CN212343461U - 一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构 - Google Patents
一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯上沿周向间隔设置有若干磁钢槽组，单个所述磁钢槽组由第一层V型磁钢槽和第二层V型磁钢槽组成，所述第一层V型磁钢槽和第二层V型磁钢槽内分别放置有第一层磁钢和第二层磁钢；所述第一层V型磁钢槽关于所述转子铁芯的径向对称，所述第二层V型磁钢槽对称设置在所述第一层V型磁钢槽的两侧；所述第一层V型磁钢槽的V型开口向朝向所述转子铁芯的外环，所述第一层V型磁钢槽和所述第二层V型磁钢槽的两侧槽的延伸方向分别对应平行。本实用新型转子结构强度大，由本实用新型所制成的永磁电机功率密度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构。
背景技术
目前世界范围内能源严重缺乏。生态环境急剧恶化，环境保护问题日益突出，发展低碳经济迫在眉睫，新能源汽车成为全球节能与环保领域里最受推崇的新兴产业。汽车电气化技术提高更受人们关注。而作为混合动力汽车和纯电动汽车“发动机”的驱动电机，成为直接关系新能源汽车性能与节能减排的核心部件。永磁同步驱动电机具有高功率密度、高效率、脉动转矩小和较宽的弱磁调速范围，是节能、环保新能源汽车驱动电机的最佳选择。为了更好发挥永磁同步驱动电机的价值，本实用新型在继续突破永磁材料研究瓶颈的基础上，优化电机结构设计，提升永磁同步驱动电机性能，推进新能源汽车更好地发展。
永磁同步驱动电机以转子上永磁钢的安装方式可分为表面式和内置式两种转子结构，表面式转子结构又可分为表贴式和嵌入式两种。内置式按永磁钢励磁方向可分为径向式转子结构、切向式转子结构和集径向与切向为一体的混合磁路的永磁转子结构。
表贴式转子结构，其d轴和q轴电感相等，转子不具有凸极效应，因此不产生磁阻转矩，由于永磁钢直接暴露在气隙磁场中，导致永磁钢易退磁，其弱磁能力受到限制。嵌入式转子结构，q轴电感大于d轴电感，转子具有凸极效应，因此有磁阻转矩产生。
利用磁阻转矩可有效提高电机的功率密度。嵌入式结构动态性能较表贴式有所改善，但漏磁系数和制造成本均大于表贴式。内置式转子结构的永磁钢位于转子内部，永磁钢外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴。用以保护内置式转子铁芯内的永磁钢。因其转子磁路结构具有不对称性而产生磁阻转矩。有助于提高永磁同步驱动电机的过载能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。
目前，行内内置结构多为“一”字型、“V”字型或“三角”型结构，弱磁调速范围和转矩密度还无法满足高功率密度汽车用永磁电机的性能要求，本实用新型针对此问题研究了一种内置式多层转子磁钢结构。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，转子结构强度大，由该结构制成的永磁电机功率密度高。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯上沿周向间隔设置有若干磁钢槽组，单个所述磁钢槽组由第一层V型磁钢槽和第二层V型磁钢槽组成，所述第一层V型磁钢槽和第二层V型磁钢槽内分别放置有第一层磁钢和第二层磁钢；所述第一层V型磁钢槽关于所述转子铁芯的径向对称，所述第二层V型磁钢槽对称设置在所述第一层V型磁钢槽的两侧；所述第一层V型磁钢槽的V型开口向朝向所述转子铁芯的外环，所述第一层V型磁钢槽和所述第二层V型磁钢槽的两侧槽的延伸方向分别对应平行。
进一步地，所述第一层V型磁钢槽的两侧槽的延伸方向和对应中轴线之间的夹角大于四十度且小于五十度。
进一步地，所述第一层磁钢和第二层磁钢均为细长的矩形磁钢，且所述第一层磁钢和第二层磁钢的矩形厚度相等。
进一步地，相互对应的所述第一层磁钢和所述第二层磁钢靠近所述转子铁芯的圆心的一端沿所述转子铁芯的径向排列，相互对应的所述第一层磁钢和所述第二层磁钢远离所述转子铁芯的圆心的一端沿所述转子铁芯的周向排列。
进一步地，所述第一层V型磁钢槽上一体设置有第一隔磁槽，所述第一层V型磁钢槽的连接处设置有第一隔磁桥；所述第二层V型磁钢槽上一体设置有第二隔磁槽，所述第二层V型磁钢槽的连接处设置有第二隔磁桥。
进一步地，所述第二层V型磁钢槽的连接处的第二隔磁桥有两个，两个所述第二隔磁桥之间设置有空槽。
进一步地，所述第一层V型磁钢槽内设置有两个第一限位块，两个所述第一限位块分别触接于所述第一层磁钢的两端；所述第二层V型磁钢槽内设置有两个第二限位块，两个所述第二限位块分别触接于所述第二层磁钢的两端。
有益效果：本实用新型的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，有益效果如下：
1)本实用新型采用了类似“双V”型的磁钢槽结构，槽内增设限位块方便磁钢安装，隔磁桥能有效限制了漏磁通，在保证转子机械强度的情况下保证了隔磁效果；
2)本实用新型的结构同时兼顾低速恒转矩控制运行的出力和恒功率区域的弱磁扩速性能，提高了直轴电枢反应电感和凸极率，增大弱磁能力和磁阻转矩分量，提高了电机与逆变器容量的利用率，而且避免了转子中永磁体的不可逆退磁；
3)本实用新型的转子结构具有足够的机械强度，确保最高转速下能够安全运行。
附图说明
附图1为转子铁芯结构示意图；
附图2为装有磁钢的转子铁芯结构示意图；
附图3为磁钢槽组结构示意图；
附图4为装有磁钢的磁钢槽组结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如附图1至4所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，包括转子铁芯1，所述转子铁芯1的截面为圆环状，所述转子铁芯1上沿周向间隔设置有若干磁钢槽组2，且若干所述磁钢槽组2等角度排列。
所述磁钢槽组2为双V型结构，单个所述磁钢槽组2由第一层V型磁钢槽3和第二层V型磁钢槽4组成。所述第一层V型磁钢槽3和第二层V型磁钢槽4内分别放置有第一层磁钢5和第二层磁钢6。
如附图4所示，所述第一层V型磁钢槽3的两侧槽关于中轴线对称，且所述第一层V型磁钢槽3的中轴线沿所述转子铁芯1的径向方向。所述第二层V型磁钢槽4对称设置在所述第一层V型磁钢槽3的两侧。所述第一层V型磁钢槽3的V型开口向朝向所述转子铁芯1的外环，所述第一层V型磁钢槽3和所述第二层V型磁钢槽4的两侧槽的延伸方向分别对应平行。
参考附图4中的所标注的夹角A，所述第一层V型磁钢槽3的两侧槽的延伸方向和对应中轴线之间的夹角(即夹角A)大于四十度且小于五十度。由于所述第一层V型磁钢槽3和所述第二层V型磁钢槽4的两侧槽的延伸方向分别对应平行，所述第二层V型磁钢槽4和对应中轴线之间的夹角与所述第一层V型磁钢槽4相同。
所述第一层磁钢5和第二层磁钢6均为细长的矩形磁钢，且所述第一层磁钢5和第二层磁钢6的矩形厚度相等。
如附图4中所示，相互对应的所述第一层磁钢5和所述第二层磁钢6靠近所述转子铁芯1的圆心的一端沿所述转子铁芯1的径向排列，即位于转子铁芯1的同一根直径上；相互对应的所述第一层磁钢5和所述第二层磁钢6远离所述转子铁芯1的圆心的一端沿所述转子铁芯1的周向排列，即位于与所述转子铁芯1同圆心的圆上。
所述第一层V型磁钢槽3上一体设置有第一隔磁槽7，所述第一层V型磁钢槽3的连接处设置有第一隔磁桥8。所述第二层V型磁钢槽4上一体设置有第二隔磁槽9，所述第二层V型磁钢槽4的连接处设置有第二隔磁桥10。隔磁桥的设置可以有效减少漏磁通，避免转子中永磁体的不可逆推辞，使得磁钢不会因为漏磁系数过大而导致磁钢的利用率过低。
所述第二层V型磁钢槽4的连接处的第二隔磁桥10有两个，两个所述第二隔磁桥10之间设置有空槽11。通常情况下隔磁桥10的厚度越小隔磁效果越好，空槽11的设置可以减小第二隔磁桥10的厚度，本实用新型在实际应用时一般将隔磁桥的厚度设置为1mm。
所述第一层V型磁钢槽3内设置有两个第一限位块12，两个所述第一限位块12分别触接于所述第一层磁钢5的两端。所述第二层V型磁钢槽4内设置有两个第二限位块13，两个所述第二限位块13分别触接于所述第二层磁钢6的两端。所述第一限位块12和第二限位块13的设置方便磁钢的安装和定位。
本实用新型的结构已应用于企业的新能源汽车用永磁三相同步电机上，该电机连续运行功率140kw，转矩350N.m，转速4200-12000r/min，峰值功率180Kw，整机重量可以控制在80kg以下，且该产品在国内没有同等产品。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)上沿周向间隔设置有若干磁钢槽组(2)，单个所述磁钢槽组(2)由第一层V型磁钢槽(3)和第二层V型磁钢槽(4)组成，所述第一层V型磁钢槽(3)和第二层V型磁钢槽(4)内分别放置有第一层磁钢(5)和第二层磁钢(6)；所述第一层V型磁钢槽(3)关于所述转子铁芯(1)的径向对称，所述第二层V型磁钢槽(4)对称设置在所述第一层V型磁钢槽(3)的两侧；所述第一层V型磁钢槽(3)的V型开口向朝向所述转子铁芯(1)的外环，所述第一层V型磁钢槽(3)和所述第二层V型磁钢槽(4)的两侧槽延伸方向分别对应平行。
2.根据权利要求1所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：所述第一层V型磁钢槽(3)的两侧槽的延伸方向和对应中轴线之间的夹角大于四十度且小于五十度。
3.根据权利要求1所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：所述第一层磁钢(5)和第二层磁钢(6)均为细长的矩形磁钢，且所述第一层磁钢(5)和第二层磁钢(6)的矩形厚度相等。
4.根据权利要求3所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：相互对应的所述第一层磁钢(5)和所述第二层磁钢(6)靠近所述转子铁芯(1)的圆心的一端沿所述转子铁芯(1)的径向排列，相互对应的所述第一层磁钢(5)和所述第二层磁钢(6)远离所述转子铁芯(1)的圆心的一端沿所述转子铁芯(1)的周向排列。
5.根据权利要求1所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：所述第一层V型磁钢槽(3)上一体设置有第一隔磁槽(7)，所述第一层V型磁钢槽(3)的连接处设置有第一隔磁桥(8)；所述第二层V型磁钢槽(4)上一体设置有第二隔磁槽(9)，所述第二层V型磁钢槽(4)的连接处设置有第二隔磁桥(10)。
6.根据权利要求5所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：所述第二层V型磁钢槽(4)的连接处的第二隔磁桥(10)有两个，两个所述第二隔磁桥(10)之间设置有空槽(11)。
7.根据权利要求1所述的一种高功率密度新能源汽车用永磁电机的多层转子磁钢结构，其特征在于：所述第一层V型磁钢槽(3)内设置有两个第一限位块(12)，两个所述第一限位块(12)分别触接于所述第一层磁钢(5)的两端；所述第二层V型磁钢槽(4)内设置有两个第二限位块(13)，两个所述第二限位块(13)分别触接于所述第二层磁钢(6)的两端。
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