CN204794417U - 一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统，包括转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯由转子冲片叠压而成，所述转子冲片包括若干个对称的磁极，所述相邻磁极之间的极性相反，所述磁极包括多层栅格，所述磁钢置于所述栅格内，所述转子外圆在直轴d处朝向转子圆心方向设置凹槽。

Description

一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种同步磁阻电机结构，具体涉及一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统结构。

背景技术

现有的车用驱动电机一般是交流异步电机和永磁同步电机，交流异步电机结构简单、运行可靠，但功率密度较低、恒功率调速范围较窄，而且由于异步电机转子有铜损，转子发热量传导至轴承处，将会极大地降低轴承的寿命，从而导致电机整体寿命缩短；永磁同步电机虽然效率较高、功率密度较高、恒功率调速范围较宽同时转子发热量较低，但由于其以永磁转矩为主，其反电动势在高速时过高，失控会损坏系统，不利于车辆高速运行的控制。

近年来，同步磁阻电机逐渐被使用在电动车领域，同步磁阻电机具有功率密度高、调速范围宽、效率高、体积小等优点，但是由于需要提供永磁体来提高电机性能，往往采用稀土类永磁体，而稀土类永磁体不可再生、价格昂贵。

为了节约稀有金属资源，减轻环境负担，更为了提高电机性能、效率，本发明提出一种新的同步电机转子，该结构加工简单，高速下机械强度高、反电动势低，且凸极比大、转矩波动小。

发明内容

本发明出于克服现有技术中的不足，提出一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统，包括转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯由转子冲片叠压而成，所述转子冲片包括若干个对称的磁极，所述相邻磁极之间的极性相反，所述磁极包括多层栅格，所述磁钢置于所述栅格内，所述转子外圆在直轴处朝向转子圆心方向设置凹槽，解决了现有永磁同步电机和交流异步电机的固有缺陷，而且相比现有的同步磁阻电机，加工工艺简单、凸极比大、转矩波动小。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种同步磁阻电机转子，包括转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯由转子冲片叠压而成，所述转子冲片包括若干个对称的磁极，所述相邻磁极之间的极性相反，所述磁极包括多层栅格，所述磁钢置于所述栅格内，所述转子外圆在直轴处朝向转子圆心方向设置凹槽。

所述栅格至少包括两层。

所述每层栅格分为三部分，为盆形结构，所述盆形结构的底部与两侧构成的夹角大于90度。

所述每层栅格中部分放置磁钢，其余部分放置环氧树脂或空置。

所述磁钢为钕铁硼磁钢。

所述凹槽宽度b的设计范围为T/8≤b≤T/4，其中T为转子极距。

所述凹槽深度h的设计范围为T/30≤b≤T/15。

一种混合动力驱动系统，包括发动机、变速箱、电机，所述发动机、变速箱、电机顺序连接，所述电机使用上述任意一种同步磁阻电机转子及应用该转子的混合动力系统。

与现有的同步磁阻电机转子相比，本发明有显著优点和有益效果，具体体现为：

1、使用本发明的同步磁阻电机转子，采用部分栅格放置磁钢的设计，减少磁钢的使用量，节省成本；

2、使用本发明的同步磁阻电机转子，转子外圆在直轴处设置朝向转子圆心的凹槽，增大直轴的磁阻，增大电机凸极比。

附图说明

图1为本发明同步磁阻电机转子第一实施例的结构示意图；

图2为本发明同步磁阻电机转子第二实施例的结构示意图；

图3为本发明同步磁阻电机转子第三实施例的结构示意图；

图4为本发明同步磁阻电机转子第四实施例的结构示意图；

图5为本发明同步磁阻电机转子结构中凹槽宽度与凸极比和转矩的关系示意图；

图6为本发明同步磁阻电机转子结构中凹槽深度与凸极比和转矩的关系示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方法如下：

本发明提供的同步磁阻电机转子具有多个永磁体槽组，每组永磁体槽包括多层栅格。本文中所谓“栅格”是指在转子铁芯上设置的槽状或沿轴向贯通于转子铁芯的结构，类似于永磁同步电机的磁极槽，但该栅格内可以填充或者不填充永磁材料；本文中所谓“凸极比”是指电机交轴q电感与直轴d电感的比值。本发明电机转子同一永磁体槽组内的永磁体磁性相同，相邻永磁体槽组间的永磁体磁性相反，即采用沿圆周方向排列成N极和S极交替的形式.

图1为本发明同步磁阻电机转子第一实施例的结构示意图，所述电机转子包括转子铁芯1、磁钢3，转子铁芯1由转子冲片叠压而成，转子冲片由六个对称的磁极构成，所述磁极由至少两层栅格2组成，本实施例选用两层栅格，所述栅格2由三段直线型的栅格组成并呈盆形结构且盆形开口朝向转子外圆，所述盆形结构的底部段与两侧段之间形成的夹角大于90度，所述盆形结构的底部段与两侧段之间有空隙且空隙处设置连接桥，所述磁钢3置于所述栅格2内部，所述转子外圆在直轴d处朝向转子圆心方向设置凹槽4，所述凹槽4可以为平滑圆弧形结构。

本发明采用钕铁硼磁钢和非导磁非导电材质配合使用，在所述两层栅格2盆形结构底部放置钕铁硼磁钢，而其它部空置或放置环氧树脂等非导磁非导电材料，大大减少了钕铁硼磁钢的使用量，节省材料、减轻重量，同时由于整个栅格2只有一部分填充了磁钢3，在保证电机效率高、调速范围宽的同时，也能保证其高速下的反电动势不大，不会超过电源电压，确保电机的正常运转。

所述凹槽4也可以由多段成角度的线段和圆角构成，如图2所示为本发明同步磁阻电机转子的第二实施例，所述凹槽4设计成多段构成，最优的设计为三段盆形结构，且该盆形结构与所述栅格2的盆形结构对应设置，可以保证所述凹槽4与所述栅格2之间的磁路宽度一致，有效提高磁通效率。

所述磁钢3布置为对称结构，保证磁钢3的使用寿命及电机效率，因而所述栅格2中填充磁钢3的位置也可以如图3、图4所示的设计位置，即所述栅格2靠近外圆一层两侧段及靠近圆心一层的底部段填充所述磁钢3，其余部分空置或放置环氧树脂等非导磁非导电材料，或者所述栅格2靠近外圆一层底部段及靠近圆心一层的两侧段填充所述磁钢3，其余部分空置或放置环氧树脂等非导磁非导电材料。

所述凹槽4的位置为转子外圆在直轴d处且正对磁极，所述凹槽4设置为平滑对称的结构，保证所述凹槽4与所述栅格2靠近外圆一层之间的磁路各处的宽度基本相同，不会出现某处磁路宽度太宽或太窄而影响整个磁路，所述凹槽4的设置可以增加电机转子与电机定子在直轴d处的气隙，即增加了直轴d处的磁阻，继而降低了直轴d处电感，增加了电机的凸极比，提高了电机的输出转矩及效率。

如果所述凹槽4的宽度b太大，则所述凹槽4靠近外圆处的两侧与所述栅格2之间的磁路会很窄，很快就会饱和，磁通减少，即增加了交轴q磁阻，降低了交轴q的电感，继而降低了电机的凸极比、电机输出转矩，而如果所述凹槽4的宽度b太小，则会导致直轴d的气隙减小，磁阻减小，磁通增加，即减小了直轴d磁阻，增加了直轴d的电感，继而降低了电机的凸极比、电机输出转矩，因此所述凹槽4的宽度b必须选取一个合适的范围，通过设计仿真得出所述凹槽4的宽度b与转子极距T的比例对于电机凸极比和输出转矩的影响情况，本文所述“转子极距”T＝π*D1/(2p)，其中D1为定子内径，p为极对数。所述凹槽4的宽度b与转子极距T的比例对应电机凸极比和输出转矩的具体试验数据如图5所示，由图中数据可得出所述凹槽4的宽度b的范围为T/8≤b≤T/4，最优选取T/6～T/5。

如果所述凹槽4的深度h太大，则所述凹槽4靠近圆心处的中部与所述栅格2之间的磁路会很窄，导致交轴q磁路很快就会饱和，磁通减少，即增加了交轴q磁阻，降低了交轴q的电感，继而降低了电机的凸极比、电机输出转矩，而如果所述凹槽4的深度h太小，则会导致直轴d的气隙减小，磁阻减小，直轴d磁通增加，即减小了直轴d磁阻，增加了直轴d的电感，继而降低了电机的凸极比、电机输出转矩，因此所述凹槽4的深度h必须选取一个合适的范围，通过设计仿真得出所述凹槽4的深度h与转子极距T的比例对于电机凸极比和输出转矩的影响情况。所述凹槽4的深度h与转子极距T的比例对应电机凸极比和输出转矩的具体试验数据如图6所示，由图中数据可得出所述凹槽4的深度h的范围为T/30≤b≤T/15，最优选取T/26～T/24。

本发明的同步磁阻电机转子采用的磁路结构，其磁阻转矩占总转矩的比例在70％左右，永磁转矩占总转矩的比例在30％左右，其效率比同样等级的异步电机效率要高4％左右，调速范围可以从额定转速到2倍额定转速，且其峰值功率可维持不变。

本发明的同步磁阻电机转子通过提高直轴d、交轴q的磁阻差异来提高单位电流产生电磁转矩的能力，在相同的电流下能产生更大的磁阻转矩，从而使得合成的电磁转矩更大，因此采用本发明转子的同步磁阻电机工作电流可以更小，这也间接地提高了同步磁阻电机的退磁电流倍数，更有效地保证了同步磁阻电机在抗退磁方面的可靠性。此外，由于采用本发明转子的同步磁阻电机单位电流产生的电磁转矩更大，同步磁阻电机功率密度可以做的更高，无需为了提高电机的退磁电流而增大同步磁阻电机的体积或材料使用量，本发明的同步磁阻电机成本更低。

对于为本发明的示范性实施例，应当理解为是本发明的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本发明的限定。

Claims (8)

1.一种同步磁阻电机转子，包括转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯由转子冲片叠压而成，所述转子冲片包括若干个对称的磁极，所述相邻磁极之间的极性相反，所述磁极包括多层栅格，所述磁钢置于所述栅格内，所述转子外圆在直轴处朝向转子圆心方向设置凹槽。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述栅格至少包括两层。

3.根据权利要求2所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述每层栅格分为三部分，为盆形结构，所述盆形结构的底部与两侧构成的夹角大于90度。

4.根据权利要求3所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述每层栅格中部分放置磁钢，其余部分放置环氧树脂或空置。

5.根据权利要求4所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述磁钢为钕铁硼磁钢。

6.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述凹槽宽度b的设计范围为T/8≤b≤T/4，其中T为转子极距。

7.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子，其特征在于：所述凹槽深度h的设计范围为T/30≤b≤T/15。

8.一种混合动力驱动系统，包括发动机、变速箱、电机，所述发动机、变速箱、电机顺序连接，其特征在于：所述电机使用上述权利要求1-7所述的任意一种同步磁阻电机转子。