CN210898885U - 一种永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种永磁同步电机，包括定子和转子，定子具有沿周向分布的多个齿群组件；齿群组件包括两个沿着齿群组件的中心轴线对称设置的齿群；齿群上设有多个沿其周向间隔布置的定子齿，定子齿在靠近转子的一端设有辅助槽；其中，最靠近齿群组件的中心轴线的第一个辅助槽的径向中心线与对应的定子齿的径向中心线重合，其余辅助槽的径向中心线与对应的定子齿的径向中心线形成一个彼此互不相同的预定夹角。本实用新型提供的永磁同步电机，能够改善齿槽效应和气隙正弦性，降低永磁同步电机的电磁振动，还能显著降低齿槽转矩，改善反电动势正弦性。

Description

一种永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体而言，涉及一种永磁同步电机。

背景技术

随着近年来对环境保护的不断重视，新能源汽车占据越来越重要的地位，新能源汽车替代传统燃油车已然成为了科研热点。而其中永磁同步电机具有较高的效率、功率因数和转矩密度，因而被广泛应用在新能源汽车领域中。然而永磁同步电机的永磁磁动势沿圆周的分布近似为矩形，含有大量谐波，这将导致电机气隙磁密中含有大量的谐波分量，这些谐波分量作用于定子铁心，引起电磁振动。因而如何降低永磁同步电机的电磁振动水平成为电机设计和控制重点解决问题之一。

在已公开的专利CN105846558B中，在电机的每个定子齿上设置有一个辅助槽，辅助槽的径向中心线与对应的定子齿的径向中心线之间呈夹角α，使辅助槽偏离定子齿的中心，从而利用偏离辅助槽的磁阻效应和齿槽效应，可以有效提升电机最小转矩点的幅值，达到增加出力和减小转矩脉动的效果，从而提升电机工作效率。

然而上述专利CN105846558B是通过设置辅助槽降低齿槽转矩，改善空载反电动势波形，但开有辅助槽后永磁同步电机出力(输出转矩)会下降，影响电机效率，单个齿上设置偏离齿中心的辅助槽在降低齿槽转矩和改善空载反电动势波形上效果不佳。

实用新型内容

针对现有技术中，开有辅助槽后电机输出转矩会下降，影响电机效率，单个定子齿上设置偏离定子齿中心的辅助槽在降低齿槽转矩和改善空载反电动势波形上效果不佳的技术问题，本实用新型提供了一种永磁同步电机，该永磁同步电机能够改善齿槽效应和气隙正弦性，降低齿槽转矩，降低电磁振动；同时也能够改善反电动势正弦性，并保证电机出力不会大幅度降低。

本实用新型提供了一种永磁同步电机，包括转子和设置在所述转子外部的定子，所述定子具有沿周向分布的多个齿群组件；所述齿群组件包括两个沿着所述齿群组件的中心轴线对称设置的齿群；所述齿群上设有多个沿其周向间隔开布置的定子齿，每相邻两个所述定子齿之间限定出定子槽，所述定子齿在靠近所述转子的一端设有辅助槽；其中，最靠近所述齿群组件的中心轴线的第一个辅助槽的径向中心线与对应的所述定子齿的径向中心线重合，其余辅助槽的径向中心线与对应的定子齿的径向中心线形成一个彼此互不相同的预定夹角。

进一步地，所述转子具有沿周向分布的多个磁极，所述磁极由永磁体和永磁体槽组成，所述永磁体放置在所述永磁体槽内。

进一步地，所述齿群组件设置在每两个所述磁极对应的所述定子的内圆周上，所述齿群分别设置在其中一个所述磁极对应的所述定子的内圆周上。

优选地，所述预定夹角沿着远离所述齿群组件的中心轴线的方向按照角度差α依次递增。

进一步地，所述永磁同步电机的定子齿的齿数为Q，所述永磁同步电机的极对数为p，所述永磁同步电机的极距为τ，τ＝Q/2p。

进一步地，所述角度差α＝360°/LCM[2Q，2p]/τ，其中LCM[2Q，2p]表示2Q和2p的最小公倍数。

可选地，其余所述辅助槽的径向中心线偏离所述定子齿的径向中心线的方向与所述转子的旋转方向相同或相反。

进一步地，所述辅助槽的个数与所述定子齿的齿数相同。

可选地，所述辅助槽为弧形槽、长方形槽、梯形槽与三角形槽中的任意一种。

本实用新型还提供了一种电动汽车，所述电动汽车具有如上所述的永磁同步电机。

采用上述技术方案，本实用新型所述的永磁同步电机具有如下有益效果：

1)本实用新型所述的永磁同步电机通过设计的辅助槽的径向中心线与定子齿槽的径向中心线的偏移，改善了齿槽效应和气隙正弦性，降低齿槽转矩，达到降低电磁振动的目的；

2)本实用新型所述的永磁同步电机利用齿群组件上的两个齿群的对称设计，使得这两个齿群上的辅助槽偏离对应的定子齿的径向中心线的方向相反，从而使得气隙磁密同一阶次谐波相位相反并相互抵消，改善永磁同步电机的反电动势正弦型和降低转矩波动，同时又保证永磁同步电机的出力不会下降。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是根据本实用新型的一个实施例的齿群组件对应的永磁同步电机扇形区域的平面结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的齿群对应的永磁同步电机扇形区域的平面结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的齿群的平面结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的齿群组件对应的永磁同步电机扇形区域的平面结构示意图；

图5是根据本实用新型的一个实施例与现有技术中的齿槽转矩的对比图；

图6是根据本实用新型的一个实施例与现有技术中的空载反电动势的对比图；

图7是根据本实用新型的一个实施例与现有技术中的空载反电动势谐波幅值的对比图；

图8是根据本实用新型的一个实施例与现有技术中的负载转矩的对比图；

图中，1-转子，11-磁极，111-永磁体，112-永磁体槽，2-定子，20-齿群组件，21a、21b-齿群，211a、211b-定子齿，2110a、2110b-辅助槽，212a、212b-定子槽。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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的包括一个或者更多个该特征。而且，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数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述。

参照图1-图4详细描述根据本实用新型实施例的永磁同步电机。需要说明的是，在本实用新型的实施例中，仅列举了齿群组件20对应的电机扇形区域内定子齿数量为10齿、转子极对数为2极的情况，但本实用新型并不局限于此。其他的定子齿数量、转子极对数的组合，采用与本实用新型的实施例相同的实施方法，也可以达到同样的有益效果。

根据本实用新型实施例的永磁同步电机，包括转子1和定子2。定子2设置在转子1的外部，定子2上具有沿周向分布的多个齿群组件20。转子1具有沿周向分布的多个磁极11，磁极11由永磁体111和永磁体槽112组成，永磁体111放置在所述永磁体槽112内。

具体而言，如图1-图3所示，齿群组件20包括两个沿着齿群组件20的中心轴线对称设置的齿群21a和齿群21b。在齿群21a上设有5个沿着齿群的周向间隔布置的定子齿211a，每相邻两个定子齿211a之间限定出定子槽212a，且在定子齿211a靠近转子的一端设有辅助槽2110a；其中，最靠近齿群组件20的中心轴线的第一个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线重合，其余辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线形成一个彼此互不相同的预订夹角。

相应的，齿群21b沿着齿群组件20的中心轴线与齿群21a对称设置，在齿群21b上也设有对应的5个沿着齿群的周向间隔布置的定子齿211b，每相邻两个定子齿211b之间限定出定子槽212b，且在定子齿211b靠近转子的一端设有辅助槽2110b；其中，最靠近齿群组件20的中心轴线的第一个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线重合，其余辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线形成一个彼此互不相同的预订夹角。

根据本实施例，假设转子是顺时针方向旋转，在齿群21a上的辅助槽2110a的预定夹角与转子的旋转方向相反，齿群21a上的辅助槽2110a的预定夹角为相对于其对应的定子齿211a的径向中心线的逆时针方向偏置；相应的，与齿群21a对称设置的齿群21b上的辅助槽2110b的预定夹角与转子的旋转方向相同，齿群21b上的辅助槽2110b的预定夹角为相对于其对应的定子齿211b的径向中心线的顺时针方向偏置。

在上述实施例中，优选地，在齿群21a上最靠近齿群组件20的中心轴线的第一个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线重合；沿着逆时针方向，靠近齿群组件20的中心轴线的第二个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线夹角为α，靠近齿群组件20的中心轴线的第三个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线夹角为2α，靠近齿群组件20的中心轴线的第四个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线夹角为3α，靠近齿群组件20的中心轴线的第五个辅助槽2110a的径向中心线与对应的定子齿211a的径向中心线夹角为4α。相应的，在齿群21b上最靠近齿群组件20的中心轴线的第一个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线重合；沿着顺时针方向，靠近齿群组件20的中心轴线的第二个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线夹角为α，靠近齿群组件20的中心轴线的第三个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线夹角为2α，靠近齿群组件20的中心轴线的第四个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线夹角为3α，靠近齿群组件20的中心轴线的第五个辅助槽2110b的径向中心线与对应的定子齿211b的径向中心线夹角为4α。

整个永磁同步电机上，定子齿211的齿数为Q，永磁同步电机的极对数为p，则永磁同步电机的极距τ＝Q/2p。上述角度差α＝360°/LCM[2Q，2p]/τ，其中LCM[2Q，2p]表示2Q和2p的最小公倍数。

永磁同步电机可以由2个或2个以上的齿群组件20沿着圆周方向组成。齿群组件20设置在每两个磁极11对应的定子2的内圆周上，齿群21a和齿群21b分别设置在其中一个磁极11对应的定子2的内圆周上。在齿群21a上，辅助槽2110a的数量和定子齿211a的数量相同；在齿群21b上，辅助槽2110b的数量和定子齿211b的数量相同。

在上述任一实施例中，可选地，辅助槽2110为弧形槽、长方形槽、梯形槽与三角形槽中的任意一种。

可选地，如附图4所示，假设转子是顺时针方向旋转时，在齿群21a上的辅助槽2110a的预定夹角也可以设置为与转子的旋转方向相同，齿群21a上的辅助槽2110a的预定夹角为相对于其对应的定子齿211a的径向中心线的顺时针方向偏置；相应的，与齿群21a对称设置的齿群21b上的辅助槽2110b的预定夹角与转子的旋转方向相反，齿群21b上的辅助槽2110b的预定夹角为相对于其对应的定子齿211b的径向中心线的逆时针方向偏置。

根据本实用新型的另一个方面提供了一种电动汽车(图未示出)，包括如上所述的永磁同步电机。

下文所述的现有技术指的是本实用新型背景技术中所提到的在电机的每个定子齿上设置有一个辅助槽，辅助槽的径向中心线与对应的定子齿的径向中心线之间呈相同的夹角的技术方案。图5是上述实施例与现有技术中的齿槽转矩的对比图，图6是上述实施例与现有技术中的空载反电动势的对比图，图7是上述实施例与现有技术中的空载反电动势谐波幅值的对比图，图8是上述实施例与现有技术中的负载转矩的对比图。可以看出，通过在齿群21的每个定子齿211上设置辅助槽2110，且每个辅助槽2110的径向中心线与对应的定子齿211的径向中心线偏移的角度不同，改善齿槽效应和气隙正弦性，降低齿槽转矩，达到降低电磁振动的目的；同时，以齿群组件20的中心轴线为对称轴，在对称轴两侧设置的辅助槽2110a和2110b的偏置方向相反，使得气隙磁密同一阶次谐波相位相反，达到相互抵消的作用，从而实现齿槽转矩下降，改善反电动势正弦型和降低转矩波动的效果。在保证其他参数及磁钢用量相同的情况下，从附图5中可以明显看出本实用新型的实施例的齿槽转矩相对于现有技术而言有了大幅度的降低，从附图6可以看出本实用新型的实施例可有效改善空载反电动势正弦性能，从附图7可以看出本实用新型的实施例中空载反电动势11、13、17、19次谐波得到明显的改善，从附图8可以看出本实用新型的实施例负载转矩波动比现有技术下降75％。

根据本实用新型第二方面的电动汽车，包括上述实施例的永磁同步电机。由于根据本实用新型上述实施例的永磁同步电机具有上述技术效果，因此，根据本实用新型实施例的电动汽车也具有相应的技术效果，即通过在永磁同步电机的定子2的定子齿211上设置相对于齿群组件20的中心轴线对称偏置的辅助槽2110，可以降低永磁同步电机的电磁振动并保证永磁同步电机的出力不会下降，进而可以改善电动汽车，给用户带来更舒适的使用感受。

根据本实用新型实施例的电动汽车的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机，其特征在于:

包括转子(1)和设置在所述转子(1)外部的定子(2)，所述定子(2)具有沿周向分布的多个齿群组件(20)；

所述齿群组件(20)包括两个沿着所述齿群组件(20)的中心轴线对称设置的齿群(21a，21b)；

所述齿群(21a，21b)上设有多个沿其周向间隔开布置的定子齿(211a，211b)，每相邻两个所述定子齿(211a，211b)之间限定出定子槽(212a，212b)，所述定子齿(211a，211b)在靠近所述转子(1)的一端设有辅助槽(2110a，2110b)；

其中，最靠近所述齿群组件(20)的中心轴线的第一个辅助槽(2110a，2110b)的径向中心线与对应的所述定子齿(211a，211b)的径向中心线重合，其余辅助槽(2110a，2110b)的径向中心线与对应的定子齿(211a，211b)的径向中心线形成一个彼此互不相同的预定夹角。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于：所述转子(1)具有沿周向分布的多个磁极(11)，所述磁极(11)由永磁体(111)和永磁体槽(112)组成，所述永磁体(111)放置在所述永磁体槽(112)内。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于：所述齿群组件(20)设置在每两个所述磁极(11)对应的所述定子(2)的内圆周上，所述齿群(21a，21b)分别设置在其中一个所述磁极(11)对应的所述定子(2)的内圆周上。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于：所述预定夹角沿着远离所述齿群组件(20)的中心轴线的方向按照角度差α依次递增。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于：所述永磁同步电机的定子齿(211a，211b)的齿数为Q，所述永磁同步电机的极对数为p，所述永磁同步电机的极距为τ，τ＝Q/2p。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于：所述角度差α＝360°/LCM[2Q，2p]/τ，其中LCM[2Q，2p]表示2Q和2p的最小公倍数。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于：其余所述辅助槽(2110a，2110b)的径向中心线偏离所述定子齿(211a，211b)的径向中心线的方向与所述转子(1)的旋转方向相同或相反。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于：所述辅助槽(2110a，2110b)的个数与所述定子齿(211a，211b)的齿数相同。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机，其特征在于：所述辅助槽(2110a，2110b)为弧形槽、长方形槽、梯形槽与三角形槽中的任意一种。

10.一种电动汽车，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的永磁同步电机。

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