝向第一极边延伸设置，第三极边的第二端与第一极边的第二端连接。

进一步地，防退磁结构还包括第二极边，第二极边的第一端与第一极边的第二端连接，第二极边的第二端与第三极边的第二端连接，第二极边朝向远离第三表面的方向延伸设置。

进一步地，第一极边的长度为L1，第三表面的长度为L7，其中，L1≥L7/6。

进一步地，第二极边与第一极边具有夹角A，其中，40°≤A≤60°。

进一步地，永磁体槽组还包括第二槽组，第二槽组设置于转子铁芯的几何中心与第一槽组之间，第二槽组与第一槽组之间设置有第二极靴。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁同步电机，永磁同步电机具有电机转子，电机转子为上述的电机转子。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，车辆具有永磁同步电机，永磁同步电机的电机转子为上述的电机转子。

应用本发明的技术方案，转子铁芯外部套设碳纤维护套，转子铁芯使用无磁桥结构，即取消了传统内置式永磁同步电机转子外圆处的隔磁桥，可减少永磁体漏磁退磁，提高永磁体利用率，从而降低电机成本，同时可以增大凸极比，提升磁阻转矩，提高电机输出能力。

附图说明

构成本申请的部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子铁芯的第一实施例的结构示意图；

图2示出了图1中的M部分的放大示意图；

图3示出了根据本发明的转子铁芯的第二实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的电机转子的第一实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的电机转子的第二实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、第一磁体；12、第二磁体；13、第三磁体；

1、第一极边；2、第二极边；3、第三极边；4、第四极边；5、第五极边；6、第二表面；7、第三表面；

21、第四磁体；22、第五磁体；23、第六磁体；

30、转子铁芯；

40、碳纤维护套。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图5所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种电机转子。

电机转子包括转子铁芯30和碳纤维护套40，转子铁芯30由多个冲片同轴叠压而成，转子铁芯30的每一磁极上开设有沿转子铁芯30的径向方向间隔设置的多个永磁体槽组，永磁体槽组内设有永磁体，至少一个永磁体槽组包括多个沿转子铁芯30的周向间隔设置的永磁体槽，其中，靠近转子铁芯30的外边缘的永磁体槽与转子铁芯30的外边缘连通设置；碳纤维护套40沿转子铁芯30的周向套设于转子铁芯30的外部。

采用上述实施例中的技术方案，转子铁芯30外部套设碳纤维护套40，转子铁芯30使用无磁桥结构，即取消了传统内置式永磁同步电机转子外圆处的隔磁桥，可减少永磁体漏磁退磁，提高永磁体利用率，从而降低电机成本，同时可以增大凸极比，提升磁阻转矩，提高电机输出能力。

具体地，永磁体槽组至少包括靠近转子铁芯30的外边缘设置的第一槽组，第一槽组具有靠近转子铁芯30几何中心的内槽壁和靠近转子铁芯30的外边缘的外槽壁，第一槽组内的永磁体具有朝向内槽壁的第一表面、朝向外槽壁的第二表面6、以及朝向转子铁芯30的外边缘的第三表面7，第三表面7与转子铁芯30的外边缘具有距离地设置，第一槽组的远离转子铁芯30几何中心的一侧设置有第一极靴，至少部分的第一极靴向第三表面7弯折，以形成防退磁结构M。通过设置盖子形状的防退磁结构M，可对永磁体边缘磁力线进行引导，提升防退磁性能。

进一步地，第一槽组包括沿转子铁芯30的周向依次间隔设置的第一永磁体槽、第二永磁体槽和第三永磁体槽，第一永磁体槽内填充有第一磁体11，第二永磁体槽内填充有第二磁体12，第三永磁体槽内填充有第三磁体13，第一永磁体槽的一端、第三永磁体槽的一端均与转子铁芯30的外边缘连通，第一磁体11与第一永磁体槽的边缘具有距离地设置，第三磁体13与第三永磁体槽的边缘具有距离地设置，第一磁体11朝向转子铁芯30的外边缘的一侧与第三磁体13朝向转子铁芯30的外边缘的一侧均设置有防退磁结构M。这样设置可进一步提升防退磁能力。

具体地，第一极靴具有靠近转子铁芯30几何中心的第五极边5和远离转子铁芯30几何中心的第四极边4，防退磁结构M包括第一极边1和第三极边3，第一极边1的第一端与第五极边5连接，第一极边1与第三表面7平行设置，第三极边3的第一端与第四极边4连接，第三极边3朝向第一极边1延伸设置，第三极边3的第二端与第一极边1的第二端连接。

如图2所示，延长第一极靴的第五极边5和第四极边4，可引导磁路走向，减弱电枢反应的去磁磁场对永磁体磁场的冲击，第三极边3朝向第一极边1延伸设置，且，第三极边3的第二端与第一极边1的第二端连接，形成盖子形状，减弱极靴两头过长从而引起的漏磁，避免输出功率下降，通过对永磁体边缘磁力线进行引导，提升防退磁性能。

进一步地，防退磁结构M还包括第二极边2，第二极边2的第一端与第一极边1的第二端连接，第二极边2的第二端与第三极边3的第二端连接，第二极边2朝向远离第三表面7的方向延伸设置。第二极边2的设置可引导磁力线方向远离永磁体，避免第三表面7的位置退磁。

其中，第一极边1的长度为L1，第三表面7的长度为L7，其中，L1≥L7/6。通过限定第一极边1的长度，可避免第一极边1过短引起的防退磁能力不足的问题，确保将第二表面6和第三表面7的边角处的去磁磁场引导至M处，保证防退磁效果。

进一步地，第二极边2与第一极边1具有夹角A，其中，40°≤A≤60°。通过限定第二极边2与第一极边1之间的夹角A，确保第二极边2相对第一极边1朝向第三极边3倾斜，引导磁力线方向远离永磁体，避免第三表面7的位置出现退磁。

进一步地，永磁体槽组还包括第二槽组，第二槽组设置于转子铁芯30的几何中心与第一槽组之间，第二槽组与第一槽组之间设置有第二极靴。

在本申请的一个示范性实施例中，第二槽组包括与第一槽组对应设置，如图1所示，第二槽组包括依次设置的第四槽体、第五槽体和第六槽体，第四槽体内设置有第四磁体21，第五槽体内设置有第五磁体22，第六槽体内设置有第六磁体23，其中，第四槽体和第六槽体的一端与转子铁芯30的外边缘连通，第四磁体21、第六磁体23均与转子铁芯30的外边缘有距离地设置。

根据本申请的另一具体实施例，还提供了一种永磁同步电机，永磁同步电机具有电机转子，电机转子为上述实施例中的电机转子。本实施例中，永磁同步电机为内置式永磁同步电机。

根据本申请的另一具体实施例，还提供了一种车辆，车辆具有永磁同步电机，永磁同步电机的电机转子为上述实施例中的电机转子。

本申请还提供了一电机转子的优选实施例，主要针对碳纤维无磁桥电机转子结构，其目的在于解决电动汽车用无磁桥内置式永磁同步电机转子电枢反应磁场过大导致的永磁体不可逆退磁问题。为了加强防退磁性能，转子防退磁结构上针对无磁桥结构做优化设计，与传统内置式永磁电机的有磁桥结构相比较为不同。

具体地，电机转子包括电机转子护套、转子铁芯30和双层永磁体，转子护套采用碳纤维护套40，转子铁芯30取消外圆处磁桥结构，永磁体嵌放在转子铁芯30冲压出来的永磁体槽中。转子铁芯30采用导磁性能良好的软磁材料，由多个冲片同轴沿轴向叠压而成。

由于采用了碳纤维护套，电机转子结构可以采用无磁桥结构，如图3所示。但由于电动汽车用永磁同步电机中，通常给控制器较大的电流上限，电枢反应磁场较强，这对退磁影响较大，常在校核退磁时导致有较大的退磁面积。对于外层的第一磁体11、第二磁体12和第三磁体13，当电枢去磁电流较大时，会在M位置的磁钢引起部分退磁，这里的退磁原因主要是定子电枢的去磁方向磁场造成的。由于d轴去磁电流特别大，通过增加磁路磁阻的方式，并不能使定子电枢反应磁场磁路明显改变。对此，在图3的基础上，做了如图1中M位置的改进，M位置放大后如图2所示。

首先，通过增加极靴宽度，增加第四极边4和第五极边5的长度，增加第一层极靴与第二层极靴之间的漏磁，从而使合成磁场方向引导出来，减弱对永磁体磁钢的退磁影响。

然后，通过对转子铁芯30的第一层极靴的第一极边1、第二极边2和第三极边3的设置进一步减弱永磁体退磁。其中，第一极边1的长度大于或等于第三表面7长度的六分之一，如果第一极边1过短，则不能把第三磁体13的第二表面6和第三表面7的边角处的去磁磁场引导到铁心M位置结构上，会引起永磁体两边夹角处退磁。另外，第二极边2与第一极边1的角度在40到60度之间，而不能是简单的小圆角，这里如果没有明显的角度倾斜，在第一极边1和第三极边3夹角所在位置对应的永磁体的第三表面7的位置会出现部分退磁，所以在这里用第二极边2引导磁力线方向远离永磁体，避免该区域的退磁。

本实施例中的电机转子包括碳纤维护套40、转子铁芯30和永磁体，防退磁结构包括第一层极靴两头铁心的外延以及对永磁体盖子形状的防退磁结构，转子延长第一层极靴铁心两端长度，通过引导磁力线走向对面的第二层极靴铁心，减弱电枢反应磁场的去磁作用，转子第一层极靴端部铁心的盖子形状防护结构，通过对永磁体边缘磁力线进行引导，提升防退磁性能。如果延长过多第一层极靴端部铁心长度将导致漏磁增加，输出转矩降低过多，所以，本实施例最终的方案可以在输出转矩降低不太明显的情况下提升仿退磁性能。

应用本实施例的技术方案，通过延长第一层极靴的宽度，引导磁路走向，减弱电枢反应的去磁磁场对永磁体磁场的冲击。给极靴两头结构加上盖子形状的防退磁结构，该结构可以减弱极靴两头过长从而引起的漏磁，避免输出功率下降，通过引导永磁体边缘的磁路走向，不明显降低输出转矩的情况下，有效提升防退磁性能。

需要说明的是，转子外圆无磁桥位置可以使用其他的铁心延出形状，通过引导永磁体边缘磁力线的方式，或者稍微提升漏磁的方式，提升防退磁性能。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机转子，其特征在于，包括：

转子铁芯（30），所述转子铁芯（30）由多个冲片同轴叠压而成，所述转子铁芯（30）的每一磁极上开设有沿所述转子铁芯（30）的径向方向间隔设置的多个永磁体槽组，所述永磁体槽组内设有永磁体，至少一个所述永磁体槽组包括多个沿所述转子铁芯（30）的周向间隔设置的永磁体槽，其中，靠近所述转子铁芯（30）的外边缘的所述永磁体槽与所述转子铁芯（30）的外边缘连通设置；

碳纤维护套（40），所述碳纤维护套（40）沿所述转子铁芯（30）的周向套设于所述转子铁芯（30）的外部；

所述永磁体槽组至少包括靠近所述转子铁芯（30）的外边缘设置的第一槽组，所述第一槽组具有靠近所述转子铁芯（30）几何中心的内槽壁和靠近所述转子铁芯（30）的外边缘的外槽壁，所述第一槽组内的所述永磁体具有朝向所述内槽壁的第一表面、朝向所述外槽壁的第二表面（6）、以及朝向所述转子铁芯（30）的外边缘的第三表面（7），所述第三表面（7）与所述转子铁芯（30）的外边缘具有距离地设置，所述第一槽组的远离所述转子铁芯（30）几何中心的一侧设置有第一极靴，至少部分的所述第一极靴向所述第三表面（7）弯折，以形成防退磁结构（M）。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽组包括沿所述转子铁芯（30）的周向依次间隔设置的第一永磁体槽、第二永磁体槽和第三永磁体槽，所述第一永磁体槽内填充有第一磁体（11），所述第二永磁体槽内填充有第二磁体（12），所述第三永磁体槽内填充有第三磁体（13），所述第一永磁体槽的一端、所述第三永磁体槽的一端均与所述转子铁芯（30）的外边缘连通，所述第一磁体（11）与所述第一永磁体槽的边缘具有距离地设置，所述第三磁体（13）与所述第三永磁体槽的边缘具有距离地设置，所述第一磁体（11）朝向所述转子铁芯（30）的外边缘的一侧与所述第三磁体（13）朝向所述转子铁芯（30）的外边缘的一侧均设置有所述防退磁结构（M）。

3.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述第一极靴具有靠近所述转子铁芯（30）几何中心的第五极边（5）和远离所述转子铁芯（30）几何中心的第四极边（4），所述防退磁结构（M）包括第一极边（1）和第三极边（3），所述第一极边（1）的第一端与所述第五极边（5）连接，所述第一极边（1）与所述第三表面（7）平行设置，所述第三极边（3）的第一端与所述第四极边（4）连接，所述第三极边（3）朝向所述第一极边（1）延伸设置，所述第三极边（3）的第二端与所述第一极边（1）的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述防退磁结构（M）还包括第二极边（2），所述第二极边（2）的第一端与所述第一极边（1）的第二端连接，所述第二极边（2）的第二端与所述第三极边（3）的第二端连接，所述第二极边（2）朝向远离所述第三表面（7）的方向延伸设置。

5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第一极边（1）的长度为L1，所述第三表面（7）的长度为L7，其中，L1≥L7/6。

6.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第二极边（2）与所述第一极边（1）具有夹角A，其中，40°≤A≤60°。

7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体槽组还包括第二槽组，所述第二槽组设置于所述转子铁芯（30）的几何中心与所述第一槽组之间，所述第二槽组与所述第一槽组之间设置有第二极靴。

8.一种永磁同步电机，所述永磁同步电机具有电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1-7中任一项所述的电机转子。

9.一种车辆，所述车辆具有永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机的电机转子为权利要求1-7中任一项所述的电机转子。